两种抑制线性调频信号脉冲压缩旁瓣的加权方法.pdf

电子测量与仪器学报2 0 04 年增刊两种抑制线性调频信号脉冲压缩旁瓣的加权方法胡航(哈尔滨工业大学，哈尔滨1 5 0 0 0 1)摘要：脉冲压缩技术在现代雷达系统中具有越来越重要的应用，而抑制旁瓣是脉冲压缩技术中的一个重要课题本文研究了线性调频信号脉冲压缩的旁瓣抑制问题，分析了频谱加权法和冲激响应加权法的原理对两种方法的谱平滑效果，脉冲压缩信号的主旁比及数字脉冲压缩的量化效应等进行了仿真研究，得出了一些有意义的结论关键词：脉冲压缩线性调频信号旁瓣抑制加权T 协W e i g h t i n gM e t h o d so fS u p p r e s s i n gS i d e l o b ef o rP I n s eC o m p r e s s i o no fL I i MS i g n a lH u H a l l g(D e p t o f E l e c 仃o I l i c s&C o m m I I I l i c a d o nE n g i n e e 血l g，H a r b i nI l l s 廿t I I t eo f T e c l l l l o l o g y，H a r b i n1 5 0 0 0 1)A b s t 聃c t：T h es i d e l o b es u p p r e s s i o ni s 锄i m I)(眦锄t 白0 p i ci l l l ep u l s ec o m p r e s s i o nt e c l l I l i q u e w es t I l d y l es i d e l d b es u p p r e s s i o nf b rt l l ep u l s ec o m p r e s s i o no fm eL F Ms i g n a l，a n da n a l y z em es p e c u mw e i g h t i n ga n dn l ei m p u l s er e s p o n s ew e i g h t i n gm e m o d F 0 rt l l e 时om e m o d s，w ed i s c u s sm eF r e s n e ls p e c t r I l ms m o o t l l i n ge 圩b c t，m eR M So fp u l s ec o n l p r e s s i o ns i g n a l 柚dm eq u 锄t i z a d o ne 肺c to fm ed i g i t a lp l l l s ec o m p r e s s i o nb yu s i n g l ec 鲫p u t e rs i m u l a t i o n s S o m eo f 山eu s e f I l lc o n c l u s i o n sa r eI d r a w n K e y w o r d s：P u l s ec o m p r e s s i o n，L F Ms i 弘a 1，s i d e l o b es 叩p r e s s i o n，w e i 曲t i n g 脉冲压缩技术可以解决目标距离分辨力与探测距离之间的矛盾，因此在现代雷达系统中得到了广泛应用1 1。而抑制脉压旁瓣是脉冲压缩技术的重要课题，一直受到研究人员的关注。加权是抑制旁瓣的一种常用方法。针对采用L F M 信号的脉冲压缩体制雷达，本文研究了脉压旁瓣抑制的加权方法2 频谱加权法和冲激响应加权法的原理L 刚信号的复数表不式可写为s(f)=“(f)e j 2 稚=【1 石b c t(咖)e j(2 稚懈2(1)其中“(f)=(1 f)r e c t(f)e 3 虑2 为信号的复包络；厶为中频或射频频率；z 为脉冲宽度：B 为频率变化范围，且足=酬彳为调频斜率。由式(1)可得到信号的幅度谱为I u(刊=缸(蹦。)+c(“：)】2+k(蹦。)+J(“：)】2 y 2 肚丽(2)式中“。=2 K(衫2 一厂足)；“2=2 K(衫2+厂K)；c )、s )为F r e s n e l 积分。根据式(2)，时带积纺越大，F r e s n e l 谱波动越小，幅度谱越接近矩形谱。当峦很大(一般认为大于3 0)时，式(2)可近似写为2 6 万方数据电子测量与仪器学报2004 年增刊p(，)I=r e c t(，B)i(3)对于L F M 信号，进行匹配滤波即完成了脉冲压缩；若信号不存在D o p p l e r 频移，经匹配滤波器后，脉冲压缩信号为团I p c(f)J=峦s a(加f)(4)而具有中频载波的u M 信号变为零中频后，其信号形式为J(f)=孑b c t 彳)e 3 椭2(5)如果信号从零时刻开始，则有J O)：e j 泌(H)f+(叫2)2J 石，o f f(6)由于匹配滤波器冲激响应为3】庇O)=b+(f o f)，o f f(7)所以有办0)：七e j 缸(H)件(吖2)2 j 石，o f z(8)式(7)和(8)中，七为常系数。由式(4)可见，L F M 信号压缩脉冲具有s i n c(D 函数形状，其R M s(R a t i oo fM a i n l o b et os i d e l o b e)仅为1 3 2 d B，这将严重影响旁瓣附近小目标的检测或造成虚假目标，因而必须抑制旁瓣。为此可采用加权处理可在频域采用加权技术，此时加权函数是为满足时间旁瓣的要求而选定的。实现方法是引入具有H a l I l】【I l i n g 函数、T a l y o r 函数、G a u s s 函数及余弦平方函数等传输函数的加权网络来抑制旁瓣。U M 信号p c(t)图1 抑制旁瓣的加权处理的原理图1 所示为频域加权方法的原理，其中w(厂)相当于旁瓣抑制滤波器。由于时间旁瓣与信号谱的带内起伏和边缘跃变紧密相关，因而w(-厂)应大致具有一个窗的形状以平滑跃变。此时理想的压缩脉冲具有与频域加权函数精确匹配的幅度谱。加权网络的引入不仅使旁瓣受到抑制，同时又使主瓣降低、展宽。所以对其要求是力求降低旁瓣，但也不要使主瓣展宽太多，以免影响雷达的分辨力和降低信噪比。c h e b y s h e v加权最好，因为其具有等旁瓣特性会使主瓣展宽最小，但由于受接收机频率特性的影响而难以实现。实际中常采用H a I l l I I l i n g 加权等。频谱加权后，脉压输出为p c(f)=F-1 峪(厂)日(，)w(，)J(9)2 7 万方数据皇王型量皇=丝璧羔堡=墨=二丝尘二篁堡磐加权也可以在时域中进行为此可对匹配滤波器冲激响应直接进行加权，当然此时滤波器已失配。加权后的滤波器冲激响应为矗(f)=w(f)庇(f)(1 0)式中，w(f)为时域窗函数。此时脉压输出为p c(f)=s(f)水J z 沁)(1 1)由式(6)、(8)、(1 0)和(1 1)可知，对于从零时刻开始的零中频u M 信号，w(f)对庇(f)加权和对s(f)加权是等效的。3 仿真研究仿真中，w(f)和w(，)均取H 锄血n g 函数：w O)=o 5 4 一o 4 6 c o s(2 州7)，o f z(1 2)w(，)=o 5 4 一o 4 6 c o s(2 矿B)，o，B3 1 谱平滑效果不同峦时的c h i 印I、Q 复序列的幅度谱如图2(a)所示，其中信号B=1 M H z，荡如图中所示。可见徊越小，F r e s n e l 谱波动越大。图2(b)图2(c)分别给出了频域加权和时域加权后的信号幅度谱。由图可见，加权后谱波动得到了很大的抑制O0 2O 40 60 81频率(M Hz)OO 2 O 4 O 6O 81频率(M H z)00 20 40 6O 8l频率(M H z)峦=2 0O0 20 4 0 60 81频率(M H z)00 20 4O 6O 81频率(M H z)(B)频域加权后的信号谱O0 2O 4O 60 8l频率(M H z)峦：4 0(c)时域加权后的信号谱图2 时域加权和频域加权的谱平滑效果2 800 20 4O 60 81频率(M Hz)00 20 40 60 81频率(M H z)0O 20 40 60 8l频率(M H z)佃=2 0 0 万方数据电子测量与仪器学报2 004 年增刊3 2I t M S 性能图3 给出了图2 中表示的各信号分别用频域加权和冲激响应加权法所得到的脉压结果。可见，对于这两种方法来说，R M S 均随峦的增加而增加。图4 给出了两种方法在不同馏时州S 的比较。图中所用的数据在留 1 0 0 时谱的形状接近矩形，采用1 倍谱宽的结果。可见，对于这两种方法，随着馏的增加，I u M S 收敛于H a m m i n g 加权所能达到的理想值(4 2 8 d B)。彷越小，I u M S 随彷的增加而增大的速度越快；彷越大，R M S 随馏增加的速度就越缓慢。3 3D P C 的量化效应L F M 信号被量化后，量化误差的引入将影响到脉压的输出。实际上具有量化误差的脉压信号为理想信号与许多量化误差信号的叠加，这将导致蹦S 有所下降。为获得良好的处理效果常要求尽量多的量化阶数，而量化阶数增多意味着传输量加大，使硬件设备复杂化。为使两者得到折衷需要确定量化阶数与脉压效果之间的关系，以便在尽量少的量化阶数下获得良好的脉压输出。对于冲激响应加权法，设信号的彷分别为2 0、4 0、6 7，得到了I u M S 随量化阶数(包含符号位)的变化关系，如图5 所示。可见，不论峦为何值，量化阶数取6 8 是删S 变化(a)频域加权法(b)冲激响应加权法图3 频域加权法和冲激响应加权法的脉冲压缩结果的比较的分界线：量化阶数小于6 时，随着阶数的增加，I 蝴S 明显提高；而阶数为6 8 之间时R M S 的变化趋于平缓；而在8 b i t 以上时，R M S 基本保持不变。因而取8 b i t 是较为合适的2 9 万方数据电子测量与仪器学报2 004 年增刊如果考虑到目标的动态范围，可取1 2 b i t。由图可见，峦越大，量化阶数对刚S 的影响越明显，且1 w S 的变化范围越大这是因为峦越大，刚S 也越大，字长的影响也就越容易表现出来。馏图4 两种压缩方法的砌订S 比较量化阶数图5 冲激响应加权法的删S 与量化阶数的关系4 结论本文研究了线性调频信号脉冲压缩的旁瓣抑制问题，分析了频谱加权法和冲激响应加权法的原理对两种方法的谱平滑效果，脉冲压缩性能及数字脉冲压缩的量化效应进行了仿真研究，得出了一些有意义的结论。参考文献 1】M I S k o l I l i k 著，林茂庸等译雷达系统导论 M 北京：国防工业出版社，1 9 9 2：3 5 1 3 6 1 2】林茂庸，柯有安雷达信号理论 M 北京：国防工业出版社，1 9 8 4：1 2 8 1 4 7【3】A w 里海捷克雷达分辨理论【M 北京：科学出版社，1 9 7 3【4】胡航等脉冲多普勒雷达信号处理机仿真报告哈尔滨工业大学研究报告，1 9 9 8：5 1 8 5】吕幼新，张明友，向敬成降低线性调频脉冲压缩信号旁瓣的方法 J】电子科技大学学报，1 9 9 3，2 2(4)：3 4 4 3 4 93 0幢铿斟雒器船柏m弓-苫国 万方数据两种抑制线性调频信号脉冲压缩旁瓣的加权方法两种抑制线性调频信号脉冲压缩旁瓣的加权方法作者：胡航，Hu Hang作者单位：哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001刊名：电子测量与仪器学报英文刊名：JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT年，卷(期)：2004，18(z1)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.MISkolnik.林茂庸 雷达系统导论 19922.林茂庸.柯有安 雷达信号理论 19843.AW里海捷克 雷达分辨理论 19734.胡航 脉冲多普勒雷达信号处理机仿真报告 199