（信号与信息处理专业论文）脉冲压缩雷达干扰样式分析及效能评估.pdf

电子籍按夫学磺学垃谚文：辣、艇壤雷达手撬榉式分辑最效毙谨铬 摘要 本论文讨论了脉冲压缩臀达中两种热型的雷达制式：线性调频雷达和二相编 码雷达的干扰。 首先，本文分裂擒建了线注凌菝帮二箱缓鹞霉这援救掇豹模蘩，笄对箕骰了 大量的数学分析。然后在此基础上，通过计算机仿真分析，定量地讨论了射频噪 声干扰、连续正弦波干扰、转发移频脉冲干扰以及影响它们干扰晶质的因素，并 以透毒l 系数为锈量标准，遽章亍了于挠效缝分辑。 射频噪声干扰对脉冲压缩雷达是一种有效干扰，夜其带宽等于荫达信号带宽， 中心频率对凇鬻达的中心频率时具有最饿的干扰品质。带宽和中心频率是射频噪 声于藏晶凌豹决定因素。 单频正弦波干扰对线性调频雷达是种有效干扰，但对于二相编码雷达无论 具有多大的功率在充满二相编码雷达接收机的旁瓣抑制滤波器艏也不能压制信 号主瓣，困武蹩移无效予抗。在霹攀菝菠弦波进行臻声调蕹螽形藏豹噪声调溪 干扰对线性调频雷达和二相编码雷达都是有效干扰，越干扰特性和射频噪声干扰 类似。 转发移频熬渖干撬霹予滁；孛压缡雷达燕稷蔻毒效瓣于魏。在予旎参数选取逶 当时。它具有很低的压制系数，同时它可以产生距离欺骗的效果。决定转发移频 脉冲于扰品质的是其移频羹茅与信号脉冲的相对延迟时间。 最佳于莸以完全掌摇被于扰霉这懿褥 蕞信意荛兹撬，在理怒斡情况下，其蘸 制系数为1 ，且具有最好的干扰效果。假潜掌握的信息不够充分，溅最佳干扰的 某些参数的精度达不到要求，最佳干扰的干扰品质将受到严重的损害。 关键溺 ：躲冲压缩、线往诱频、二裙编码、射频噪声、嗓声调嚆、转发穆 频、压制系数 塞王篓叁查篓蹩耋三薹垒笙茎：，璧整堡燕重垄王篓鼗鉴坌鉴垄墼璧篓整一 a b s t r a c t t h ej a m m i n go ft w om o d e l so fp u l s ec o m p r e s s e dr a d a r ，l i n e a rf r e q u e n c y c o d e dr a d a ra n dh i - p h a s ec o d e dr a d a r ，a r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n 。 f i r s t ，w es e tu pt h em o d e l so fl i n e a rf r e q u e n c yc o d e dr a d a ra n dt w o p h a s ec o d e dr a d a rd i f f e r e n t l y ，a n dd i s c u s st h e m o d e l si ns o m ed e g r e e t h e n b yt h em e t h o do fc o m p u t e rs i m u l a t i o n ，t h ef o l l o w i n gj a m m i n gp a t t e r n sa r e m a d eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，r a d i o f r e q u e n c yn o i s ej a m m i n g ，c o n t i n u o u s s i n g l e t u n e j a m m i n g ，c o n t i n u o u s n o i s e a m p l i t u d e m o d u l a t e dj a m m i n g ， r e l a y e df r e q u e n c ys h i f tj a n l f l l i n g ，a n d t h ek e yf a c t o rw h i c ha f f e c tt h e q u a l i t yo ft h e s ej a m m i n gp a t t e r n s a tt h e s a m et i m ew es t u d i e dt h ej a m m i n g e f f i c i e n to nt h eb a s i so fs u p p r e s s i o nc o e f f i c i e n t + r a d i o f r e q u e n c y n o i s e j a m m i n g i sa ne f f e c t i v e j a m m i n g t o p u l s e c o m p r e s s e d ( p c ) r a d a r i ts h o w st h eb e s tj a mq u a l i t yw h e ni t sb a n d w i d t h e q u a l st ot h ej a r 翳e d s i g n a l sb a n d w i d t ha n d it sc e n t r a lf r e q u e n c y e q u a l st ot h a to ft h e , j a m m e dr a d a r sr e c e i v e r b a n d w i d t ha n dc e n t r a l f r e q u e n c ya r et w ok e yf a c t o r st oi t sq u a l i t y + c o n t i n u o u ss i n g t et u n ej 勰n i n gi sa ne f f e c t i r ej 黝i n gt o1 i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t e d r a d a r h o w e v e ri te a rn o t s u p p r e s ss i g n a lo u t p u t a f t e rb e i n gf u l lo ft h es i d e l o b e s u p p r e s sf i i t e ro ft h ej a m m e db i p h a s e c o d e dr a d a r ，n om a t t e rh o wg r e a tt h ep o w e ro fi tm a yb e ，w em o d u l a t et h e a m p l ir u d eo ft h ec o n t i n u o u ss i n g l et u n ej a m m i n gb yn o is ea n dp r o d u c et h e c o n t i n u o u sn o i s e m o d u l a t e dj a m m i n g 。t h i sk i n do fj a m m i n gi se f f e c t i v et o p cr a d a ri n c l u d i n g1 i n e a rf r e q u e n e y m o d u l a t e dr a d a ra n db i p h a s ec o d e d r a d a r i t sj a mc h a r a c t e r sa r es i m i l a rt or a d i o f r e q u e n c yn o i s ej a m m i n g 。 r e l a y e df r e q u e n c ys h i f tj a m m i n gh a sg o o de f f e c to np cr a d a r w h i l e b e i n g s e l e c t e d p r o p e rp a r a m e t e r s ， i th a s v e r y s m a l l s u p p r e s s i o n c o e f f i c i e n t 。a tt h es a n et i m e ，i th a sd e c e p t i v ee f f e c t ，t h ek e yf a c t o r s o ft h er e l a y e d f r e q u e n c y s h i f t j a m m i n g t oi t s q u a l i t y a r ei t s f r e q u e n c ys h i f ta m o u n ta n dt h et i m ed e l a yb e t w e e nt h ej a m a n i n gp u l s ea n d t h ej a m m e ds i g n a l o p t i m a lj a m m i n gi sb a s e do nt h ec o m p l e t ec h a r a c t e ri n f o r m a t i o no ft h e l l 塞王壁塑查兰鍪兰兰竺堡茎! 鍪燕鉴耋垄三鏊登蕊筮錾墨鍪鳖矍簦 j a m m e d p cr a d a r i nt h ec a s eo fi d e a l c i r c u m s t a n c e ，i t ss u p p r e s s i o n c o e f f i c i e n ti sla n di th a st h eb e s t d e c e p t i v ee f f e c t o fa l lj a m m i n g p a t t e r n s 。h o w e v e r ，i ft h ei n f o r m a t i o ni si n a d e q u a t eo rt h ep a r a m e t e r so f t h ej a m m i n ga r en o tp r e c i se n o u g h ，t h e q u a l i t yo ft h ek i n do fj a m m i n gw i l l d e c l i n eb a d l y k e y w o r d s ；p u l s ec o m p r e s s i o n ，l i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t e d ，b i p h a s e c o d e d ，r fn o i s e ，a m n o i s e ，r e l a y e df r e q u e n c y s h i f t ，s u p p r e s s i o n c o e f f i c i e n t 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： 坌z翅生日期：。泖；年历月佣 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： 毫：捣生 导师签 日期： 曳王型垫查堂堡主堂壁堡苎! 墼塑塑重整王垫壁垫坌堑墨整墼翌笪 。 第一耄绪论 1 1 现代雷达电子战概述 海游战争表确，以攀事电予为主等的电子战争( e 并) ，必然跫高技术战争的 基本形式之一。这种战争的显著特点是：敌对双方在战场上利用县有高技术特点 鼢e4 i 系统、综合毫子战系统静精确懿等兵器构成的软硬一体纯武器配系，展开 争夺制电磁权、制空权等激烈的战斗；战场上所采取的繇一个军事行动，都是以 压制对方多静幂簪电予装备积兵器的综合应孺，蠲露保诞已方零霉电予装备和兵 器的有效发挥为趋接目的；战争的胜负主要是通过交战双方由多种电子漩备和电 子兵器梭戏的综会战斗力，郅毫予战实力| l 孽较羹来决定瀚。在宅予醯中，窀子支 援措施( e s m ) 和电子对抗( e c m ) 可以为己方获取制电磁权和制宅权，照现代战 争不可缺少熬电子竣乎台。 雷达作为电子战的眼睛，先进的雷达威胁和对先进霹达的电子攻击熙电子战 中耋点关注酌主簧矛詹对象之一。谤究霭达威胁氍雷达干扰技术、建立嚣达电子 支援措施分系统不仅为发展我国自己e s m 、e l i n t ( 电子情报系统) 和鬣达对抗 系统，箍舞我军邀子俸酸实力帮部酞傣藏效麓；德是对磷究雷达抗于挠授术稻方 法( e c c m 雷达分系统) 的反面支持。 随着新体裁鬻达静研涮成功黻及装配部酞，由于箕兔进静性麓和良好的抗干 扰处理能力，使之成为电子战中慰为有效的威胁目前我因现有的e l i n t 釉e s m 系 统支持的雷达数据库中辩这些饕速摇述的数据不全，更缺乏有效的电予攻击手 段。鉴于此，课题着重进行针对p d 、频率捷变、线性调频、相位编码、相控阵 簿新俸翻髫达建模帮簸馕干扰的研究工髂。 由于其军事目的和用途，国外有关新体制雷达的最饿干扰样戏建模和仿真、 建库等按术领域的研究报道很少，但有关基于该按术的雷达干扰系统和雷达电子 支援系统的宣传性报道有很多。作为受国防重点支持的热门技术，国外发达国家 辩新体制雷达的激佳干抗样式建模和仿真、建痒的研究投入力度非常大，海湾战 争的经验更是加速了这种研究与投入。荚豳丰富完整的e l i n t 和e s m 系统成为其 j | | 琶貉战争的首要保证，授零非常先透。疆美国电予干扰飞祝为例，电子干扰飞梳 的干扰装备由多频段、大功率雷达和通信噪声干扰飞机构成。为了自卫，还装有 甏达誊警系统、欺骧有源干撬梳黯箔条绞舞弹秃源干我物投放器。下面袭l 列 出了美国现役e a 6 b 、e f 1 l l a 和e c 一1 3 0 三种电子干扰飞机的主要电子战装各。 奄子于挠飞辊主要矮予执符奄予藏支援千獍，匿锱敌酶空系统，以箍护攻_ 蠹梳群 电子辩技犬学颈士学位论文：辣 蕊壤辫达干扰撵式势辑及教翡襻热 完成筑中突防任务。 表1 美军现役专用电子战飞机煎臻电子战装备 电予战飞 雷达告警系统 电子干扰系统( 有源、通信通信对 孝冗无源、光魄)挠系绫 a n a 一9 9 礤声干扰 机 a n a l q - 1 3 0 通 a n a l r - b 7 威a n a l q 一1 2 6 1 2 6 b 欺骗 信干扰机 胁告警系统干扰机 e a - 6 ba n a l q 一1 4 9 通 a n a p r 一4 3 黉a n a l q 一1 6 2 遥续波于 达告警系绕挠瓿 信霉达予撬穰 a l e 一3 9 a l e 一4 1 a l r 一6 2 雷达锯 a l q 一9 9 e 战术干扰吊 警系统 舱a n a l q 一1 3 0 通 e 筘l l l a 矗l q 一1 3 7 子羧凝售于撬稳 a l r 一1 2 3 甏这 干扰接收机 a l e 2 8 箔条筑外弹投 放器 a l r 一6 2 雷达告s p a s m 电子干 e c - 1 3 0 h a a q 1 5 红外侦察系统 警系统扰系统 a l q l1 9 、- 1 3 i 双模于 a p r 一3 8 雷达 扰机 f - 4 0 a l e 一4 0 箔条级外弹 寻的告警系统 投放器 a d d 一15 红乡 使察系统 1 2 新体制雷达特征 随着现代电子技术的发展，特别是电子对抗技术的发展，黉达农现代战争中 嚣憾豢黻寒越强静电子予扰软杀伤和反辐射每辩疆杀伤躲藏胁。嚣这隐鸯则霹以 躲开数方邈子支疆措施豹谈察，成为瑗筏蔽争中体制雷这生存静瀵瑟手段之一， 因此新体制雷达具有一个菇同特征即低截获概率( l o wp r o b a b i l i t yo f i n t e r c e p t 简称l p i ) 。低截获概率雷达的定义怒；“雷达探测到敌方目标的同时， 敌方截歉到雷达信号的概率最小”。为了客观评价l p i 各项技术措施的有效性， 2 妻三登茎查堂篓圭兰望篓茎! 鍪塑至堡茎垄三篓黧墓茎鳖墨鍪墼翌焦 s c h l e h e r 定义了截获因予口， 。，；兰上 ( 1 】) 5 嚣 ” 萁中蠢，燕谈察接收平台静截获距离，纛是雷达舔溯嚣标豹作瘸距离。 当前l p i 技术是通过许多手段综合来实现的。如：采用超低副瓣天线、雷达 发射波形设计、功率管理、极化管理、极化捷变、商系统检测灵敏度及信号处理 簿。慈的寒滚霉达实理低截获蛙憝麴途径骞嚣个，楚疆毫霉达秘毅获菝毂掇熬 天线增益比，二是提高雷达信号处理系统的增益。下简介绍与本文相关雷达通过 提高信号处理系统的增益实现低截获性能的主要方法和技术。 l 。频率分簇技术 在发翁天线满足带宽淡髓绳下，采麓发射多载频信号，在截获接收撬串不黼 载频的信号被分选到不同的载频通道进行幅度检波，此时较雷达用单载频信号的 情况，雷达同截获接收机相比雷达信号处理增益高n 储( 假设多载频信号的载频 数强为n ) 。 2 相参积鬃技术 当敌方的侦察接收机一般采用幅度梭波来分析雷达信号，所以侦察接收机一 般只利用了雷达回波豹幅度信息。在统计信号处理中，当采用相位倍息进行处理 时，对于国波信号可采爱程参处理静方法减，l 、雷达耱截获因予。 3 脉冲压缩技术 根据匹配滤波理论，对于脉压比为n 的信号，脉聪后信噪比提离n 倍，而侦 察方若没有瓤趱售号的先验知识，续察墩餐垮对熬基傣号失配，无法获褥骤压缝 骥增益。同时蓄达可以降低发射峰值功率，降低雷达稔测信号所需的单脉冲信嗓 比。这些都将提高雷达低截获性能。雷达中常采用的脉压信号为线性调频信号、 q # 线性调频僚号和伪随机编码信号。本文即将讨论的线性调频雷达翱二楣编码雷 达蠲是采蠲默净压缩技术戆鬣截获穰率辣蔗雷这。 1 + 3 雷达干扰概述 雷达对抗怒和敌雷达及雷达导弹系统作斗争、相对抗的各种战术措旋的总 称。雷达对抗设备和雷达、斗争有三个途径：告警回避、火力消灭、干扰。雷达干 扰楚雷达对抗的重要组成郝分。雷达于扰是用无线电的方法破坏敌方雷达豹正常 王俸，便萁不麓正确探溺鞠暇踩宾正静嚣稼，其中奄揍遮盖卖嚣标莘鼙翻造俊露标。 雷达干扰谢多种分类方法。从电子对抗角度可分为积极干扰和消极干扰。积 极干扰是由专门的发射机产生的干扰。消极干扰是利用特制的器材( 如干扰丝、 黛爱射器等) 人为遗改变霍达逛磁波豹传撵帮反射瞧麓黠霉达造成予撬。本文疆 电子科技大学硕士学位论文：脉冲珏缩雷达干扰祥式分析及效能评估 究限于积极干扰范畴，下面概略介绍一下积极干扰。 积极干扰裁其作用性质可分为压划 生干扰( 域称遮盖性干扰) 和欺骟後干扰 ( 或称裰叛往干莸) 。遥续渡工 乍静噪声干魏整援涮性干扰豹典型代表，它戮强 力的干扰功率和随机起伏的信号波形遮盖目标回波，压制雷j 发对回波信号的检 测。其他的干扰样式，如杂乱脉冲干扰、高工作比的脉冲干扰也可以压制雷达对 鏊渡酌躐测戢造残霉运楚溺系统熬稳窝。欺骟性予撬鄹模叛羹轹淫波售号，驭霰 代真或真假混杂，雷达往往在不知不觉中就受到了干扰，因此有特殊的干扰效果。 欺骗性干扰多采用和雷达信号形式相同的脉冲干扰。 积极干扰就其频率引导方式不固又可以分为：瞄准式于扰、阻塞式于扰和扫 频式干挠。疆准式子弑将于撬功率集中在一个酶宽予雷达工作频蒂静频率藏匿 内，并对凇被干扰雷达的工作频段。阻塞式干扰的干扰频带很宽，能同时干扰在 其频段范围内的所有雷达。扫频式干扰本质上是膦准式干扰，但其干扰频率能在 鞍宽懿频羧内溺簸整懿变证，霆姥撩簇范重内豹联鸯霉这都会受到于挠。 积极干扰就其干扰样式不同又可以分为：菲调制波干扰和调制波干扰。非调 制波干扰怒未经任何调制的干扰信号，包括等幅波干扰和纯噪声干扰等。调制波 干扰是奁射频振荡上进行了干扰调制履所形成的干扰信号，主袋包括正弦波调制 千魏、噪声调禧于莸、躲滓谖案l 子撬、复合调制予扰等。 无论何种积极干扰，其有效实施必须满足的祭件是：干扰机必须在频率上瞄 准雷达，鼹有良好的干扰样式和足够的干扰功率。 。4 疆究状况及本文辑徽豹王终 近年：j 乏，雷达干扰技术也一直受到相关部门、研究单位和高校的研究人员的 离度重褫，势基建立了我国自己的e s m 稳e l i n t 系绫，也磅副了一些e a 系绞秘 强力干扰枫和干我飞橇替。但由予种稀原因，总酌来讲，国内疆前的雷达干亳l 样 式的仿真、建模与建库技术，以及基于该技术研制的雷达干扰机还主要针时常规 雷达，而针对新型的先进雷达的干扰技术尚处于起步阶段，研究发展缓慢，并且 耀关文献瓷辩缀少，毽瀚内针对扩额暹售售号豹予挠、藐予撬方瑟已经骰了大重 的研究工作。 本文的研究工作就是借撩对扩频通俗的干扰方法以及常规雷达的干扰方法展开 涎，为了强调磷究戆耋轰经秘伐表魏，本文讨论集中于巍代赣毒蠡澍霉达孛线键凌 频和相位编码雷达接收机的中频信号处理部分，在相位编码雷达干扰研究中采用 二相组合暇克码，且限于积极有源干扰，对消极干扰未做讨论。 黠藜葵裁黉达孛线淫调频襄辐霞编翳霉这接浚系绕黪关键部分一稼渖压缡器送 行了计算机仿真和分析，研究了影响脉冲压缩雷达接收效果的商关因素。 电子科技大学硕士学位论文：脉t 珏缩雷达干扰样式分析及效能评估 讨论了蒜簇自噪声于挠黯嚣达懿馋溺爨及鑫溱声于撬品蒺兹溷素。 讨论了单频连续波干扰、噪声调幅连续波干扰对雷达的作用 讨论了脉冲干扰对鬣达的作腈，脉冲干扰包括转发移频脉冲干扰、伪码调相 干扰和决定最佳干扰榉式干扰品质的因素。 对讨论的各种干扰方式进行综合比较。 5 电子科技大学硕士学位论文：脉冲箍缩雷达平拢样式分析及效能评估 第二肇脉冲压缩雷达的理论基础 雷达的距离分辨能力取决于信号带宽。在常规雷达中雷达信号的时宽带宽积 为一拳量，因此不携蓑颞距离分辨力和最大 睾用躐囊两壤指标，邋年来瑟髂毒l 雷 达广泛采用脉冲压缩( p c ) 的方法，通过宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保 诋足够的竣大 乍翅距离，箍在接收时用相痰豹脉冲压缩法获愿窄脉冲，以提高距 离分辨能力，从而较好地解决了作用距离和分辨能力的矛盾。 2 + 线，憋调壤霉达 线性调频脉冲簧达的发射信号在皴冲宽度r 内蚋载频县有线l 生变化的牲囊。 为了实现压缩，必须在接收机中设置一个与发射佰号相位共轭匹配的压缩网络 即匹配滤波器。其压缩原理可以罔图2 ，l 说职n “。 图2 1雎绢原理 崩霎篓篓磐 抟电豁 ( b ) 辘入嵩 额豫冲晦簸 频的调制特 性 ( e )氍缩 两络斡频率 时延特性 ( d ) 压端搠 臻辕塞匏苞 绻 t t f f 霪2 1 ( a ) 、( b ) 表示接收规羧入信号，脉 孛宽度为f ，载频由z 到五线瞧增长 变化，调制斜率女* 2 砖f 。图2 1 ( c ) 为滕缩网络的频率一时延特性，也按照线 性递减变化，与僖号豹线拨调频斜率相反，亳频分量延对媛，低频分量延黠长。 因此，线性调频信母的低频分量一先进入网络，延时最长为，相隔脉冲宽度f 6 电子垂萼投大学磺学篷论文：辕；孛延维霉这予挠撵式分辑爱效轻弹甓 时间的高频分量 最后进入网络，延时最短为t 。：。这样线性调频信号不同频率 分量几乎同时从网络输出，压缩成单一的窄脉冲，其输出包络如蹦2 1 ( d ) 所示。 2 。1 1 线镶调频脉；枣莲缩信号分毒嚣“ 2 3 线性调频脉冲压缩体制的发射信号，其载频在脉冲宽度内按线性规律变化， 鄹翔对载频避行调制( 线瞧调频) 豹方法嶷宽发射傧号貔频谱，搜其穗位具有魏 激。丽时，在发射功率受隈 青况下为了究分程蔫发瓣祝的功率，往往采魇矩形宽 脉冲包络，如图2 1 所示。图2 1 ( a ) 为线性调频脉冲信号的波形：图2 1 ( b ) 为信 号包络，幅度为a ，宽度为- ；图2 1 ( c ) 为载频的调制特性，在- 内由低端( ，：) 至 凌臻式 按线性麓律变纯。 从图2 1 ( c ) 可以看蹲 b = = a - f ,( 2 1 ) 盎，豫为诞铡频缡，羯受频率表示爵麓成矗毋；2 a x f ，敌调频麓率为 ：孕：掣 ( 2 2 ) r f 、 嚣d = 够为辣冲压缀皖。 着信号的中心载频为t o 。= 2 矾，则线健调频信号的角频率变化规律为 。0 3 0 + k t ，去 蠢嚣信号豹瓣时辖位蠢为 谚0 ) = 肛= 胁+ 咖 1 = 氓 + a k t 2 e 2 睦i 此可得至线性调频脉冲睡缩体制的发射信号表达式为 t f r 1 2 r 1 2 ( 2 3 ) ( 2 ，4 ) ( 2 5 ) 心) = d r e c t t ，c 。s h + j 1 新2 ) ( 2 s ) 热m 协 主；荔为矩形眦 为分辑和计算方便，“f ) 用复数形式表示： 、17 胆 灯+f 、；弋0 4 ，、，l = 、?“= ， 成示表暂躐 电子科技大学硕士学位论文：脉冲援端雷达干扰样式分析及效能评估 “( f ) = a r e c t t ，e 小一州 ( 2 7 ) 阉z z 蠛萑荫燕舞宿芎嘏彤 经傅立时交换后，推导出信号的复频谱为： f 如) = 4 量e 叫”谢止”黟屯) + c 电) 】+ ，s “) 十s ：) 】 ( 2 8 ) 赫毪。攒一言一半弘 毪= 攒主半净姚孽鞭分戆下瓣， e 如) = f e 。s ( 2 z r t 2 冷，s v ) = 薹s 蠡2 m 2 净为菲瀑尔积分。 由此壤号鞭港表达式可以容易她穆到线性调频霉达信号熬攘频特螳彝勰频特燃。 ( 1 ) 信号的幅颛特怫： i v ( 掰) | = 一辱e 训协+ 删2 嘲u m 删m 程信号的脉冲压缩比d l 时，例如d 3 0 后 孙蚺可得) l m “痒 当加= + 挈时， 当= 搿。一了a 0 3 时， ( 2 ) 信号的相位特性 埘= 一哮蔓- 1 - a r c t a n 糟裂 ( 2 ，9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 i ) ( 2 ，1 2 ) ( 2 1 3 ) 鼢|女一新是浮犀 一2 4 2 揣 | i 4 ui 丝2 丝2 十 一 跏 胁 ，、，k u 电子科技大学硕士学位论文：弥 书压缩雷达干扰样式分析及散能评估 t 图2 3 线性调频雷达的幅度谱与相位谱 2 。1 2 接收机压缩网络特性分析 所谓暇配滤波器就是这样一种最佳线性滤波嚣，在输入为确知信号搬囊噪声 懿 毒猿下，耩褥输逡蘩噪毙达餮簸大。延配滤波器鹃捧激稳疲溺数为： ( f ) = k f + ( t o 一，) ( 2 1 4 ) 则匹配滤波爨的传递溺数应为： h ( o = k u i ( e o ) e 。批n 其中，w , ( c o ) 为输入信号的傅立叶变换。 搿良，嚣怒滤波器输舞 凰( f ) = i 1f 厂( f ) ( f + t o - t ) d r = r ( t t o ) 由式2 6 可知，线性调频信号的频率特性为： l v , ( - ) l = 舷邮c o - o 枷) 0 _ 妇2 嘞卜1 ( c o - 厂c o o ) 2 + 一f 竽 颞以线性调频信号鸵鼹酝滤波器弱频率特性可写为： 9 ) ) ) 耶 m 聊 q 汜 他 b 电子科技大学硕士学位论文：脉冲压缩雷达干扰样式分析及效能评估 ；= r 慨一譬- o 甜l - 茅a 2 2 四 吲咖竽署一曦，p 一l 等 。， 线性调频脉冲信号经过此匹配滤波器盾的输出为： 啪) = 去j q ( 础( 出) e 膨如 ：坐竺臣堕垒堂二业鱼肿- ，0 ) 2 zv a c o ( t t o ) 2 。 ：a f ds i n z a f ( t - t o ) e j 2 蛎( ，- ) 确厂9 一t o ) ( 2 2 1 ) 上述为不存在多普勒频移时的匹配滤波器响应输出，当由于目标运动而引起回波 存在多普勒频移时，滤波器输入信号变为： 砸) ： 。冲伽( l t + 1 鳓，限耽( 2 2 2 ) i0 ，其它 则匹配滤波鼹输出的频谱熄是： y ( f ) = u t ( 厂) - h ( f ) 2 7 fe x p j = e x p ( j z fi x ) p j 2 礤兀切+ 委救2 降 ( 2 2 3 )2 j厅吼一卿+ 妻救2 降 q z 印 r 2 通过傅立叶反变换可以得到输出信号表达式； 硝) ：雩芋皓燮e x p 胁( 一k t ：) t4)k 石( 六十t ) r 、2 77 当厶一0 时，输出脉冲具有s i n c 函数型包络，- - 4 d b 主瓣宽度为1 b ，第旁瓣 嵩度为一1 3 ，2 d b 。式中，b 一豁，表示输入稼滓稿输出豫冲静宽度眈，帮为送缩毙。 从式( 2 2 4 ) 可以精出，当五0 时，s i n c 包络将产生位移，引起测距误差。而 且输出脉冲幅度下降、宽度增大、信嗓院和距离分辨力有所下降。 电子科技大学硕士学位论文：脉冲压缩雷达干扰样式分析及效能评估 图2 4 线性调频信号匹配滤波器输出波形 从图中可以看出，由于多普勒频移的存在，匹配滤波器会存在一定的失配。 失配程度与频移厶和带宽b 的比值有关。但是，一般说来，多普勒频移相对于 带宽b 来说都是非常小的，因而，即使存在多普勒频移，其引起的失配并不严重。 2 1 3 加权网络( 距离旁瓣抑制) 线性调频信号通过匹配滤波器后，输出的压缩脉冲波形包络近似为s i n c x 形 状，其中最大的第一对旁瓣为主瓣电平的一1 3 2 d b ，其他旁瓣随其离主瓣的间隔 x 按1 x 的规律衰减，旁瓣零点间间隔为l i b 。线性调频雷达为了从提高多目标分 辨能力，往往采用了旁瓣抑制又叫加权技术，分别通过对信号时域或者是频域的 幅度、相位加权，达到抑制旁瓣，同时使信号包络的主瓣降低、变宽。因此旁瓣 抑制时会产生信号的信噪比衰减，从而使距离分辨力下降。 在线性调频雷达接收机实际应用中通常是在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪比损 失、旁瓣衰减速度等几个方面进行折衷考虑，选取合适的加权函数，如： h 杪) = k + ( 1 一x ) c o s ”要( 2 筋) d 式中，b = a f ，令k = o 0 8 ，n = 2 时为海明加权。 0 开， 日( ，) = o 5 4 + o 4 6 c o s = ( 2 2 6 ) 图2 5 汉明窗 线性调频脉冲经过匹配滤波器后，输出信号具有矩形频谱 电子科技大学硕士学位论文：脉冲压缩雷达干扰样式分析及效能评估 l f ( f 】= 莉，e “杪占) 的波形，假设多谱勒频移兀= 0 ，信号通过加权网络后的 输出信号是： g ( r ) = 历最日( ，炉一彤 = 历 半+ 坐4 9 ( e j 2 z f b + e - j 2 z f b ) p 锄q 2 7 下面是计算机仿真实验中得到的数据，k = 0 5 4 ，阻带衰减一5 4 d b 图2 7 2 2 二相编码雷达的数学模型 二相编码雷达也是一种常用的脉冲压缩雷达“1 ，是目前使用最广泛的脉冲压 缩雷达之一，也是其他编码脉冲压缩方式的基础，因此讨论二相编码有着非常重 要的意义和代表性。通常二相编码信号通过使用二元伪随机序列( p s e u d o r a n d o m s e q u e n c e s ) 对高频脉冲进行相位调制。事实上，二相编码雷达信号的许多特性都 是由二元伪随机序列引起的，为了便于后续分析，先简要讨论一下二元伪随机序 列。 2 2 1 伪随机序列的基本性质 伪随机序列又被称为伪码”- “，”- ”3 ，它具有脉冲压缩系统所要求的点函数型 ( p o i n tf u n c t i o n ) 非周期自相关函数，具备以下三条基本性质： ( 1 ) 平衡特性：在每个码字周期内，“+ 1 ”码元数只比“一1 ”码元数少一。 ( 2 ) 游程特性：“+ l ”或“一l ”的连续出现的状态称为游程，其中“+ 1 ”或 “一l ”的个数称为游程长度。伪随机序列每个码字周期中，长度为1 的游 电子科技大学硕士学位论文：脉冲压缩雷达干扰样式分析及效能评估 程占游程总数的1 2 ，长度为2 的游程占游程总数的1 2 2 ，长度为i 1 的游程 占游程总数的1 2 ” ( 3 ) 相关特性：具有二电平周期自相关特性，即 xh 1 ：掣c ，c ：p ，”o ( m o d p ( 2 2 8 ) 以沏) 2 k 善0 c r c r + ”2 ：1 ，二：u 。，i i i u f l 。二 心2 8 ) = i l ，“ 1 j 如果把伪随机序列的定义条件放宽，就可以包括更多更广泛的码类，通常， 我们将着重对码的相关性提出要求，其他方面只是作为附带条件来看待。于是定 义： ( a ) 凡是具有二电平周期自相关特性 x 。) ：笋c 。c 。，：p ，m = o ( m o d p ( 2 2 9 ) 以) 5 荟0 c x c r + ”。1 1 ，。f 二r l 二：u t ，u i u u 。二 2 2 9 ) e =【 一l ， 于o j 的码，称为狭义伪随机序列。 ( b ) 凡周期自相关函数具有 z 。) = c 。c 。 1 ( 2 3 0 ) 形式的码，称为第一类广义伪随机序列。 ( c ) 凡周期白相关函数具有 。似) ：罗c 。c 。扩j p ，朋。o ( m o d p ) ( 2 3 1 ) 以) 2 荟c 2 4 p 嚣v d 厶2 3 1 ) , l x x uk = o i “、o ，川十u 1 ， 形式的码，称为第二类广义伪随机序列。有时把两类广义伪随机序列合称为 广义伪随机序列，扩频通信中广泛应用的正交码是第二类广义伪随机序列的特 例。 常用的二元伪随机序列有巴克码，m 序列，勒让德序列( 又作l 序列) 等，下面 做简要介绍。 2 2 2 常用伪随机序列简介 ( 1 ) 巴克码序列( b a r k e rc o d e ) 巴克码是一种二元伪随机序列 c 。l c 。( + 1 ，一1 l n = 0 , i ，2 期自相关函数很理想，满足 、，、- p i - i , i f p ，m = o ( m o d p ) z a ) 2 荟c x c * + ”2 o 或l ，埘二。u ( m 。d )k = 0i ”；h 1 ，”、“， ，( 尸一1 ) 。其非周 巴克序列的数目不多，目前只有几种，最长有1 3 位。见表( 2 1 ) ( 2 3 2 ) 电子释投走学硬圭学位论文；躲掉薤缩雷遮平抗棒式挣辑及敲糍评信 长度p 痔爱怒x m ) m = 0 ，1 2 + ( p 1 ) 主旁淀 d b ) 2 2 ，1 ：2 ，1 6 3 3 ，0 ，t 9 。s 4 + + 一+ + + 一 4 ，一1 ，0 ，+ l ：4 ，+ j ，0 ，一1 2 5 十+斗一+ 5 ，0 ，1 ，0 ，1 1 4 7 阜+ + 一十一 7 ，0 ，一1 ，0 ，一1 ，0 ，一1 1 7 i l + + + 一一一一一+ 一 1 t ，0 ，1 ，0 ，一1 ，0 ，一1 ，0 ，一i 2 0 ，8 ，0 ，i ，1 3 +一一+十一+一+ 1 3 ，0 ，1 ，0 ，1 ，0 ，1 ，0 ，1 ，0 ，1 2 2 8 i ，0 ，1 巴克码的长度太短限制了它的实际威用，为了满足实际需要，人们提出了彩 捂巴露秘鞠缀合巴克筠黟楚。这撵只介缀本文褥麓副翡缓台罄嶷鹤序翻。 ( 2 ) 缝合毪壳璃寝捌( c o m b i n e db a r k e rc o d e ) 缝台鼍建鹤痔裂裁怒粥某个警竞璐窿裂作为鏊零鹚( 称为内粥) 帮舅个畿 克码序列( 称为外码) 进行组合，形成长度为内码长辩外码长的缀合巴克碣序列。 缀台邕竞璃露裂可戳蘧懑增燕墨荛弱魏楚震长废。 在数学上，组台巴兜鹃熊形式可戳嬲乡 码秘蠹璐豹k r o n e c k e r 慕积来定义， 部 c 内鸸3 乡 磁3 蔟中，“x ”表示k r o n e c k e r 乘积。铡热， 矫疆3 一 + 一j ，【内粥3 = 一j ，粼 悫诧缝合露贼熬缝合恐瓷弼夔影式为： 十一 + + 一 = 十+ 一一一十 # h o l t i s 撩擦，缀合魏巍褐戆鑫裙荚撼数可表示必： 最( r ) ；赣。溶) 震，一斑，；+ 焉爱十i ) 楚翼十l 恁一f 】 2 。3 3 ) 其中，k = o ，l ，2 ( 五。一l x f = o ，1 2 ( 上o z ，一1 )k l ，f ( k + 1 ) r ， 裳，麓痰褥豹鑫摆关溺数，蕊为韩褐鹣融辐关骜数，露港缝合碣艇囊据关遗数+ 上。三。分澍势外码帮内磷的长度。 大量计簿的结栗淡明，缀合巴克褐的自相关函数的旁瓣变化规律是由外碣自 糖关函数主旁瓣控制的内码的基棚关霸数决定的。除了终玛长魔斑镊数懿情撼， 这一援薅慰菸魏组台潺髟酃蓬歪确赘。魏舞，矮短努髓，长疼竭终合薅，其鑫稳 荚亟数鹣主瓣掰铡具蠢蜜藩弱低旁瓣，鬣大旁瓣运糍主瓣；茨之，长岁 羁，戆内 电子科技大学硕士学位论文；脉冲压缩雷达干扰样武分析投效能评估 码组合时，主瓣两侧具有较高的旁瓣，低旁瓣襁远离主瓣的地方；用相同长度的 内码和努码缀合时，主瓣嚣铡存褒密集豹最大舅瓣。在实嚣馊爰缝合巴霓褥睡一 般都要采取某些旁瓣抑制措麓使稽自相关函数的旁瓣电平达到实用的水平。 ( 3 ) m 序列 m 序列也是一种常用的二元伪随机序列，鸯优良的自相关函数。如图2 ，7 所示 是一个尊运诧静n 缓移位寄存器，哥以溺n 次多矮式 f ( x ) = c o + c l x + c 2 x 2 + - + q ，x ”c o = 乌= 】( 2 3 4 ) 为连接多项式来表征。以式( 2 3 4 ) 为连接多项式的n 级线性反馈移位寄存器所 产生懿摩歹，其周翳p 2 n _ 1 。 图2 7n 级线性反馈移位寄存器 定义：假设以r 1 次多项式( 2 + 3 4 ) 为连接多项式的n 级线性移位寄存器所产 生的非零序列 a 。) 之周期为2 - i ，我们称序列 a n ) 是r l 级最大周期线性移位寄存 器序列，简称m 序列 ( 妨l 瘁歹l p 是奇素数，臼是与p 互质的整数，如果z 2 = a ( m o d p ) 有整数解，则整数d 是模 p 的平方剩余，否则整数口是模p 的非平方剩余。利用勒让德( l e g e n d e r ) 符号： ( 制一1 ，震鬣 眨。s ， l j 2 一，玎是罄p 的非平方藕余 ( z 泊) l 序列可以定义为长度是p ；3 ( m o d 4 ) 型素数的二元周期序列 x = k ，x r ，昂，j ；薯( + l ，一1 ) ，且石，按下列规则取值+ l 或一1 ： 铲 ( 刍j ， 扣l ，2 - ( p - 1 ) ( 2 3 6 ) 【一1 ，i 0 ( m o d p ) 式中熬 古| 是赣谴德终号。 2 2 3 势瓣抑制滤波器 裁甏嚣经撬爨，在交际霞廷组合匿克弱辩一般都要采取巢筵旁瓣季【| 3 麓精施使 其自相关函数的旁瓣电平达到实用的水平b3 0 柏) 。旁瓣抑制部分是相位编码雷 电子辩拄大学磷士学位论文：辣；l | 雄缩雷达子扰群斌分耩及簸能评璺 达接收机的核心部分之一。 本文是采用加权适配滤波器实现信号网波输出的旁瓣抑制，该滤波器采用 雕 鳖横蠢缝稳，逶遥謦审润疆头匏延遮线来实臻，箕系数按照叛下方法求缮。 设已l 知的输入序列为：x = 肛， ，a = a 。 为待求的滤波器系数，设幽i p 时。a ，= 0 ，融知输入序列通过待求的加权适配滤波器的输出可以液示为： s ；= 墨a i * 一p ，。，p ( 2 。3 7 ) j = 0 输出的主瓣为晶，则旁瓣中的能量为： e = 霹一g i = 蟊，p ( 2 。3 8 ) 辟0 待求的滤波器应当使得e 达到最小，显然威当排除a ，= 0 的情况，这样就得到如 下约束条件： ， 五名，一e = 0 净0 问题归结为：在满足约束条件妒= 0 时 以建拉格朗丑法求解下瑟的方程： c 喾0( 2 3 9 ) 求一，使得函数嚣( 爿，) 最小。遐一问题可 云晦冀带= o ， 江o ，p ( 2 4 0 ) 其中，兄为拉格朗日常数，由式( 2 4 4 ) 给出，于是有： 矿- - z x ；a ，一e e e ( 2 4 1 ) 恍有：爿擎叫一五喜置4 + 船卜 删，p亿蚴 化简得：2 兰f 囊t 4 一，p ：_ 五。，：矾， 七：o ，p ( 2 4 3 ) 上筒得p 斗1 个线性方程( p + 1 个待求未知量4 ) 可表示成如下的矩阵形式： 翔= 要x ( 2 4 4 ) 其中，y 是p + 1 维方阵，a 是p 十1 维包含待求滤波器系数 a ，) 的列向量，x 是p + l 维包 含输入序列取；) 的列囱量，设鼍，是第k 个方程中县豹系数，裂： y k = j 二x x k + ? - x ；x kz s k ，t s p 啦4 5 ) 这样我们求得待求加权适配滤波器的系数为： 屯子科技大学瑚士学键论文：辕；噜聂缩雷达干扰样式分析及效能评供 a = = f 。髫f 2 4 6 ) 2 其中的五魑常数因子，它的取谯不影响滤波嚣的结构，通常取五使得该加权适配 滤波器的冲击响应的能爨和躐配滤波器的冲击响臌的能照相等。对输入序列x 添0 可延长该滤波器豹长度，通常滤波器豹长发越长，旁瓣抑制越