戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)信號(hào)處理范文

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《中國(guó)測(cè)試雜志》2014年第三期

1回波信號(hào)預(yù)處理

1.1回波信號(hào)產(chǎn)生及正交解調(diào)雷達(dá)接收的回波信號(hào)包括雜波、干擾信號(hào)和目標(biāo)回波信號(hào)。本文研究的某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)具有低功耗、集成度高、體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、探測(cè)距離近和精度高等特點(diǎn)，主要用于對(duì)近程地面活動(dòng)目標(biāo)的偵察。因此，涉及的雜波主要以地物雜波和氣象雜波為主。目標(biāo)回波信號(hào)的復(fù)數(shù)表示、

1.2脈沖壓縮處理針對(duì)偽碼調(diào)相戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)捕獲目標(biāo)需多路相關(guān)連續(xù)試探導(dǎo)致捕獲效率低的問題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用一路卷積代替多路相關(guān)的解決方法。相關(guān)接收器是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)過固定延遲后與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，與卷積器相比，只是對(duì)某一特定距離的回波作出響應(yīng)。偽碼調(diào)相雷達(dá)脈沖壓縮采用卷積算法時(shí)，由于卷積參考信號(hào)為對(duì)M序列碼擴(kuò)展后的反向序列。序列里的元素取值只有1和-1，因此可將卷積運(yùn)算簡(jiǎn)化為對(duì)回波序列做累加減運(yùn)算。

1.3濾波器設(shè)計(jì)在LabVIEW函數(shù)面板的信號(hào)處理選項(xiàng)中有濾波器子VI，為提高脈沖壓縮輸出的主旁瓣比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇加窗的FIR濾波器子VI，圖標(biāo)為。濾波器類型選擇低通，選擇經(jīng)典旁瓣抑制Dolph-Chebyshev函數(shù)。為使有效信息通過濾波器，將濾波器的高、低截至頻率設(shè)置為正、負(fù)2倍基帶帶寬值。

2回波信號(hào)處理

2.1MTI濾波器設(shè)計(jì)MTI濾波器為一低通濾波器，主要用于抵消回波信號(hào)中的靜止目標(biāo)和抑制零頻附近的雜波，提高接收信號(hào)的信雜比。目前常用的MTI濾波器有遞歸和非遞歸濾波器[8]。非遞歸MTI濾波器比較簡(jiǎn)單，沒有反饋支路，按對(duì)消次數(shù)的不同，可分為一次對(duì)消、二次對(duì)消和多次對(duì)消。對(duì)消次數(shù)越高，MTI濾波器阻帶凹口越寬，越能夠有效濾除靜止目標(biāo)和零頻附近的雜波，但通帶的平坦性越差，對(duì)有效回波信號(hào)的衰減也越大。遞歸MTI濾波器是在非遞歸MTI濾波器中加入反饋支路，按對(duì)消次數(shù)的不同，可分為一次對(duì)消、二次對(duì)消和多次對(duì)消。濾波器的極點(diǎn)一方面影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另一方面極點(diǎn)可以使它附近頻率點(diǎn)上相應(yīng)的幅頻響應(yīng)值得到提高，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)傳遞函數(shù)幅頻特性的通帶平坦性。隨著反饋系數(shù)的逐漸增大，濾波器的通帶越來(lái)越平坦，可增強(qiáng)對(duì)回波信號(hào)的檢測(cè)。但濾波器通帶越平坦，其相應(yīng)的凹口寬度越窄，減小了抑制寬雜波頻譜的能力[9-10]。針對(duì)某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)常見的雜波類型，結(jié)合工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的MTI濾波器模塊中包含非遞歸一次對(duì)消MTI濾波器和非遞歸二次對(duì)消MTI濾波器，可根據(jù)設(shè)定的不同雜波環(huán)境選擇。

2.2MTD模塊設(shè)計(jì)工程中MTD多普勒濾波器通道多為64、128、256等。為了使參訓(xùn)人員對(duì)該型雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)過程有一個(gè)直觀的印象，并能反映系統(tǒng)工作原理和任新濤等：某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)研究95信號(hào)處理過程。系統(tǒng)設(shè)置的多普勒濾波器通道數(shù)為16個(gè)，首先在Matlab軟件中將對(duì)消后的信號(hào)做MTD處理，然后再將程序改寫到LabVIEW的MTD模塊中。圖1為7位M碼調(diào)相回波序列在Matlab中采用FFT法進(jìn)行MTD處理后16個(gè)通道的結(jié)果。通過圖1中各通道的結(jié)果就可以粗略估算目標(biāo)的速度，也為后續(xù)的非相參積累和恒虛警檢測(cè)做了必要準(zhǔn)備。

2.3恒虛警檢測(cè)算法研究對(duì)恒虛警檢測(cè)算法的研究一直是雷達(dá)信號(hào)處理的熱點(diǎn)問題。目前，已經(jīng)提出了很多種恒虛警檢測(cè)算法，但工程上主要以單元平均、單元選大、單元選小及有序統(tǒng)計(jì)檢測(cè)算法為主。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)恒虛警檢測(cè)模塊時(shí)，由于雜波背景比較平穩(wěn)，因此可采用單元平均恒虛警算法，即慢門限恒虛警處理。此外，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能，在一次門限中加入一個(gè)反饋支路，將上次的檢測(cè)門限與新門限做加權(quán)處理，這樣就相當(dāng)于增加了背景的參考樣本單元數(shù)。

3PPI顯示器構(gòu)建

P型顯示器是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要平臺(tái)。設(shè)計(jì)的雷達(dá)P型顯示器應(yīng)主要包括掃描線、P顯界面的繪制和掃描速度、數(shù)據(jù)傳輸控制等部分。在LabVIEW軟件中有專門用于繪圖的圖片函數(shù)，位于函數(shù)\編程\圖形與聲音\圖片函數(shù)中。在繪制掃描線、P顯界面時(shí)，應(yīng)考慮整個(gè)顯示區(qū)域的劃分及掃描線的寬度。掃描線繪制可以通過調(diào)用圖片函數(shù)中的“繪制弧”函數(shù)來(lái)編程實(shí)現(xiàn),對(duì)扇掃速度的控制可以引入定時(shí)中的函數(shù)，由設(shè)定的天線轉(zhuǎn)速來(lái)控制。

4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

構(gòu)建雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)時(shí)，需要設(shè)計(jì)回波模塊，包括雜波和干擾子VI、靜目標(biāo)回波子VI和動(dòng)目標(biāo)回波子VI；脈沖壓縮模塊；MTI、MTD模塊，恒虛警模塊；P顯模塊。另外還需調(diào)用軟件內(nèi)部提供的部分子VI，如濾波器子VI。在LabVIEW中，子VI是由其他VI調(diào)用的簡(jiǎn)單VI，子VI節(jié)點(diǎn)類似于主程序中的子程序調(diào)用。在系統(tǒng)中，通過調(diào)用雜波和干擾子VI、靜目標(biāo)回波子VI和動(dòng)目標(biāo)回波子VI來(lái)產(chǎn)生雷達(dá)回波信號(hào)，回波信號(hào)與本振信號(hào)混頻后，通過低通濾波器，得到解調(diào)后數(shù)據(jù)，再將解調(diào)輸出數(shù)據(jù)與脈壓系數(shù)子VI的輸出送到脈沖壓縮模塊，MTI、MTD模塊和恒虛警模塊中做處理，最后將處理后的結(jié)果送到P型顯示器中顯示。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框如圖2所示。

5系統(tǒng)仿真

LabVIEW是一種應(yīng)用非常廣泛的仿真軟件，其圖形化編程語(yǔ)言和靈活的多平臺(tái)儀器分析優(yōu)點(diǎn)，使得它能夠方便地模擬工程中的各種儀器儀表與系統(tǒng)[11]。設(shè)計(jì)的某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)前面板由參數(shù)設(shè)置、波形仿真、目標(biāo)檢測(cè)和P顯4部分組成。通過參數(shù)設(shè)置模塊可以設(shè)置雷達(dá)參數(shù)、雜波參數(shù)、靜目標(biāo)參數(shù)、動(dòng)目標(biāo)參數(shù)、雜波對(duì)消類型、恒虛警概率、天線轉(zhuǎn)速及天線的高低角。波形仿真模塊主要是通過示波器來(lái)觀察生成的雷達(dá)回波信號(hào)波形、回波解調(diào)后的波形及脈沖壓縮后和MTI后的波形。系統(tǒng)采用一次或二次對(duì)消，若對(duì)消次數(shù)太多，既增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且效果不是很明顯。通過MTI模塊，可對(duì)消掉回波信號(hào)中的靜止目標(biāo)和零頻附近的雜波。在實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置的部分參數(shù)如下：中頻載波頻率fo=70MHz，采樣頻率fs=50MHz，M碼位數(shù)根據(jù)檢測(cè)距離范圍的不同選擇7位或127位，碼元寬度取0.2μs?？梢钥闯?，系統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)模塊在多普勒濾波器組第2個(gè)通道上檢測(cè)出一個(gè)目標(biāo)，對(duì)應(yīng)的多普勒速度為312.5Hz左右，位置在14.9994km處，與設(shè)置的目標(biāo)參數(shù)相吻合。由目標(biāo)的多普勒頻率結(jié)合設(shè)定的雷達(dá)載波頻率，即可近似求出目標(biāo)的徑向速度，送入P顯中進(jìn)行目標(biāo)顯示，如圖3所示。

6結(jié)束語(yǔ)

本文以某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)為研究背景，分析了該型雷達(dá)信號(hào)處理的相關(guān)算法，然后在LabVIEW平臺(tái)上建立了某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠讓使用者快速掌握某新型戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)的信號(hào)處理過程，并能夠通過波形仿真模塊對(duì)信號(hào)處理過程有一個(gè)直觀上的印象，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。

作者：任新濤張宏偉秦少剛李獻(xiàn)利湯宮民單位：解放軍63863部隊(duì) 軍械工程學(xué)院雷達(dá)教研室