（通信与信息系统专业论文）pd雷达接收机及信号处理系统仿真研究.pdf

藩子科披大学硕士论吏 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dc a l c u l a t i o nt e c h n o l o g yp r o m o t ef a s t p r o g r e s so f t h et e c h n o l o g yo f m o d e l i n g a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n 强es i m u l a t i o n t e c h n o l o g y h a sb e c o m ea n i n d e p e n d e n ts u b j e c t ，w h i c h i s u n d e r g o i n g f a s t d e v e l o p m e n tn o wa n db e i n gu s e d i na l ls o r t so fs c i e n c er e s e a r c hf i e l d s i n n a t i o n a ld e f e n c es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yf i e l d ，s i m u l a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e c o m e am e a n st os a v ei n v e s t m e n t ，e n h a n c ee f f i c i e n c ya n db e e nu s e da sap r e c u r s o r t e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r e a n d e x p e r i m e n t a t i o n t h i st h e s i sm a i n l y c o n c e r n sw i 镪 r e c e i v e ra n ds i g n a lp r o c e s s i n gs u b s y s t e m , w h i c ha r ep a r to fas i m u l a t i o ns y s t e m o f a i r p u l s ed o p p l 群r a d a r ( p dr a d a o ，t h i ss i m u l a t i o ns y s t e m a i m st oe v a l u a t et h e j a m m i n g a n d a n t i - j a m m i n gc a p a c i t yo f t h e p dr a d a r o u rm a i nw o r ka n da c h i e v e m e n ta r ec e n t r a l i z e da sf o l l o w s t h e p a p e r b r i e f l ye x p a t i a t e so n p dr a d a r s y s t e m ，c l u t t e r sa n dp u l s ec o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y t h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dar e a l i z a t i o ns c h e m eo fr e c e i v e ra n ds i g n a lp r o c e s s i n g s u b - s y s t e mb a s e do nd i f f e r e n tw o r kp a t t e r n ，i n c l u d i n gr a n g eg a t ep dm o d ei n h i g ha n dm e d i u mr e p e a tf r e q u e n c yp a t t e ma n dp u l s ec o m p r e s sp l u sm t d ( m o v e d t a r g e td e t e c t i o n ) m o d ea sw e l la sl f m ( 1 i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t e d ) a n db a r k e r c o d ei nl o w r e p e a tf r e q u e n c yp a t t e r n 。t h ep a p e rd i s s e r t a t e sr e a l i z a t i o no fr e c e i v e r a n ds i g n a lp r o c e s s i n gs u b - s y s t e mi n d e t a i l ，g i v e sp r i n c i p l e sf o rm a i nm o d u l e s ， e s t a b l i s h e st h em a t h e m a t i c sm o d e la n dc o m b i n e ss i m u l a t i o n t h ep dr a d a rc a l l w o r ki nb o t hs e a r c ha n dt r a c em o d e o u t p u tw a v e so fm a i nm o d u l e s ，d e t e c t i o n p r o b a b i l i t y , f a l s ea l e r tp r o b a b i l i t ya n dm s e ( m e a ns q u a r ee r r o r ) e r ea r eg i v e nb y c o m p u t e r s i m u l a t i o na n d a n a l y t i cf o r m t h ep r o j e c ti st h ef i r s ts i m u l a t i o n p l a tb a s e do np e r s o n a lc o m p u t e rt os t u d y p dr a d a rs y s t e ma n di t s j a r n m i n ga n da n t i - j a m m i n gc a p a b i l i t ye v a l u a t i o ni n e l e c t r o nc o u n t e r w o r kf i e l do fo u rc o u n 站i th a s i m p o r t a ms i g n i f i c a n c ef o r c o r r e l a t er e s e a r c h k e y w o r d s ：p u l s e d o p p l e rr a d a r , r e c e i v e r , s i g n a lp r o c e s s i n g , s i m u l a t i o n l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名：日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期：年 月日 第一章引言 1 1 系统仿真介绍 系统仿真是是近3 0 年发展起来的一门综合性很强的新兴技术学科，是指利 用系统模型做试验，通过仿真模型的建立与试验，对已存在或正在设计的系统 的本质特性进行分析研究的过程。 在军事科学研究和工程实践中，特别是在导弹武器系统、军用电子系统和 航天工程等的研制过程中，往往对所研制的系统不能进行试验，而需要建立一 个与所研制的对象相似的模型，通过模型间接地研究系统规律、性能状态、评 价系统的品质。这种间接的试验技术就是系统仿真在军事上的应用，它具有经 济、安全可靠、试验周期短等特点。因此，我们在机载脉冲多普勒雷达系统研 究中也采用了仿真技术。 如何选择仿真环境对系统仿真而言至关重要，仿真工具选择是否合理，也 往往决定了仿真工作能否顺利进行。利用系统仿真工具进行雷达系统建模与仿 真，可以高效地完成系统的方案论证和性能评估，将雷达系统设计人员从繁重的 设计工作中解脱出来，使雷达系统的设计更加方便、高效和优化，能够大大提高 设计的可靠性，并可缩短设计周期，降低开发成本。根据实际的条件和仿真的具 体要求，仿真中采用功能强大、容易使用的仿真工具m a t l a b 来实现该机载脉冲 多普勒雷达系统，同时我们也参考了c a d e n c e 公司的s p w 软件里有关雷达 的仿真库。 m a t l a b 是由m a t hw o r k s 公司推出的。到目前为止，它已发展成为国际上 最优秀的科学应用软件之一。其强大的科学计算与可视化功能、简单易用的开 放式可扩展环境以及三十多个面向不同领域而扩展的工具箱( t o o l b o x ) 支持， 使得m a t l a b 在许多学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开 发的基本工具和首选平台。它使越来越多的工程技术人员摆脱了c c + + 语言繁 琐语法的束缚，能更专心地将注意力集中在专业内技术研究的核心问题上。因 此，它在算法的研究和系统建模上开发周期比较短。但是m a t l a b 也有它的缺点， 比如它是一门解释性语言，因此程序运行起来相对来说比较慢。不过，我们所 研究的系统模型实时性要求并不高。综合考虑之后，我们选择了m a t l a b 作为我 们的开发工具。 1 2 国内外研究现状 以仿真试验来代替部分甚至大部分外场试验，这种概念在国外已付诸实施， 第一章引言 1 1 系统仿真介绍 系统仿真是是近3 0 年发展起来的一门综合性很强的新兴技术学科，是指利 用系统模型做试验，通过仿真模型的建立与试验，对已存在或正在设计的系统 的本质特性进行分析研究的过程。 在军事科学研究和工程实践中，特别是在导弹武器系统、军用电子系统和 航天工程等的研制过程中，往往对所研制的系统不能进行试验，而需要建立一 个与所研制的对象相似的模型，通过模型间接地研究系统规律、性能状态、评 价系统的品质。这种间接的试验技术就是系统仿真在军事上的应用，它具有经 济、安全可靠、试验周期短等特点。因此，我们在机载脉冲多普勒雷达系统研 究中也采用了仿真技术。 如何选择仿真环境对系统仿真而言至关重要，仿真工具选择是否合理，也 往往决定了仿真工作能否顺利进行。利用系统仿真工具进行雷达系统建模与仿 真，可以高效地完成系统的方案论证和性能评估，将雷达系统设计人员从繁重的 设计工作中解脱出来，使雷达系统的设计更加方便、高效和优化，能够大大提高 设计的可靠性，并可缩短设计周期，降低开发成本。根据实际的条件和仿真的具 体要求，仿真中采用功能强大、容易使用的仿真工具m a t l a b 来实现该机载脉冲 多普勒雷达系统，同时我们也参考了c a d e n c e 公司的s p w 软件里有关雷达 的仿真库。 m a t l a b 是由m a t hw o r k s 公司推出的。到目前为止，它已发展成为国际上 最优秀的科学应用软件之一。其强大的科学计算与可视化功能、简单易用的开 放式可扩展环境以及三十多个面向不同领域而扩展的工具箱( t o o l b o x ) 支持， 使得m a t l a b 在许多学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开 发的基本工具和首选平台。它使越来越多的工程技术人员摆脱了c c + + 语言繁 琐语法的束缚，能更专心地将注意力集中在专业内技术研究的核心问题上。因 此，它在算法的研究和系统建模上开发周期比较短。但是m a t l a b 也有它的缺点， 比如它是一门解释性语言，因此程序运行起来相对来说比较慢。不过，我们所 研究的系统模型实时性要求并不高。综合考虑之后，我们选择了m a t l a b 作为我 们的开发工具。 1 2 国内外研究现状 以仿真试验来代替部分甚至大部分外场试验，这种概念在国外已付诸实施， 电子科技大学硕士论文 在国内也正在发挥作用。国外在“爱国者”、“罗兰特”、“尾刺”和“扩展的防 空仿真系统( e a d s i m ) ”的研制中均进行了仿真研究，取得了明显的经济和社 会效益。同样，仿真试验在各种雷达和电子对抗系统的研制中也逐渐得到了广 泛的应用。目前，国内的有关研究院所对某些搜索雷达系统的信号处理进行了 仿真研究，如“合成孔径雷达数字信号处理软件仿真”等等。但缺少对整个雷 达系统的仿真研究，尤其缺乏对跟踪雷达系统的仿真研究。机载p d 雷达是一 种技术复杂而又广泛应用的先进雷达。目前对机载脉冲多普勒雷达整个系统及 其干扰和抗干扰的仿真研究迄今为止未见到公开报道。本项研究是对机载脉冲 多普勒雷达整个系统及其干扰和抗干扰技术建立p c 机仿真平台进行仿真研究 的初步探索。整个项目是我国电子对抗领域首次完整地为研究p d 雷达系统及 其干扰和抗干扰性能研究所建立的p c 机仿真研究平台，相信这一成果会对相 关研究起到积极作用。 1 3 本人工作及章节安排 作者对机载脉冲多普勒雷达系统的接收机和信号处理机两个子系统进行了 计算机仿真和研究。 论文的目的是建立一个机载脉冲多普勒雷达系统，并对其做干扰和抗干扰 试验。因此，我们首先需要花大量的时间和精力，根据雷达的体制以及现有的 参数构建雷达系统平台，并且将生成的目标回波、噪声及杂波送入构建好的系 统平台进行仿真分析，以证明所建模型的正确性。在此基础上，我们将各种干 扰信号加入该脉冲多普勒雷达系统中，观察其对该系统的干扰效果和系统所采 用抗干扰措施的有效性。 在系统平台搭建过程中，主要分成五部分来进行：第一部分是信号环境建 模与仿真部分，主要包括了目标模型、杂波模型、接收机噪声模型以及有源干 扰模型建模与仿真；第二部分是接收机子系统模型，主要包括了低噪声高频放 大器、混频器、中放、增益控制电路、距离门重排、正交相干检波、a 仍等模 块；第三部分是信号处理模型，主要包括旁瓣对消旁瓣匿隐、数字脉冲压缩、 杂波处理、多普勒滤波器组、幅度检测、恒虚警处理、判决等模块；第四部分 是数据处理部分，主要包括解距离和速度模糊、数据平滑、滤波、航迹处理与 统计分析等模块；最后是界面显示部分，根据系统要求显示所需要的数据和图 形。该系统具有较大的灵活性，能在一定范围内对雷达波形、恒虚警处理方式、 雷达工作模式、干扰方式进行选择。本论文的工作主要是接收机和信号处理机 两个子系统部分。 本文章节安排如下：第一章是引言，介绍了课题的来源、重大意义、国内 2 电子科技大学硕士论文 在国内也正在发挥作用。国外在“爱国者”、“罗兰特”、“尾刺”和“扩展的防 空仿真系统( e a d s i m ) ”的研制中均进行了仿真研究，取得了明显的经济和社 会效益。同样，仿真试验在各种雷达和电子对抗系统的研制中也逐渐得到了广 泛的应用。目前，国内的有关研究院所对某些搜索雷达系统的信号处理进行了 仿真研究，如“合成孔径雷达数字信号处理软件仿真”等等。但缺少对整个雷 达系统的仿真研究，尤其缺乏对跟踪雷达系统的仿真研究。机载p d 雷达是一 种技术复杂而又广泛应用的先进雷达。目前对机载脉冲多普勒雷达整个系统及 其干扰和抗干扰的仿真研究迄今为止未见到公开报道。本项研究是对机载脉冲 多普勒雷达整个系统及其干扰和抗干扰技术建立p c 机仿真平台进行仿真研究 的初步探索。整个项目是我国电子对抗领域首次完整地为研究p d 雷达系统及 其干扰和抗干扰性能研究所建立的p c 机仿真研究平台，相信这一成果会对相 关研究起到积极作用。 1 3 本人工作及章节安排 作者对机载脉冲多普勒雷达系统的接收机和信号处理机两个子系统进行了 计算机仿真和研究。 论文的目的是建立一个机载脉冲多普勒雷达系统，并对其做干扰和抗干扰 试验。因此，我们首先需要花大量的时间和精力，根据雷达的体制以及现有的 参数构建雷达系统平台，并且将生成的目标回波、噪声及杂波送入构建好的系 统平台进行仿真分析，以证明所建模型的正确性。在此基础上，我们将各种干 扰信号加入该脉冲多普勒雷达系统中，观察其对该系统的干扰效果和系统所采 用抗干扰措施的有效性。 在系统平台搭建过程中，主要分成五部分来进行：第一部分是信号环境建 模与仿真部分，主要包括了目标模型、杂波模型、接收机噪声模型以及有源干 扰模型建模与仿真；第二部分是接收机子系统模型，主要包括了低噪声高频放 大器、混频器、中放、增益控制电路、距离门重排、正交相干检波、a 仍等模 块；第三部分是信号处理模型，主要包括旁瓣对消旁瓣匿隐、数字脉冲压缩、 杂波处理、多普勒滤波器组、幅度检测、恒虚警处理、判决等模块；第四部分 是数据处理部分，主要包括解距离和速度模糊、数据平滑、滤波、航迹处理与 统计分析等模块；最后是界面显示部分，根据系统要求显示所需要的数据和图 形。该系统具有较大的灵活性，能在一定范围内对雷达波形、恒虚警处理方式、 雷达工作模式、干扰方式进行选择。本论文的工作主要是接收机和信号处理机 两个子系统部分。 本文章节安排如下：第一章是引言，介绍了课题的来源、重大意义、国内 2 毫子疆鼓大学硬论文 终硬究动态秘本人数工作；第二章首先慰本课鼷中用到熬脉冲多酱勒臀达系绞、 杂波和脉冲压缩技术作了简要地阐述，接着给出了实现本系统的仿真框图及接 收机与信号处理机两个子系统的流程躜；第三零对接收极子系统的主要模块例 如增益控制、躐离门重排、正交双通邋检波器的原理和实现做了详细的阐述； 第四章对信号处理机子蓉统的主要模块例如脉冲压缩、杂波处理、多鼹勒滤波 器组、自动检测、恒寝警处理和定心算法的原疆和实现做了详细的阐述，同时 也给出了跟踪目标时的信号处理过程；第五章是仿真部分数据和结果，给出了 脉冲多滔勒雷达接收梳和信号处理子系统主要模块在备种工作模式下的输出波 形及整个雷达系统的检测概率、虚警概率和均方误差等性能参数；第六章是结 束语，辩全文遂行总结并做了一些展望。 由予条件和对间以及本人学识的限制，论文中还裔诲多不尽人意的地方， 崽请各位专家批评指正。 3 电子科技大学硕士论文 第二章系统概述 根据“机载脉冲多普勒雷达系统计算机仿真研究”课题的要求，系统在高、 中和低重复频率分别采用距离门p d 体制和脉冲压缩+ 动目标检测体制工作，因 此有必要先对脉冲多普勒雷达系统和脉冲压缩技术分别作一扼要介绍。在此基 础上，论文给出了实现该脉冲多普勒雷达系统的归一化仿真框图及接收机与信 号处理两个子系统的流程图。 2 1 多普勒雷达系统概述 脉冲多普勒雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种特殊雷达体 制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强 的抑制杂波的能力，因而能在很强的杂波背景中分辨出动目标回波。2 0 世纪6 0 年代，为了解决机载下视雷达强地杂波的干扰这个问题，科研人员研制了脉冲 多普勒体制雷达，即p d 雷达。p d 雷达能明显地提高从运动杂波中检测目标的 能力。 p d 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。关于p d 雷达的 定义，雷达手册的编者m i 斯科尔尼克这样描述： 1 具有足够高的脉冲重复频率，使杂波或观测到的目标都没有速度模糊； 2 能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波； 3 由于重复频率很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 近年来关于p d 雷达地定义有所延伸，上述定义仅适用于高重复频率的p d 雷达，而不适用于所有种类的p d 雷达。7 0 年代研制成功的中重复频率的p d 雷达和采用低重复频率的动目标检测雷达都不能满足斯科尔尼克的p d 雷达所 规定的全部三个条件，但都能满足其中的第二个条件，即实现频域滤波。因此， p d 雷达的广泛定义应为：能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波( 频域 滤波) ，具有对目标进行速度分辨能力的雷达。关于p d 雷达的分类，如图2 - 1 所示。 4 电子科技大学硕士论文 第二章系统概述 根据“机载脉冲多普勒雷达系统计算机仿真研究”课题的要求，系统在高、 中和低重复频率分别采用距离门p d 体制和脉冲压缩+ 动目标检测体制工作，因 此有必要先对脉冲多普勒雷达系统和脉冲压缩技术分别作一扼要介绍。在此基 础上，论文给出了实现该脉冲多普勒雷达系统的归一化仿真框图及接收机与信 号处理两个子系统的流程图。 2 1 多普勒雷达系统概述 脉冲多普勒雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种特殊雷达体 制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强 的抑制杂波的能力，因而能在很强的杂波背景中分辨出动目标回波。2 0 世纪6 0 年代，为了解决机载下视雷达强地杂波的干扰这个问题，科研人员研制了脉冲 多普勒体制雷达，即p d 雷达。p d 雷达能明显地提高从运动杂波中检测目标的 能力。 p d 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。关于p d 雷达的 定义，雷达手册的编者m i 斯科尔尼克这样描述： 1 具有足够高的脉冲重复频率，使杂波或观测到的目标都没有速度模糊； 2 能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波； 3 由于重复频率很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 近年来关于p d 雷达地定义有所延伸，上述定义仅适用于高重复频率的p d 雷达，而不适用于所有种类的p d 雷达。7 0 年代研制成功的中重复频率的p d 雷达和采用低重复频率的动目标检测雷达都不能满足斯科尔尼克的p d 雷达所 规定的全部三个条件，但都能满足其中的第二个条件，即实现频域滤波。因此， p d 雷达的广泛定义应为：能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波( 频域 滤波) ，具有对目标进行速度分辨能力的雷达。关于p d 雷达的分类，如图2 - 1 所示。 4 电子科技大学硕士论文 图2 - 1p d 雷达的分类 下面论文对高、中、低脉冲重复频率的定义加以说明： 低脉冲重复频率雷达定义为脉冲重复频率( p r f ) 足够低，可不模糊地测量目 标距离的雷达。在下一个脉冲发射之前的脉间周期中，前一个发射脉冲要能传 播到所需的最大距离并从那里返回雷达接收机。不模糊距离r 由下式算出 r 3 赢 ( 2 。) 上_ 式中c = 光速 低和中p r f 之间的分界线没有一个特定的分界线，而在某种程度上依赖于 应用。一部典型的机载雷达的p r f 可能为1 0 0 0 h z ，其不模糊距离为1 5 0 千米 ( 8 0 海里) 低p r f 多普勒雷达一般不能无模糊地测量速度( 即多普勒频移) 。 高p r f 雷达定义为其p r f 足够高，能对所有感兴趣的目标速度都能不模 糊地测量的雷达。可以不模糊地测量的最大多普勒频移由下式给出 五。：p r f ；丝 c ( 2 2 ) 式中厂= 发射频率。 一部在2 马赫速度的飞机上工作的典型的x 波段( 9 吉赫) 雷达的p r f 可能 为2 5 0 千赫，以便确保对一个同样的高速目标进行探测和不模糊地测量其速度， 对应的不模糊距离仅为6 0 0 米( 2 0 0 0 英尺) 。因此，对一个在1 5 0 千米( 8 0 海里) 距离上的目标进行测距则是高度模糊的。 中p r f 雷达定义为其p r y 使距离和多普勒二者都产生测量模糊的雷达。 中p r f 雷达看起来像是综合了高和低p r f 雷达二者的缺点。但是，在一定工 作环境条件下，中p r f 往往是机载雷达的最佳波形选择。 5 电子科技大学硕士论文 图2 2 给出了典型机载脉冲多普勒雷达的组成原理框图，下面以此图为例 来说明p d 雷达的接收机和信号处理两个子系统中抑制杂波和检测出所关心的 运动目标回波的基本方法。 ( 从同步器来) 图2 - 2 典型机载p d 雷达的框图 脉冲多普勒雷达的接收机和信号处理子系统的用途是放大、检波和处理雷 达发射之后返回的所需要的回波，一般包括接收机放大器、发射脉冲抑制器、 距离选通放大器、单边带滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、主杂波抑制滤波 器、多普勒滤波器组等部分。各组成部分的功能如下： 1 放大器 这部分包括低噪生高频放大器、混频器、中频放大器和视频放大器。 高频放大器是超外差式雷达接收机的重要组成部分，其任务是把天线上接 收到的回波信号直接在载波频率上进行放大，然后再把它送到混频器去进行混 频，以形成中频回波信号。它的使用能使雷达接收机具有很高的灵敏度，提高 雷达站的作用距离。考虑到主杂波可能比热噪声高9 0 d b ，接收机应在主瓣杂波 最大时仍不饱和，所以采用的高频放大器应有足够大的动态范围和良好的线性 放大特性，否则将出现交叉调制，信号频谱展宽，使滤波器输出信噪比变坏。 中频放大器是放大由混频器输出的中频信号，使之达到检波器正常工作所 需要的数值。中放是由一个带通滤波器和一个放大器组成，其中在工程上带通 6 滤波器的带宽通常选为最佳通频带。 曰= 1 3 7 , ( 2 - 3 ) 其中，f 为发射信号脉宽。 视频放大器( 又称为脉冲放大器) 是用来放大视频脉冲信号的，属于宽频 带放大器范畴。在雷达接收机中它介于检波器和显像管之间，用以放大视频脉 冲，使其幅值满足显像管显示目标回波信号的需要。在自动跟踪雷达中的跟踪 支路中，视频放大器用来将相位检波器检出的正、负极性脉冲放大，然后加给 峰值检波器，以便提高跟踪系统的互导特性曲线的斜率，从而提高跟踪精度。 2 混频器 雷达接收机的作用是通过天线接收携带目标信息的回波信号，通过进一步 提取和处理信号，获得目标信息。首先需要将接收到的微弱信号进行放大。但 是在微波波段若对信号直接放大会遇到以下几个问题。 为了把天线接收到的微弱信号放大到所需要的幅度，以保证检波器呈线 性律检波，通常要求接收机的电压增益为1 0 5 1 0 6 倍( 即1 0 0 1 2 0 分贝) 。 由于放大器受到最大稳定增益的限制，将微弱的高频信号直接放大这样 高的倍数是很困难的。而且频率越高、放大量越大时，放大器的工作就 越不稳定。接收机没有足够的增益，灵敏度也不可能做得很高。 信号频率越高，放大器谐振回路的通频带就越宽，即选择性越差。在厘 米波波段，由高频放大器直接选择出几兆赫带宽的信号是非常困难的。 如果接收机是窄带的，那么当信号频率变动时，就需要将所有的高频放 大器调谐到信号频率上，就会使接收机的调谐机构变得十分复杂。 为解决上述矛盾，通常采用被称为“混频器”的设备首先将信号预处理。 它的作用是在接收机中将接收到的高频信号变换成中频信号，以便进一步对信 号进行放大和解调。通常，中频可在3 0 i o o m h z 之间互选。 3 发射脉冲抑制器 由于收发开关通断比有限，发射脉冲有泄漏。为降低发射机的泄漏功率， 可以采用时间波门抑制的方法。但是为了防止波门谐波处于多普勒带通滤波器 中，需采用平衡波门电路，同时使中频通带和脉冲重复频率同步，从而使脉冲 重复频率的谐波全落在通带的有用部分以外。如果采用了零多普勒频率抑制滤 波器还可以进一步抑制泄漏的发射脉冲。 4 距离选通放大器 由于脉冲多普勒雷达采用单边带滤波器，其带宽等于脉冲重复频率。回波 7 电子科技大学硕士论文 信号通过单边带滤波器后接近为单一频率的连续波，实际上由于窄带滤波器有 一定的带宽，输出信号的时宽接近谱线宽度的倒数，因而破坏了原来脉冲信号 的距离信息。为了测距的需要，必须在单边带滤波器以前加上距离选通放大器， 根据距离选通来识别目标的距离。增加距离选择以后，还可以抑制距离门以外 的干扰。 5 单边带滤波器 单边带滤波器是一个带宽近似等于雷达的脉冲重复频率的带通滤波器，其 主要作用是从回波频谱中只滤出一根谱线和它所对应的多普勒频移分量，从而 使得后面得各种滤波处理在单根谱线上进行。该滤波器一般设置在中频，且置 于距离选通波门之后。由于对其性能参数要求高，通常采用石英晶体滤波器来 实现。 6 零多普勒频率抑制滤波器 它主要用于滤除高度杂波。高度杂波是由地面的垂直反射所形成的杂波， 通常比漫反射所形成的旁瓣杂波要强的多。当载机水平飞行时，其多普勒频移 为零。所以我们可以加上一个零多普勒滤波器来滤除它。另外，这个滤波器还 可以进一步抑制由发射机直接进入到接收机的泄漏。 7 主瓣杂波抑制滤波器 主瓣杂波的干扰最强，通常比目标回波能量高出6 0 8 0 d b 。为了减轻后面 多普勒滤波器组的负担，尤其是采用数字技术时，为了减小数字部分的动态范 围，同时保证对主瓣杂波有足够的抑制能力，必须采用主瓣杂波抑制滤波器先 对主瓣杂波加以抑制。由于主瓣杂波的位置与载机速度和天线的指向有关，因 此抑制主瓣杂波常用的方法是首先确定它的频率，用一个混频器先消除变化 的t 然后用一个固定频率的滤波器将其滤除。主瓣杂波抑制滤波器的幅一频 特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数，以使通过滤波器后输出的杂波频谱可近似 为平坦的特性。考虑到抑制滤波器幅频特性总会有一定的频率定位误差，因此 抑制带宽应取得稍宽一些。 在有些p d 雷达中，往往同时采用高、中两种脉冲重复频率。高重复频率 主要用于检测无杂波区的目标，而当采用中重复频率时，目标处于旁瓣杂波区。 这样的p d 雷达，当它工作于高重复频率时，可将单边带滤波器和主瓣杂波抑 制滤波器的作用合并，而用一个无杂波区滤波器来完成。当此p d 雷达工作于 中重复频率时，由于存在速度模糊，不能使用单边带滤波器，在这种情况下， 一般利用上面提到的后一种方法计算出主瓣杂波中心频率厶，然后采用类似 8 惫子科技大学硕士论文 m t i 雷达中杂波对瀵的方法采翔副主瓣杂波。 8 多普勒滤波嚣组 它蹙脉冲多酱勒雷遮的不可缺少的组成部分，是覆盖预期的霹标多普勒颓 移范围的组邻接的窄带滤波器。当髓标相对予雷达的径向速度不同，即多普 耪频率不闯露，它落入不同酶窄带滤波嚣。蓠j 鬟：，它怒蜀了实现速度分辨和耩 确测量的作用。由于视频滤波比较简便，对采样率的要求低，因此多酱勒滤波 器篷暹常设置在褫凝。缀据疆聚滤波联论，每个滤波器静繁宽应设诗缮尽量每 回波信号的谱线宽度相匹配，这个带宽同时确定了p d 雷达的速度分辨力和测 邃精度。交予数字接寒爨发震，多营勒滤波器缱基本上都是采翅数字滤波方法 来实现的。 9 僵虚警率憝理 由于p d 雷达的杂波分布情况比较复杂，目标回波可能落入杂波医也可能 落入无杂波区，两种区域中干扰的强度相差很大。经过以上各种滤波处理之后， 信号的背景干扰能包含很宽的幅度范围。因此，p d 雷达必须采用c f a r 处理 技术，一边防止于莸增大时虚餐概率避高，保诞当嗓声、杂渡和干抗功率或其 他参数发生变化时，输出端的廉警概率保持恒滗。根搬杂波环境的不同以及对 菊达往熊要求的不同，凌p d 嚣达中可| 三l 采瘸参量法载非参量法c f a r 处理技 术，根据背景干扰电平米自动调节检测门限，以达到使虚警概率恒定的目的。 以j = = 我们分析了p d 雷达的典型结构及一般的信号处理方法。p d 臀达信号 处理的慕本方式是在杂波抑制滤波器厝，串接和信号游线相匹凝的窄带滤波器 缀。 2 。2 脉冲多普勒雷达的杂波 多蒋勒雷达的基本特点是能在频域一时域分布相当宽广且功率相当强的背 最杂波中检测爨肖用豹绥号。这释背景杂波逶零装熬之蔻歙狰多酱勒杂波，萁 杂波频谱是多普勒频率距离的函数。由于杂波频谱的形状和强度影响着不同 多普勒频率款嚣标熬检测能力，嚣照最蠢在对杂波有充分谈识弱壤嚣下，方戆 旗正了解p d 雷达的工作原理。 2 。2 枫载下视p o 黉达的杂波灌 如图2 - 3 显示了机裁下视p d 雷达的典型愤况。机载下视p d 雷达与地面 之游存在着相霹逡动，褥笳上雷遮天线方向图酶彩响，使p d 鬻达地面条波的 频谱发生了显著的变化。这种显著变化裘现为地砸杂波被分为主瓣杂波区、旁 瓣杂波毯秘离度线杂波嚣。 9 惫子科技大学硕士论文 m t i 雷达中杂波对瀵的方法采翔副主瓣杂波。 8 多普勒滤波嚣组 它蹙脉冲多酱勒雷遮的不可缺少的组成部分，是覆盖预期的霹标多普勒颓 移范围的组邻接的窄带滤波器。当髓标相对予雷达的径向速度不同，即多普 耪频率不闯露，它落入不同酶窄带滤波嚣。蓠j 鬟：，它怒蜀了实现速度分辨和耩 确测量的作用。由于视频滤波比较简便，对采样率的要求低，因此多酱勒滤波 器篷暹常设置在褫凝。缀据疆聚滤波联论，每个滤波器静繁宽应设诗缮尽量每 回波信号的谱线宽度相匹配，这个带宽同时确定了p d 雷达的速度分辨力和测 邃精度。交予数字接寒爨发震，多营勒滤波器缱基本上都是采翅数字滤波方法 来实现的。 9 僵虚警率憝理 由于p d 雷达的杂波分布情况比较复杂，目标回波可能落入杂波医也可能 落入无杂波区，两种区域中干扰的强度相差很大。经过以上各种滤波处理之后， 信号的背景干扰能包含很宽的幅度范围。因此，p d 雷达必须采用c f a r 处理 技术，一边防止于莸增大时虚餐概率避高，保诞当嗓声、杂渡和干抗功率或其 他参数发生变化时，输出端的廉警概率保持恒滗。根搬杂波环境的不同以及对 菊达往熊要求的不同，凌p d 嚣达中可| 三l 采瘸参量法载非参量法c f a r 处理技 术，根据背景干扰电平米自动调节检测门限，以达到使虚警概率恒定的目的。 以j = = 我们分析了p d 雷达的典型结构及一般的信号处理方法。p d 臀达信号 处理的慕本方式是在杂波抑制滤波器厝，串接和信号游线相匹凝的窄带滤波器 缀。 2 。2 脉冲多普勒雷达的杂波 多蒋勒雷达的基本特点是能在频域一时域分布相当宽广且功率相当强的背 最杂波中检测爨肖用豹绥号。这释背景杂波逶零装熬之蔻歙狰多酱勒杂波，萁 杂波频谱是多普勒频率距离的函数。由于杂波频谱的形状和强度影响着不同 多普勒频率款嚣标熬检测能力，嚣照最蠢在对杂波有充分谈识弱壤嚣下，方戆 旗正了解p d 雷达的工作原理。 2 。2 枫载下视p o 黉达的杂波灌 如图2 - 3 显示了机裁下视p d 雷达的典型愤况。机载下视p d 雷达与地面 之游存在着相霹逡动，褥笳上雷遮天线方向图酶彩响，使p d 鬻达地面条波的 频谱发生了显著的变化。这种显著变化裘现为地砸杂波被分为主瓣杂波区、旁 瓣杂波毯秘离度线杂波嚣。 9 惫子科技大学硕士论文 m t i 雷达中杂波对瀵的方法采翔副主瓣杂波。 8 多普勒滤波嚣组 它蹙脉冲多酱勒雷遮的不可缺少的组成部分，是覆盖预期的霹标多普勒颓 移范围的组邻接的窄带滤波器。当髓标相对予雷达的径向速度不同，即多普 耪频率不闯露，它落入不同酶窄带滤波嚣。蓠j 鬟：，它怒蜀了实现速度分辨和耩 确测量的作用。由于视频滤波比较简便，对采样率的要求低，因此多酱勒滤波 器篷暹常设置在褫凝。缀据疆聚滤波联论，每个滤波器静繁宽应设诗缮尽量每 回波信号的谱线宽度相匹配，这个带宽同时确定了p d 雷达的速度分辨力和测 邃精度。交予数字接寒爨发震，多营勒滤波器缱基本上都是采翅数字滤波方法 来实现的。 9 僵虚警率憝理 由于p d 雷达的杂波分布情况比较复杂，目标回波可能落入杂波医也可能 落入无杂波区，两种区域中干扰的强度相差很大。经过以上各种滤波处理之后， 信号的背景干扰能包含很宽的幅度范围。因此，p d 雷达必须采用c f a r 处理 技术，一边防止于莸增大时虚餐概率避高，保诞当嗓声、杂渡和干抗功率或其 他参数发生变化时，输出端的廉警概率保持恒滗。根搬杂波环境的不同以及对 菊达往熊要求的不同，凌p d 嚣达中可| 三l 采瘸参量法载非参量法c f a r 处理技 术，根据背景干扰电平米自动调节检测门限，以达到使虚警概率恒定的目的。 以j = = 我们分析了p d 雷达的典型结构及一般的信号处理方法。p d 臀达信号 处理的慕本方式是在杂波抑制滤波器厝，串接和信号游线相匹凝的窄带滤波器 缀。 2 。2 脉冲多普勒雷达的杂波 多蒋勒雷达的基本特点是能在频域一时域分布相当宽广且功率相当强的背 最杂波中检测爨肖用豹绥号。这释背景杂波逶零装熬之蔻歙狰多酱勒杂波，萁 杂波频谱是多普勒频率距离的函数。由于杂波频谱的形状和强度影响着不同 多普勒频率款嚣标熬检测能力，嚣照最蠢在对杂波有充分谈识弱壤嚣下，方戆 旗正了解p d 雷达的工作原理。 2 。2 枫载下视p o 黉达的杂波灌 如图2 - 3 显示了机裁下视p d 雷达的典型愤况。机载下视p d 雷达与地面 之游存在着相霹逡动，褥笳上雷遮天线方向图酶彩响，使p d 鬻达地面条波的 频谱发生了显著的变化。这种显著变化裘现为地砸杂波被分为主瓣杂波区、旁 瓣杂波毯秘离度线杂波嚣。 9 窀予科技大学硕士论文 mm_w_州_一 逶鬻，辊载p d 嚣遮露敬蹒测戮飞税、汽车、毽竞、轮船等离散霹标帮撼 秘、海淡、云蔫等逡绥瓣褥。窝祭霉迭发蘩壤鸯彩式受均匀熬链形麓鬃赫捧串 嫠号，捌该矩形辣狰枣镄号魏菝谱怒瘗它静载焱焉耱边菝磊士研上静麓予条离 散谱线所组成，其频谱包络为s i n x 形式。由予一个孤立运动目标对雷达发射 篌号魏散射 霉达 x 遮瑟 匿2 - 3 械载船嚣达下视情况 主瓣照射诞 露惩嫠产凳嚣器滚碧弩静多蓄赣鞭率，爰诧予嚣达与运麓嚣称之窝静径离速度 v ，所以当镭达的地速为v 。，地速矢墩与地面一小炔杂波a 之间的夹角为妒时， 篡主瓣杂液的孛，豁菝事凳 厶锚= 锄r 3 驴汹( 2 - 4 ) 图2 - 4 表示一个水平运动的臀达所产生的地面杂波与目标回波的频谱分 布。p d 餮达只瓤用各转鞠波信号频谱书慕一根漕线，遗霉燕慰巾磊辫近髂号 耱量最强鹣酃裰。这鬯愁零论文变要考虑魏债冀情况。璁西杂波串不藏炎黧鹣 杂波各自黔特点如下： 1 主瓣杂坡 壤载p 羚雷达瓣主瓣杂渡懿强赛号茨瓣覆爨攀、天线主浚寒静潜益、遮麓 对电磁波的厥射能力、裁机与地面之间的高度等嗣索有关，其强度可以比雷达 接浚掇熬嗓滞寒7 0 9 0 d b e 撬载p d 鬣达黪主瓣杂波的簇潜与天线主波窳豹窝 疫琏、方淘焚甄、鼗臻遮废珞、发藩乎稼号渡长五、发嚣簸净重复频率f 及强波 骧挣拳魏长发、天线 薯攒瓣嗣羯交 ：、蟾物耱交纯等因素裔关。主瓣杂波的逑 1 0 皇王型垫查堂堡主堡苎 一 沿位置问的最大多普勒频率差值为 占彬= 2 v r o bs i n p r o 2 高度线 ( 2 - 5 ) 、一2 r 。一 f q 、七 r 、七2 r ( a ) p d 雷达发射信号频谱 x 旁瓣杂波 ( b ) p d 雷达接收信号频谱( b )雷达接收信号频谱 接收机 u 1 ”9 i 谱 ( c ) 机载下视p d 雷达的地面杂波频谱 图2 4机载下视p d 雷达的地面杂波频谱 2 旁瓣杂波 p d 雷达天线的若干个旁瓣波束照射到地面上时产生的回波，就构成旁瓣 杂波。雷达天线的旁瓣波束增益通常要比主波束增益低很多。影响旁瓣杂波的 因素与主瓣杂波的情况大致相同。当p d 雷达不动时，旁瓣杂波与主瓣杂波在 频域上重合；当p d 雷达运动时，旁瓣杂波与主瓣杂波就分布在不同的频域上。 1 1 电子科技大学硕士论文 可以用多普勒频移工。= 2 肛来描述机载p d 雷达旁瓣杂波的分布范围。 3 高度线杂波 当机载下视雷达作平行于地面的运动时，天线方向图中的某个旁瓣垂直照 射地面，由此产生的杂波称为高度线杂波。它的多普勒频移为零，且高度线杂 波离雷达距离近，加之垂直反射强，所以在任何时候，在零多普勒频率处总有 一个较强的“杂波”。 4 无杂波区 除了上述区域外，如果雷达的重复频率选择适当，使地面杂波区不发生重 叠，这样就可以形成无杂波区。在此区域内，只有接收机内部热噪声和具有一 定运动速度的目标回波，高p r f 脉冲多普勒雷达就是主要利用这个区域进行检 测。 总的来说，p d 雷达地面杂波的计算非常复杂，有专门的文献进行讨论， 在本文中对此不做过深的研究，但只有对地面杂波有充分的认识和掌握了它的 频谱特征后，才可以利用现有的信号检测理论最有效的提取回波信息。 2 2 2 脉冲重复频率对杂波的影响 脉冲重复频率不同，机载p d 雷达的地面杂波也不完全一致。 1 低重复频率情况：旁瓣杂波在距离上重叠很少，但在频域上高度重叠。 2 中重复频率情况：此时旁瓣杂波随距离的变化关系呈锯齿曲线。由于 地面旁瓣杂波按重复周期在时域中是重叠的，结果使远距离目标回波 可能处于近距离的旁瓣杂波中，并且旁瓣杂波谱有一定的重叠，因而 测距、测速都存在一定的模糊。 3 高重复频率情况：此时旁瓣杂波重叠次数增多，旁瓣杂波的强度几乎 是均匀的，测距呈高度模糊，但频域上旁瓣杂波谱不会发生重叠，得 到的测速值是准确的。 2 3 脉冲压缩技术概述 我们知道，雷达的距离分辨力取决于信号带宽，要获得高的距离分辨率， 就要求增加信号带宽；而速度分辨率取决于信号时宽，要获得高的速度分辨率， 就要增加信号时宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量( 约 为1 ) ，因此不能兼顾高距离分辨力和高速度分辨力两项指标。 脉冲压缩( p c ) 技术采用宽脉冲调频信号发射以提高速度分辨率，同时也 提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉 1 2 电子科技大学硕士论文 可以用多普勒频移工。= 2 肛来描述机载p d 雷达旁瓣杂波的分布范围。 3 高度线杂波 当机载下视雷达作平行于地面的运动时，天线方向图中的某个旁瓣垂直照 射地面，由此产生的杂波称为高度线杂波。它的多普勒频移为零，且高度线杂 波离雷达距离近，加之垂直反射强，所以在任何时候，在零多普勒频率处总有 一个较强的“杂波”。 4 无杂波区 除了上述区域外，如果雷达的重复频率选择适当，使地面杂波区不发生重 叠，这样就可以形成无杂波区。在此区域内，只有接收机内部热噪声和具有