現(xiàn)代雷達(dá)信號處理的技術(shù)和發(fā)展趨勢

潘婷

陜西黃河集團(tuán)有限公司

現(xiàn)代雷達(dá)信號處理的技術(shù)和發(fā)展趨勢

潘婷

陜西黃河集團(tuán)有限公司

雷達(dá)自第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)明以來，廣泛應(yīng)用于對空、空中搜索、空中攔截、敵我識別等領(lǐng)域。雷達(dá)在我國國防和日常生活中有非常重要的作用，現(xiàn)代雷達(dá)信號處理需要面對各種應(yīng)用需求和復(fù)雜雷達(dá)工作環(huán)境。雷達(dá)信號處理是現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的核心研究內(nèi)容之一，其對雷達(dá)系統(tǒng)的性能和適用范圍具有重要影響。本文首先對信號處理在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中的目的和意義進(jìn)行了介紹，然后對信號處理技術(shù)就行闡述，最后就其發(fā)展趨勢就行了總結(jié)與歸納。

雷達(dá)系統(tǒng)；信號處理；發(fā)展趨勢

一、信號處理的目的和意義

信號處理是雷達(dá)完成信號檢索和信息提取功能所采取的實施手段，是現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的核心研究內(nèi)容之一。在實際應(yīng)用中，利用雷達(dá)系統(tǒng)中的信號處理技術(shù)對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不僅可以實現(xiàn)高精準(zhǔn)的目標(biāo)定位和目標(biāo)跟蹤，還能夠?qū)⒛繕?biāo)識別、目標(biāo)成像、精確制導(dǎo)、電子對抗等功能進(jìn)行拓展，實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的一體化，從而為后續(xù)軍事行動的實施提供技術(shù)上的支持。雷達(dá)信號處理主要集中在通信和電子對抗兩方面。在通信方面，雷達(dá)信號處理需要通過調(diào)制、編碼等技術(shù)對通信信號進(jìn)行處理，以提升無線信號的可靠性，和隨機(jī)性，降低其被識別的概率，增強(qiáng)其抗噪聲、抗干擾以及抗衰落等性能，保證信號可被準(zhǔn)確識別和處理。在電子對抗方面，雷達(dá)信號處理需要利用其前端設(shè)備輸出的脈沖信號流進(jìn)行信號識別、參數(shù)估值以及信源識別，獲取雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)注的信號識別結(jié)果為后續(xù)其他設(shè)備和作戰(zhàn)計劃的應(yīng)用提供支持。

二、現(xiàn)在雷達(dá)信號處理的技術(shù)

（1）脈沖壓縮技術(shù)

脈沖壓縮一直是雷達(dá)信號處理領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容之一。脈沖壓縮技術(shù)主要通過設(shè)計特殊的波形和相應(yīng)的處理方法，將接收的寬脈沖信號轉(zhuǎn)化為窄脈沖信號，以解決雷達(dá)探測距離與距離測量精度（分辨率）之間的矛盾。

匹配濾波器是現(xiàn)役雷達(dá)最為常用的脈沖壓縮處理方法，然而這種方法的處理性能受限于波形本身的旁瓣特性，處理后信號中除期望的主脈沖外通常還存在較高的距離旁瓣，因此，如何結(jié)合波形特性，通過特定的處理方法，如加窗處理降低距離旁瓣也是脈沖壓縮處理的重點。同時，從線性系統(tǒng)觀點看，接收回波可作為目標(biāo)沖激響應(yīng)與發(fā)射信號的卷積，通過接收回波估計出目標(biāo)沖激響應(yīng)并去除發(fā)射波形，也可實現(xiàn)脈沖壓縮的功能，這一方法稱為基于估計理論的脈沖壓縮方法。此外，調(diào)相信號中波形初相的編碼序列經(jīng)目標(biāo)反射后仍會保持，如果能構(gòu)造特定的分類器對回波相位編碼序列進(jìn)行識別，則通過指定特殊的輸出模式也能實現(xiàn)脈沖壓縮的功能，這一方法稱為基于模式識別的脈沖壓縮方法。

（2）干擾抑制技術(shù)

雷達(dá)接收信號中除了包含目標(biāo)回波外，還包含接收機(jī)噪聲與地物，雨云等環(huán)境所產(chǎn)生的無源雜波及各種人為干擾。不管是傳統(tǒng)雷達(dá)還是現(xiàn)代雷達(dá)，如何有效抑制干擾均是信號處理的重要內(nèi)容。

無源雜波與運動回波差異在于兩者多普勒頻率的不同，雷達(dá)主要利用這種不同進(jìn)行無源雜波抑制，如MTI和MTD技術(shù)。MTI常通過設(shè)計具有特定凹口的濾波器來實現(xiàn)抑制雜波和保留目標(biāo)回波。MTD本質(zhì)是MTI的一種拓展，其雜波抑制核心部件為窄帶多普勒濾波器組。該濾波器通過傅里葉分析能夠?qū)崿F(xiàn)對回波譜的“分頻道”處理，進(jìn)而實現(xiàn)目標(biāo)回波與雜波的分離及雜波抑制。

人為干擾是現(xiàn)代雷達(dá)，尤其是現(xiàn)代軍用雷達(dá)需要面對的一個更為棘手的問題，它的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用能極大削弱雷達(dá)的目標(biāo)探測能力?？沼蚩垢蓴_是現(xiàn)在雷達(dá)常用的一種人為干擾抑制技術(shù)，其主要利用特定處理方法使雷達(dá)能有效避開干擾所處的空間位置的輻射信號。由于雷達(dá)空間輻射和能量分布特性與雷達(dá)所采用天線形式密切相關(guān)，因此，低副瓣天線技術(shù)，副瓣匿隱技術(shù)，（多通道）副瓣對消技術(shù)等均成為雷達(dá)干擾抑制的重要研究內(nèi)容，此外，除了上述抗干擾方法外，近年來利用雷達(dá)反射信號與干擾信號的極化特性差別也逐漸成為提高雷達(dá)抗干擾能力的有效途徑。

（3）目標(biāo)檢測技術(shù)

目標(biāo)檢測是雷達(dá)基本功能之一，也是雷達(dá)信號處理一直關(guān)注的內(nèi)容。從統(tǒng)計學(xué)的觀點來看，雷達(dá)目標(biāo)檢測問題是典型的統(tǒng)計判斷問題，即根據(jù)觀測信號的某些先驗統(tǒng)計知識作出有無目標(biāo)存在的選擇。而從模式分類觀點來看，雷達(dá)目標(biāo)檢測可看作為一個二元分類問題，即依據(jù)目標(biāo)與背景環(huán)境觀測信號在某個變換域上表現(xiàn)特征的差異作出觀測信號類別的判斷?，F(xiàn)代雷達(dá)目標(biāo)檢測技術(shù)包含兩個重要內(nèi)容：基于統(tǒng)計特性的目標(biāo)檢測和基于特征的目標(biāo)檢測。

基于統(tǒng)計特性的檢測技術(shù)長期以來在雷達(dá)目標(biāo)檢測中占據(jù)了主要位置，它通常通過接收信號幅度或幅度的某種函數(shù)與特定門限比較來完成。基于特征的目標(biāo)檢測技術(shù)則以目標(biāo)和背景雜波回波在某個變換域上表現(xiàn)特征的差異為依據(jù)，將雷達(dá)目標(biāo)檢測問題轉(zhuǎn)換為二元模式識別問題。

（4）目標(biāo)識別技術(shù)

目標(biāo)識別技術(shù)是現(xiàn)代雷達(dá)區(qū)別于早期/傳統(tǒng)雷達(dá)的重要標(biāo)志之一，利用雷達(dá)和計算機(jī)對遙遠(yuǎn)目標(biāo)進(jìn)行辨認(rèn)，利用獲得的各項指標(biāo)特征參數(shù)可判定目標(biāo)屬性、類別、甚至其武器掛載情況等信息。目標(biāo)識別的關(guān)鍵在于對目標(biāo)后向電磁散射回波信號的綜合處理，目標(biāo)后向散射回波中包含了目標(biāo)電磁諧振、光學(xué)區(qū)散射及變極化特性等信息，對這些特性的有效表達(dá)、提取及識別構(gòu)成了現(xiàn)代雷達(dá)目標(biāo)識別的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，目標(biāo)識別技術(shù)作為一種重要的科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在國防等重要的領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的作用。

三、雷達(dá)信號處理的發(fā)展趨勢

（1）信號處理對象的復(fù)雜多樣

雷達(dá)信號處理的對象通常包括兩部分內(nèi)容，其一是目標(biāo)產(chǎn)生的散射回波，其二是目標(biāo)回波之外的各種干擾信號。由于目標(biāo)回波與干擾信號特征的不同，使傳統(tǒng)雷達(dá)通過信號處理可以有效濾除干擾信號發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和精確測量目標(biāo)參數(shù)?，F(xiàn)代雷達(dá)信號處理目標(biāo)和背景干擾日趨于多樣化和復(fù)雜化。

（2）信號處理方法的綜合交融

隨著現(xiàn)代雷達(dá)應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)展，新體制雷達(dá)技術(shù)的崛起，雷達(dá)信號及其背景的高斯，平穩(wěn)假設(shè)正被高斯，時變所替代，對象系統(tǒng)的線性、因果、最小相位性正被非線性、非因果、非最小相位所替代，基于二階矩特性及傅里葉的傳統(tǒng)分析方法正被高階統(tǒng)計量分析和多種現(xiàn)代信號分析及處理方法所替代，雷達(dá)信號處理理論和方法不再單純局限于雷達(dá)領(lǐng)域，特別是信號處理方法的非線性和智能化，使多科學(xué)、多領(lǐng)域的綜合交融已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)信號處理方法的發(fā)展趨勢。

（3）信號處理實現(xiàn)的靈活實時

一般來說，各種信號處理理論與技術(shù)均由一定算法來描述，而這些算法在系統(tǒng)中的應(yīng)用則需要通過相關(guān)軟件或硬件予以物理實現(xiàn)。20世紀(jì)70年代以前，雷達(dá)信號處理方法主要采用模擬電路來實現(xiàn)。20世紀(jì)70年代中后期，隨著數(shù)字技術(shù)，尤其是數(shù)字邏輯電路的出現(xiàn)，雷達(dá)信號處理實現(xiàn)技術(shù)也以前所未有的速度迅速發(fā)展并成熟起來?，F(xiàn)代雷達(dá)信號處理中專用集成電路（ASIC），現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）及數(shù)字信號處理器（DSP）已取代了傳統(tǒng)模擬處理器，這一方面促使了現(xiàn)代雷達(dá)信號處理性能的飛速提高與功能的不斷擴(kuò)展，另一方面也使得信號處理的實現(xiàn)更加靈活和實時，促進(jìn)雷達(dá)信號處理系統(tǒng)向數(shù)字化，模塊化，軟件化的方向迅速發(fā)展。

[1]馬曉巖.現(xiàn)代雷達(dá)信號處理[M].國防工業(yè)出版社,2013.

[2]趙晨光.現(xiàn)代雷達(dá)信號處理及其發(fā)展趨勢探討[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014.