線性調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

葛翼詩

摘要：通過對當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用到的線性調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)進行介紹，簡單敘述了線性調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)的理論基礎(chǔ)以及現(xiàn)行調(diào)頻脈沖信號及其壓縮的過程。并根據(jù)現(xiàn)行調(diào)頻脈沖在壓縮過程中遇到的問題，簡單介紹了用來解決問題的加權(quán)處理方法以及脈沖壓縮技術(shù)在氣象雷達(dá)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)系統(tǒng);線性調(diào)頻;脈沖壓縮;加權(quán)處理

中圖分類號：TN974

文獻標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.068

如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷突破，人們對雷達(dá)技術(shù)在距離、分辨能力和測速方面的精準(zhǔn)度要求越來越高。根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)的工作理論可知，雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)測能力與雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率有關(guān)，只有不斷提高雷達(dá)系統(tǒng)的平均發(fā)射功率，才能更好地提升雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)測能力。

目前，在雷達(dá)系統(tǒng)硬件設(shè)施的影響下，雷達(dá)系統(tǒng)的最高功率受到了一定的限制。

1 脈沖壓縮技術(shù)

要想提高雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率，就要采用增加發(fā)射脈沖寬度的方法，而提高雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨能力又是靠降低發(fā)射脈沖寬度來實現(xiàn)。這樣看來，在提高雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率和距離分辨能力這兩方面，存在著矛盾。為了化解這一矛盾，就需要在低頻情況下對頻道進行調(diào)頻，以此增大發(fā)射脈沖信號時的最大寬度，從而找到一種雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度較寬，同時發(fā)射功率較低的脈沖，并對接收的回波信號進行壓縮，這種處理方法就叫做脈沖壓縮。

脈沖壓縮技術(shù)在降低脈沖寬度、增強雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨能力的同時，擁有良好的監(jiān)測能力。增加脈沖發(fā)射的寬度，能有效利用雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率，這樣就不再需要提高脈沖發(fā)射的最大功率。脈沖壓縮技術(shù)能夠在不需要重復(fù)發(fā)射脈沖信號的前提下提高雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率，這樣一來就能減少雷達(dá)的模糊距離，同時減少不同發(fā)射信號對雷達(dá)系統(tǒng)的干擾，有效提高雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)測和分辨能力。

2 線性調(diào)頻脈沖信號和壓縮過程

相關(guān)研究表明，目前用于脈沖壓縮的信號有現(xiàn)行調(diào)頻脈沖信號、多相編碼信號和二相編碼信號。在此主要探究現(xiàn)行調(diào)頻脈沖信號在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用。前文提到脈沖壓縮技術(shù)能在增加脈沖寬度的同時有效提高雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨能力，而線性調(diào)頻脈沖信號就是最早出現(xiàn)在脈沖壓縮技術(shù)中的大寬度高平均功率的信號。在脈沖壓縮技術(shù)中，線性調(diào)頻脈沖信號有著容易產(chǎn)生和處理的優(yōu)勢。線性調(diào)頻脈沖信號主要靠有源法和無源法兩種方式產(chǎn)生，主要依靠數(shù)字脈沖壓縮處理和模擬脈沖壓縮處理這兩種方式進行壓縮處理。同時，比較這兩種壓縮處理方式，數(shù)字脈沖壓縮處理有著更快捷的自適應(yīng)能力，脈沖信號的數(shù)字處理也比模擬處理更好，同時模擬處理方式會受到設(shè)備配置的種種限制而不能達(dá)到更高的水平，而數(shù)字處理方式則不會受到設(shè)備配置的影響。因此，在接下來的雷達(dá)信號的脈沖處理方式的發(fā)展上，數(shù)字脈沖壓縮處理將會占據(jù)著主導(dǎo)地位，本文也將主要研究脈沖壓縮技術(shù)中的數(shù)字脈沖壓縮處理方式。

2.1 線性調(diào)頻脈沖信號

目前脈沖壓縮技術(shù)所應(yīng)用到的最廣泛、最成熟的一種信號就是線性調(diào)頻脈沖信號。線性調(diào)頻脈沖信號之所以能受到這么廣泛的關(guān)注，主要還是其對回波信號的多普勒頻移不敏感。因而就可以十分簡單地用一個型號相匹配的濾波器來處理接收到的不同多普勒信號，把不需要的信號屏蔽在外，最終只留下自己需要的多普勒信號。如此一來，就不需要重復(fù)使用一些不需要的多普勒信號，大大降低了處理系統(tǒng)的工作量，也大大提高了處理系統(tǒng)的工作效率，同時，線性調(diào)頻脈沖信號在制作和處理的工序上也比較簡單。其缺點是，在長距離信號傳輸過程中，容易與多普勒頻信號交叉連接，造成信號干擾。對于這種情況，往往需要利用加權(quán)處理將脈沖壓縮的時間降低到一定范圍內(nèi)，以減弱其他多普勒頻信號對其的干擾。

通常情況下，脈沖寬度很大以及線性調(diào)頻信號為復(fù)包絡(luò)是設(shè)計匹配率波的最重要的兩點要求。在滿足這兩點的基礎(chǔ)上，再完成脈沖壓縮處理器的工作。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)記載，可以推算出脈沖信號的即時頻率，同時，根據(jù)線性脈沖信號的頻率的表達(dá)式可以看出，現(xiàn)行調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)的本質(zhì)就是接收回波頻率進行延遲處理。其中，對于低頻率的信號，其中一部分信號會做到延遲時間較長;對于高頻率的信號，其中一部分信號會做到延遲時間較短，從而實現(xiàn)在脈沖發(fā)射的平均功率較高的前提下，發(fā)射的脈沖寬度也較大。

2.2 線性調(diào)頻脈沖信號的壓縮

從技術(shù)理論上來講，實現(xiàn)線性調(diào)頻脈沖信號的壓縮就是對接收回波的頻率進行延遲，將部分低頻率信號的延遲時間加長，高頻率信號的延遲時間減短，最終使脈沖寬度變窄，以增強雷達(dá)系統(tǒng)的距離監(jiān)測能力。從另一個方面來說，如果不考慮工作過程中的器材損耗，脈沖壓縮后的脈沖幅度也將大大提高。

對于模擬處理方式而言，由于模擬脈沖的參數(shù)已經(jīng)設(shè)定，不再更改，因而就無法實現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)調(diào)配。而對于數(shù)字處理方式而言，因為其是借助于計算機處理系統(tǒng)對發(fā)射波形進行調(diào)控，因此數(shù)字處理方式更容易改變系統(tǒng)參數(shù)，對復(fù)雜環(huán)境做出及時的調(diào)整，以適應(yīng)相關(guān)環(huán)境。此外，壓縮技術(shù)中的數(shù)字處理方式還容易在寬脈沖波形等條件下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，對雷達(dá)系統(tǒng)工作過程中的工作元件配置的要求也較低。因此，采用壓縮技術(shù)時才會更傾向于選擇數(shù)字脈沖處理的方式。

根據(jù)線性調(diào)頻脈沖信號頻率的特性不難看出，在脈沖寬度大的情況下，線性調(diào)頻脈沖信號的振幅規(guī)律更接近于矩形函數(shù)，調(diào)頻變化的范圍和脈沖信號的變化范圍是相似的，同時線性調(diào)頻脈沖信號的相位譜也具有平方規(guī)律的特點。根據(jù)這些特性，更容易設(shè)計出滿足脈沖壓縮處理的匹配濾波器。對于實現(xiàn)數(shù)字脈沖處理方式，一般情況下，靠的是相關(guān)處理器，對任何雷達(dá)所發(fā)射的波形都能成功匹配濾波功能，另一種方式就是利用展寬的處理器。

在這兩種處理方式中，相關(guān)處理器利用的是頻率領(lǐng)域的大小，根據(jù)相關(guān)波形領(lǐng)域的具體參數(shù)具體規(guī)劃出相關(guān)處理器的參數(shù)，以順利完成線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮工作，從而完成多普勒的匹配濾波，該相關(guān)處理器同時也能處理其他任何波形。而對于展寬處理器，其能夠在任何時間對脈沖波形進行壓縮或者擴展，展寬處理器也能處理其他任何波形。對于線性調(diào)控脈沖壓縮技術(shù)中的數(shù)字處理方式，運用展寬處理器能夠更加簡單、便捷地處理。對于時域的壓縮，將對壓縮脈沖有著更大寬度接收波形的要求。

3 線性調(diào)頻脈沖壓縮信號的加權(quán)處理

線性調(diào)頻脈沖信號在結(jié)合匹配濾波器后，將脈沖寬度壓縮到一定寬度，從而實現(xiàn)在不降低雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的平均功率的前提下，盡可能地提高雷達(dá)系統(tǒng)距離的監(jiān)測能力。但是，在目前科研技術(shù)方面，在實現(xiàn)線性調(diào)頻脈沖壓縮的過程中，還是容易在窄脈沖的兩邊產(chǎn)生辛格函數(shù)包絡(luò)的逐漸遞減的旁瓣。而這些旁瓣的存在又會影響雷達(dá)系統(tǒng)的距離監(jiān)測能力。最常見的現(xiàn)象就是，在雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)出現(xiàn)多個目標(biāo)，使雷達(dá)系統(tǒng)無法過濾掉其他影響目標(biāo)，從而分辨出真正的目標(biāo)，同時也可能會出現(xiàn)一個目標(biāo)的距離超過監(jiān)測距離限定而產(chǎn)生虛假報警。

為了限制這些不便的情況，我們必須采取一些措施來減少窄脈沖兩邊旁瓣的產(chǎn)生。壓縮比、多普勒容限以及輸出信號相對旁瓣的性能參數(shù)將直接影響到脈沖壓縮處理系統(tǒng)的性能。通常，對于減少窄脈沖兩邊旁瓣，多采取加權(quán)技術(shù)進行處理。關(guān)于加權(quán)處理方式，簡單理解就是將匹配濾波器的頻率和適當(dāng)?shù)耐其N函數(shù)進行相乘。而對于加權(quán)技術(shù)來說，又分為頻域加權(quán)和時域加權(quán)。頻域加權(quán)是通過調(diào)整頻譜的大小來實現(xiàn)壓縮脈沖寬度，時域加權(quán)是通過控制波形包圍形狀，以獲得更多的多普勒響應(yīng)來實現(xiàn)壓縮脈沖寬度。對于這兩種加權(quán)方式而言，二者目標(biāo)都是一致的，都是為了降低在窄脈沖兩側(cè)產(chǎn)生的旁瓣。

4 結(jié)語

本文介紹了在調(diào)頻中，脈沖壓縮技術(shù)是通過脈沖信號經(jīng)過匹配濾波器而使信號達(dá)到所需要求。雷達(dá)監(jiān)測的信號頻率是多種多樣的，對于不同的信號頻率也都有著其相應(yīng)的脈沖壓縮性能。而針對線性調(diào)頻脈沖信號對回波信號的多普勒頻移不敏感，可以十分簡單地用一個型號相匹配的濾波器來處理接收到的不同多普勒信號，把不需要的信號屏蔽在外，最終只留下自己需要的多普勒信號。正因為線性調(diào)頻的這種特性，才使得線性調(diào)頻能成為脈沖壓縮信號的首選，被廣泛關(guān)注。在雷達(dá)發(fā)射功率受到限制的情況下，脈沖壓縮技術(shù)能更好地提高雷達(dá)的距離監(jiān)測能力，同時還能使雷達(dá)保持優(yōu)秀的分辨能力。這種技術(shù)是實現(xiàn)雷達(dá)反隱身、對多種目標(biāo)進行精確檢測、排除外界干擾的重要途徑，在雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用中，脈沖壓縮技術(shù)受到廣泛應(yīng)用。

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