調(diào)頻信號(hào)超低副瓣脈沖壓縮算法

王傳志 李學(xué)華 孫清 秦正霞

摘 要： 討論雙向加權(quán)超低副瓣脈沖壓縮算法，針對(duì)其存在的缺點(diǎn)在譜修正技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行算法改進(jìn)。試驗(yàn)了線性調(diào)頻信號(hào)和非線性調(diào)頻信號(hào)在改進(jìn)算法中旁瓣抑制的效果，通過(guò) Matlab仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的雙向加權(quán)脈壓方法對(duì)調(diào)頻信號(hào)具有很好的旁瓣抑制能力。

關(guān)鍵詞： 雙向加權(quán)； 旁瓣抑制； 譜修正； Kaiser窗； 調(diào)頻信號(hào)； 脈沖壓縮

中圖分類號(hào)： TN957.51?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）13?0025?04

Abstract： The ultralow side?lobe pulse compression algorithm with bidirectional weighting is discussed， and is improved on the basis of spectrum correction technique. The side?lobe suppression effect of LFM signal and NLFM signal in the improved algorithm was tested. The results of Matlab simulation show that the improved bidirectionally?weighted pulse compression method has high side?lobe suppression ability for the frequency?modulated signal.

Keywords： bidirectional weighting； side?lobe suppression； spectrum correction； Kaiser window； frequency?modulated signal； pulse compression

0 引 言

脈沖壓縮技術(shù)是現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中主要用于解決雷達(dá)作用距離和距離分辨率這一矛盾的常用措施，脈沖壓縮實(shí)際就是一種較大的時(shí)寬帶寬積（BT）信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波的過(guò)程。

通常情況下，脈沖壓縮后信號(hào)的距離旁瓣會(huì)比較高，這將會(huì)導(dǎo)致在信號(hào)檢測(cè)中發(fā)生虛警或在弱目標(biāo)存在的環(huán)境中直接導(dǎo)致目標(biāo)信號(hào)被淹沒(méi)，所以在實(shí)際的脈沖壓縮過(guò)程中需要設(shè)計(jì)有效的旁瓣抑制方法。影響脈沖壓縮的峰值旁瓣比（PSLR）的主要因素有菲涅爾波紋存在的大小和信號(hào)幅度譜邊緣躍變程度，菲涅爾波紋和幅度譜邊緣躍變程度越小，脈壓之后的PSLR越高。所以脈沖信號(hào)的BT越大，其菲涅爾波紋越小，脈壓之后的距離旁瓣越低。目前常用的旁瓣抑制方法大多采用失配加權(quán)或者對(duì)濾波器進(jìn)行譜修正的旁瓣抑制方法[1]，能把旁瓣抑制到-40 dB左右，但是在一些特殊的雷達(dá)系統(tǒng)中可能需要更低的旁瓣要求，比如，星載降水雷達(dá)中希望脈壓副瓣至少能夠達(dá)到-60 dB甚至更低才能夠滿足雜波抑制的要求[2]。文獻(xiàn)[3]提出了一種雙向加權(quán)的脈沖壓縮算法，有比較好的旁瓣抑制效果，但是由于需要對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，加權(quán)的發(fā)射信號(hào)頻譜不再接近矩形形狀，而雷達(dá)系統(tǒng)中這樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器等一些非線性特性器件的影響很容易產(chǎn)生失真[4?5]。本文針對(duì)此問(wèn)題，利用恒等變換原理，對(duì)匹配濾波器進(jìn)行改進(jìn)以獲得等效于雙向加權(quán)脈壓的效果，從而避免因?yàn)閷?duì)發(fā)射信號(hào)加權(quán)而帶來(lái)的影響。不僅如此，還對(duì)改進(jìn)的匹配濾波器進(jìn)行譜修正以獲得更好的脈壓性能。

本次仿真設(shè)計(jì)的NLFM信號(hào)使用的是Hamming窗，在仿真試驗(yàn)中取信號(hào)BT=60，采樣頻率[Fs=]10 MHz，則經(jīng)過(guò)脈沖壓縮之后的仿真圖如圖5所示?？梢钥闯雒}壓之后的第一副瓣（-27.98 dB）明顯要比LFM信號(hào)脈壓之后的第一副瓣（-13.5 dB）更低。

采用窗函數(shù)設(shè)計(jì)的NLFM信號(hào)頻譜邊緣相比于LFM信號(hào)更加平滑，其具有比LFM信號(hào)脈壓之后更低的副瓣。NLFM匹配濾波器的頻譜與雙向加權(quán)改進(jìn)后的匹配濾波器的頻譜如圖6所示，可以看出NLFM信號(hào)的頻譜相比圖2中LFM信號(hào)的頻譜邊緣更加平滑，菲涅爾波紋更少，改進(jìn)后的匹配濾波器頻譜效果更加明顯。

在對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)的分析中可知，用Kaiser窗比用Hamming窗具有更好的旁瓣抑制能力，因此這里用調(diào)整參數(shù)[β=6]的Kaiser窗對(duì)非線性調(diào)頻信號(hào)的旁瓣抑制能力進(jìn)行分析。圖7所示為NLFM信號(hào)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的雙向加權(quán)脈壓和對(duì)其進(jìn)行譜修正之后的脈壓結(jié)果，可以看出，在進(jìn)行譜修正情況下的脈壓性能更好，不僅旁瓣抑制效果更低，其主瓣展寬和信噪比的損失也較小。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本文的分析，在譜修正的基礎(chǔ)上改進(jìn)的雙向加權(quán)副瓣抑制方法對(duì)于調(diào)頻信號(hào)脈壓旁瓣抑制具有較好的效果，分別對(duì)LFM信號(hào)和NLFM信號(hào)做脈壓仿真試驗(yàn)和性能比較，NLFM信號(hào)具有較小的主瓣展寬和較低的旁瓣抑制能力，但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于NLFM信號(hào)脈沖壓縮對(duì)多普勒頻移較為敏感，因此不如LFM信號(hào)應(yīng)用廣泛。脈沖壓縮作為現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中一種重要的技術(shù)，相信隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日新月異，其面臨的很多難點(diǎn)均會(huì)得以解決。非線性調(diào)頻信號(hào)具有很多優(yōu)異的性能，隨著脈沖壓縮技術(shù)的日趨成熟，相信其將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用在工程問(wèn)題中。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?jiān)评祝徴\(chéng)，盧建斌，等.一種基于譜修正數(shù)字脈壓旁瓣抑制的改進(jìn)方法[J].艦船電子工程，2013，33（2）：61?63.