郭徽東

(解放軍92403部隊，福建 福州 350007)

0 引 言

相參脈沖串信號是現(xiàn)有雷達(dá)信號中應(yīng)用最廣的一種。相參脈沖線性調(diào)頻雷達(dá)具有時頻耦合性和“釘板”型模糊圖，在距離、速度上同時具有良好分辨率和測量精度[1]。從雷達(dá)信號模糊函數(shù)的角度，仿真分析了相參體制下大時寬大帶寬脈沖線性調(diào)頻雷達(dá)信號距離/速度分辨率、低截獲和抗干擾特點。

1 模糊函數(shù)

模糊函數(shù)作為重要的信號時頻分析工具，具有唯一性、原點對稱性和體積不變性等特性[2-3]。根據(jù)模糊函數(shù)的性質(zhì)，利用固定載頻矩形脈沖信號的特點，計算線性調(diào)頻矩形脈沖信號模糊函數(shù)，即:

χu(τ;fd)=

(1)

|χu(τ;fd)|2=

|τ′|≤τ

(2)

如果雷達(dá)接收到的點目標(biāo)回波信號表示為：

(3)

式中：Xμ(τ;fd)為模糊函數(shù),τ為時延,fd為多普勒頻移；τ′為矩形脈沖寬度；t為時間;μ為瞬時頻率的變化斜率。

2 雷達(dá)信號與仿真

2.1 雷達(dá)信號

現(xiàn)有雷達(dá)通常采用相參脈沖處理技術(shù)，脈內(nèi)為線性調(diào)頻體制。選用2個相參雷達(dá)脈沖信號仿真模擬，進(jìn)行載頻固定。其中，信號樣式A的重復(fù)周期為3 000 μs，脈寬50 μs，帶寬2～5 MHz；信號樣式B的重復(fù)周期為2 000 μs，脈寬180 μs，帶寬150～200 MHz。雷達(dá)脈內(nèi)參數(shù)如表1所示。根據(jù)模糊函數(shù)理論性質(zhì)，在仿真計算中采用相參線性調(diào)頻波形方式比較兩類信號模糊函數(shù)值，為減少計算量，假設(shè)1組脈沖序列數(shù)為5～20個。

表1 仿真雷達(dá)信號參數(shù)

2.2 模糊函數(shù)計算

信號樣式A:重復(fù)周期3 000 μs，脈寬50 μs，帶寬2～5 MHz。當(dāng)信號樣式A的脈沖個數(shù)N=5時，相參線性調(diào)頻信號的模糊函數(shù)計算結(jié)果見圖1，雷達(dá)主瓣寬度在時延軸上的投影對應(yīng)雷達(dá)的距離分辨力；主瓣寬度在頻移軸上的投影對應(yīng)雷達(dá)的多普勒速度分辨力。當(dāng)信號樣式A的脈沖個數(shù)N=10時，數(shù)值計算結(jié)果見圖2～圖4；圖3(a)、(c)為相參線性調(diào)頻-時間模糊切片圖(N=10)，圖3(b)、(d)為相參線性調(diào)頻-速度模糊切片圖(N=10)?？梢钥闯觯走_(dá)信號樣式A的相參脈沖信號周期重復(fù)特性使得模糊函數(shù)投影平面出現(xiàn)尖峰排列，模糊帶包絡(luò)寬度為1/τ，寬度與單脈沖一致，距離模糊瓣數(shù)目為時延與脈寬比。由圖3的速度模糊圖可以看出，速度模糊瓣間隔為1/T，寬度為N倍間隔，速度分辨率計算與圖中的主瓣尖峰寬度基本符合。由圖1和圖2可知，該信號樣式模糊函數(shù)尖峰不明顯，距離和速度上旁瓣現(xiàn)象明顯，旁瓣高度約為模糊瓣高度的1/N。此外，從二維平面投影看，速度和距離分辨率較低，信號響應(yīng)區(qū)與雜波區(qū)分離度差。圖4為副瓣電平圖。旁瓣歸一化電平(-25 dB～-35 dB)能夠提供一定的距離和速度分辨率，對截獲接收機匹配截獲處理能力較弱。比較圖1、圖2，脈沖個數(shù)增加后，時域頻域切面的尖峰分離，主副瓣比提高，但總體上模糊函數(shù)釘板不明顯，模糊性大。

圖1 相參線性調(diào)頻脈沖序列模糊函數(shù)及投影圖(N=5)

圖2 相參線性調(diào)頻脈沖序列模糊函數(shù)及投影圖(N=10)

圖3 時間與速度模糊切片(N=10)

圖4 模糊函數(shù)旁瓣歸一化電平

信號樣式B：重復(fù)周期2 000 μs，脈寬180 μs，帶寬150～200 MHz，脈沖個數(shù)N=3、N=10。圖5、圖7分別為雷達(dá)信號樣式B單脈沖N=3和N=10時相參線性調(diào)頻脈沖序列線性調(diào)頻-模糊函數(shù)三維圖，圖7說明單脈沖模糊函數(shù)尖峰明顯，時頻域耦合性較信號樣式A弱，單脈沖模糊函數(shù)投影圖顯示線性調(diào)頻斜率的刀刃現(xiàn)象不明顯；在N=3和N=10的三維圖中，時域尖峰圖釘非常明顯，峰值幅度約為20～30，模糊函數(shù)在最大值的尖銳度大。理論上，距離模糊函數(shù)的主峰越窄，對相鄰目標(biāo)分辨能力就越強。雷達(dá)信號樣式B帶寬200 MHz，具有大壓縮比大調(diào)頻帶寬，其時間軸上脈沖寬度變窄，距離切片中分辨率得以提高，主瓣寬度2～3 μs；圖8中的線性調(diào)頻-速度模糊切片的速度域主瓣寬度為1～2 Hz,脈沖數(shù)的變化與分辨率無關(guān)，與信號帶寬有關(guān)。圖9為模糊函數(shù)時延旁瓣電平，最低副瓣電平為-40～-190 dB，說明帶寬越大，旁瓣電平越低。信號樣式A和B的性能比較見表2。

表2 信號樣式性能比較

圖5 樣式B脈沖數(shù)相參線性調(diào)頻-模糊函數(shù)圖(N=3)

由圖1、圖2、圖6、圖8可知，脈沖線性調(diào)頻雷達(dá)信號τ-fd平面上呈現(xiàn)排列模糊釘板尖峰；時間距離τ=0模糊切片決定距離分辨率，fd=0速度模糊切片決定速度分辨率力，且信號模糊尖峰尖銳度、邊峰和主峰容積與空白區(qū)決定了雜波分辨能力和目標(biāo)區(qū)分響應(yīng)。總體上，信號樣式A的時頻耦合性強，具有較明顯的線性調(diào)頻特點，模糊主瓣寬，分辨率低，旁瓣多，副瓣現(xiàn)象較嚴(yán)重，且模糊函數(shù)釘板不明顯，尖峰幅值為0.4～0.6；信號樣式B脈沖個數(shù)增加后，峰值陡峭，圖釘明顯，幅度稍增加，脈沖序列的時域展寬大，τ-fd軸上單個脈沖信號分辨能力強，理論上具有較高的低截獲特性。

圖6 樣式B時間模糊切片與速度模糊切片(N=3)

圖7 相參線性調(diào)頻雷達(dá)脈沖序列三維模糊函數(shù)圖平面投影圖(N=10)

圖8 脈沖數(shù)相參線性調(diào)頻-時間模糊切片與時間模糊切片放大圖(N=10)

圖9 模糊函數(shù)旁瓣歸一化電平

3 結(jié)束語

通過不同信號樣式的仿真計算，受脈沖序列和波形不連續(xù)等影響，脈沖體制雷達(dá)均存在距離和速度模糊的可能，可采取重頻參差、滑變和抖動等方式來解決多值性、模糊問題，如附加其他調(diào)制，可改變模糊函數(shù)的形式，使之趨于圖釘型。