基于頻域窄帶濾波的脈壓處理方法

任臘梅 成沙輝 王超

摘要： 近年來有學(xué)者提出了基于頻域窄帶濾波的脈壓處理方法，具有運(yùn)算量小、壓縮副瓣低、避免加權(quán)損失的特點(diǎn)。本文利用仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該脈沖壓縮方法性能進(jìn)行了仿真分析，給出了在實(shí)際工程實(shí)踐中的使用條件限制。

【關(guān)鍵詞】頻域窄帶濾波 線形調(diào)頻信號(hào) 脈沖壓縮 多普勒頻率

線性調(diào)頻信號(hào)是現(xiàn)代雷達(dá)中最常采用的一種信號(hào)形式，有學(xué)者根據(jù)對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究，提出了一種新的頻域脈壓處理方法，并對(duì)該方法與傳統(tǒng)頻域匹配濾波脈壓進(jìn)行了仿真比較，認(rèn)為新的頻域脈壓處理方法可以獲得更窄的壓縮寬度和更低的副瓣電平。

本文對(duì)這種新的脈沖壓縮方法的處理性能進(jìn)一步分析，得出壓縮寬度、副瓣電平、壓縮位置與線性調(diào)頻信號(hào)特征參數(shù)之間的關(guān)系，給出了該方法在工程實(shí)踐上使用的限制條件。為了便于描述，本文把這種新的脈沖壓縮方法稱為頻域窄帶濾波法。

1 原理

雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，設(shè)某點(diǎn)目標(biāo)到雷達(dá)的距離為R.，則接收信號(hào)s，（t），線性調(diào)頻信號(hào)s（t）的離散表達(dá)式為s（n），回波信號(hào)s，（t）的離散表達(dá)式為s（m）。

S（m）= [zeros（l，p），s（n）* S_fd，zeros（l，q）]

O≤m

（1）

式中：M為回波序列長(zhǎng)度，p為目標(biāo)位置，s_fd=exp（j*2*pi* f_djn/f_s）為接收回波的多普勒頻率信號(hào)。

回波信號(hào)s（m）的FFT變換為：

S（k）=FFT（S（m））

假設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)壓縮處理后的理想模型歸一化為yy（m）=[1，zeros（l，M -1）]，則頻域?yàn)V波器的頻域表達(dá)式為：

H（k）= YY（k）/S （k）

2 性能分析

2.1 帶寬和采樣率匹配關(guān)系

頻域窄帶濾波法實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮不需要進(jìn)行加窗處理，就能夠獲得較低的壓縮副瓣和比較窄的主瓣壓縮寬度，其壓縮后主瓣寬度為（ ），但必須滿足一個(gè)條件，即采樣數(shù)據(jù)率必須與信號(hào)帶寬保持一致。

設(shè)雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)帶寬B=5MHz，采樣數(shù)據(jù)率分別為fs=5MHz和20MHz。圖1為頻域窄帶濾波法兩種采樣數(shù)據(jù)率下信號(hào)的脈沖壓縮結(jié)果。從圖l可以看出，對(duì)于多普勒速度為O的回波信號(hào)，采樣速率和信號(hào)帶寬不一致時(shí)，脈壓主副瓣比基本一致。而對(duì)于多普勒速度不為0的回波信號(hào)，采樣數(shù)據(jù)率與信號(hào)帶寬不一致時(shí)，脈沖壓縮副瓣急劇抬高，見圖2。

2.2 脈壓信號(hào)位置分析。

頻域窄帶濾波法中使用了表達(dá)式為日（ω）=exp（-j2πkp/M）的濾波器，該濾波器中的參數(shù)p為信號(hào)前沿滯后采樣窗前沿的位置，脈沖壓縮后信號(hào)主峰的位置在p點(diǎn)。對(duì)于處于搜索狀態(tài)的雷達(dá)，由于目標(biāo)回波位置本身不可預(yù)知，該處理無法得到回波信號(hào)的真實(shí)位置。對(duì)于跟蹤雷達(dá)，由于可以知道目標(biāo)的實(shí)際位置以及預(yù)測(cè)位置，則參數(shù)p可知。圖3為頻域窄帶濾波法與頻域匹配濾波法壓縮處理目標(biāo)回波位置對(duì)比。

2.3 脈壓信號(hào)主瓣分析

頻域窄帶濾波脈沖壓縮方法給出多普勒頻率為0回波信號(hào)脈壓結(jié)果表達(dá)式見式（5），理論分析脈壓后脈沖寬度即為一個(gè)采樣單元。圖4給出了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的頻域窄帶濾波脈壓結(jié)果與頻域匹配濾波脈壓結(jié)果的對(duì)比。在實(shí)際工程實(shí)踐上使用這種脈沖壓縮方法時(shí)需要注意，若后端的距離跟蹤環(huán)路使用面積重心法或雙分裂波門法，則會(huì)影響跟蹤的效果。

3 結(jié)語

本文對(duì)頻域窄帶濾波脈沖壓縮數(shù)學(xué)原理及其處理流程進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并使用仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)頻域窄帶濾波和頻域匹配濾波兩種脈壓方法進(jìn)行了比較，可以得出以下結(jié)論

（1）頻域窄帶濾波脈壓能夠避免加窗帶來的主瓣展寬，獲得更高的距離分辨率；

（2）使用頻域窄帶濾波脈壓數(shù)據(jù)率必須與信號(hào)帶寬保持一致。在工程實(shí)踐上使用頻域窄帶濾波脈壓需要注意：該方法只能應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤而不能用于搜索，并且在距離跟蹤環(huán)路需要采取特殊的處理方法。

參考文獻(xiàn)

[1]張圓圓，趙永波，線性調(diào)頻信號(hào)的一種新的頻域脈壓處理方法[J].計(jì)算機(jī)仿真，2006 （10）.

[2]陳伯孝等.現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.