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李雅鳳, 賀知明, 陳金梅, 宋 江, 陳松林
(電子科技大學(xué),成都611731)
摘要:子脈沖頻率編碼信號(hào)( PFFi.S)在子脈沖寬度大于最小跳頻間隔倒數(shù)的情況下,其距離模糊函數(shù)在中心模糊帶內(nèi)主瓣周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生柵瓣。柵瓣不僅影響單目標(biāo)自身的準(zhǔn)確檢測(cè),并且強(qiáng)目標(biāo)柵瓣會(huì)對(duì)落入其中的弱目標(biāo)主瓣造成掩蓋,使得弱目標(biāo)漏檢。在原有子脈沖頻率編碼信號(hào)的基礎(chǔ)上引入了子脈沖線性調(diào)頻,深入研究并給出了該復(fù)合信號(hào)的參數(shù)選取準(zhǔn)則,從而達(dá)到消除子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)柵瓣的目的,最后仿真驗(yàn)證了此效果。,
0 引言
雷達(dá)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中重要的目標(biāo)探測(cè)裝備,如何充分發(fā)揮其作用并保證自身生存是其發(fā)展的重點(diǎn)。而低截獲概率( LPI)雷達(dá)作為一種利用特殊發(fā)射波形來(lái)防止被敵方截獲的雷達(dá),在保證自身于電子對(duì)抗中生存的同時(shí),又具有主動(dòng)探測(cè)能力,能從本質(zhì)上使雷達(dá)在電子對(duì)抗中取得優(yōu)勢(shì)。
子脈沖頻率編碼信號(hào)是一種脈內(nèi)由跳頻圖案控制子脈沖載頻的雷達(dá)波形,具有大時(shí)寬帶寬特點(diǎn),峰值功率和功率譜密度較低,是一種脈壓LPI信號(hào),同時(shí)具有LPI性質(zhì)和較好的探測(cè)能力。
雷達(dá)信號(hào)分析和波形設(shè)計(jì)主要通過(guò)模糊函數(shù)進(jìn)行,在低截獲雷達(dá)中,常采用子脈沖頻率編碼信號(hào),這種信號(hào)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是子脈沖寬度等于最小跳頻間隔倒數(shù),這種情況下其距離模糊函數(shù)在中心模糊帶內(nèi)主瓣周?chē)粫?huì)產(chǎn)生柵瓣,但是子脈沖寬度必須和最小跳頻間隔倒數(shù)相等,其約束性較強(qiáng)導(dǎo)致設(shè)計(jì)性較弱,靈活性較差。
子脈沖頻率編碼信號(hào)在子脈沖寬度大于最小跳頻間隔倒數(shù)時(shí),兩者之間的相關(guān)性減弱,約束性減弱,子脈沖寬度的選擇性增強(qiáng),從而提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性和靈活性。但是其模糊函數(shù)零多普勒切割(距離模糊函數(shù))在主瓣周?chē)霈F(xiàn)柵瓣,影響目標(biāo)檢測(cè),因此需要對(duì)其進(jìn)行抑制。2003年,NADAV L通過(guò)引入脈內(nèi)線性調(diào)頻( LFM)來(lái)抑制步進(jìn)頻脈沖信號(hào)模糊函數(shù)柵瓣,具有較好效果。
針對(duì)這種情況,本文先研究了子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)柵瓣的產(chǎn)生機(jī)理,然后嘗試在原子脈沖頻率編碼信號(hào)的基礎(chǔ)上引入脈內(nèi)LFM,研究復(fù)合信號(hào)的距離模糊函數(shù),提出能夠消除柵瓣的復(fù)合信號(hào)參數(shù)選取方法,最終通過(guò)模糊函數(shù)原始定義對(duì)該方法的效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
1子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)柵瓣產(chǎn)生機(jī)理
子脈沖頻率編碼信號(hào)是指脈內(nèi)由跳頻圖案控制子脈沖的頻率雷達(dá)波形。一個(gè)周期的脈間捷變子脈沖頻率編碼波形,假設(shè)其幅度為1,其復(fù)基帶表達(dá)式為
式中:
n表示第n個(gè)子脈沖;ka表示第n個(gè)子脈沖的頻率編碼;△F表示跳頻間隔;T為子脈沖寬度。子脈沖頻率編碼形式如圖1所示。
由模糊函數(shù)定義,省去化簡(jiǎn)過(guò)程可以得到子脈沖頻率編碼信號(hào)的二維自相關(guān)函數(shù)
式中xc(T,ξ)是指單載頻矩形脈沖信號(hào)uc(t)的時(shí)頻二維自相關(guān)函數(shù),即
式中:X(1)(T,ξ)是指X(T,ξ)的中心模糊帶,它決定波形的距離分辨力和多普勒分辨力,即
令式(5)中ξ=0,得距離模糊函數(shù)為
如果跳頻編碼序列{kn}是全頻段非重復(fù)序列,即頻點(diǎn)集合中的每個(gè)頻點(diǎn)在序列中都出現(xiàn)了并且只出現(xiàn)一次,有kn∈{0,1,2,…,N-1},則對(duì)于式(6)來(lái)講,不管ka的取值如何變化,經(jīng)加和后的值始終不變,故根據(jù)式(7),式(6)可改寫(xiě)成式(8),即
由式(8),當(dāng)T=k/△F,K為非零整數(shù),且∣T∣ <T時(shí),∣X(1)(T,0)∣有極點(diǎn),此時(shí)對(duì)應(yīng)位置將會(huì)出現(xiàn)柵瓣。因此,當(dāng)T> 1/△F時(shí),信號(hào)的距離模糊函數(shù)必然會(huì)出現(xiàn)柵瓣。
設(shè)△f =1 Hz,頻率編碼序列為C={3,2,6,4,5,l},子脈沖寬度T1分別為3 s,1 s時(shí),仿真該子脈沖頻率編碼信號(hào)的模糊函數(shù),其模糊函數(shù)的零多普勒切割分別如圖2、圖3所示。
由圖2和圖3可知,T=1 s時(shí),子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)沒(méi)有柵瓣,T=3 s時(shí),在T為l/A整數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)峰值,當(dāng)T=0時(shí),出現(xiàn)主瓣,當(dāng)T≠0時(shí)出現(xiàn)的峰值為柵瓣,其中柵瓣個(gè)數(shù)為4,分別大致出現(xiàn)在±1,±2處,與理論分析一致,柵瓣的出現(xiàn)會(huì)影響目標(biāo)的檢測(cè)。
2 子脈沖LFM的子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)柵瓣抑制方法
周期子脈沖頻率編碼信號(hào)表達(dá)式為
根據(jù)前面分析,若子脈沖寬度T> 1/AF,則s(t)模糊函數(shù)中心模糊帶的零多普勒切割將會(huì)在時(shí)延-T~T的范圍內(nèi)每隔1/△F出現(xiàn)一個(gè)柵瓣。這個(gè)性質(zhì)限制了子脈沖寬度的選取。為了使子脈沖寬度T> l/AF的時(shí)候不出現(xiàn)柵瓣,本文考慮在原來(lái)子脈沖頻率編碼信號(hào)子脈沖內(nèi)引入LFM,組成子脈沖頻率編碼-LFM復(fù)合信號(hào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,其信號(hào)的時(shí)頻圖如圖4所示。
式中:μ為引入的子脈沖LFM的調(diào)頻斜率;s(t)可以進(jìn)一步表示為
得到s(t)模糊函數(shù)的中心模糊帶表達(dá)式
因?yàn)?/p>
所以
且
所以
假設(shè)需要消除∣R2(T)∣的第1、第2個(gè)柵瓣,令q=
1,r =2,那么
將式(28)代入式(25)有
當(dāng)m,n取不同值時(shí),由式(29)、式(30)可以得到子脈沖頻率編碼- LFM復(fù)合信號(hào)的距離模糊函數(shù)無(wú)1,2柵瓣時(shí)參數(shù)的關(guān)系。表1為滿足式(29)、式(30)的參數(shù)取值舉例。
根據(jù)式(29)、式(30)確定的T,B,△F的約束關(guān)系,是以保證消除原子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)的第1,第2個(gè)柵瓣為前提來(lái)推導(dǎo)的,本文繼續(xù)研究按照式(29)、式(30)的約束關(guān)系是否可以消除其他的柵瓣。
式中:ι恒為整數(shù),因此∣R2(T)∣柵瓣對(duì)應(yīng)處的∣R1(7-)∣恒為0,所以滿足式(29)、式(30)的T,B,△F也能消除原子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)的所有柵瓣。
圖5的仿真條件為△f =1 Hz,頻率編碼序列為C={3,2,6,4,5,1},子脈沖寬度分別為T(mén)=3 s,T=5 s,根據(jù)表1中第1組和第3組參數(shù),確定調(diào)頻帶寬B=1.5 Hz和B=2.5 Hz,藍(lán)色虛線為IR:(7_)I項(xiàng),紅色實(shí)線為∣R1(T)∣項(xiàng),可以看到∣ R2(T)∣項(xiàng)在每隔1個(gè)單位時(shí)間的位置出現(xiàn)了柵瓣,通過(guò)滿足式(29)、式(30)參數(shù)的選擇,∣R1(T)∣的零點(diǎn)位置剛好與∣R2(T)∣柵瓣對(duì)準(zhǔn),從而達(dá)到了消除所有柵瓣的效果,∣R2(。┄O項(xiàng)和柵瓣消除先后的效果分別如圖6、圖7所示。
3頻率編碼子脈沖信號(hào)自相關(guān)函數(shù)柵瓣抑制仿真分析
仿真參數(shù)選取設(shè):△f =1 Hz,頻率編碼序列為C={3,2,6,4,5,l},子脈沖寬度T=3 s,根據(jù)表1中第1組參數(shù),確定調(diào)頻帶寬B =1.5 Hz。
第2組仿真參數(shù)選取設(shè):△f=1 Hz,頻率編碼序列為C={3,2,6,4,5,1},子脈沖寬度T=5 s,根據(jù)表1中第3組參數(shù),確定調(diào)頻帶寬B=2.5 Hz。
從圖8~圖11仿真結(jié)果對(duì)比中可以看出,按照式(29)、式(30)約束關(guān)系參數(shù)設(shè)計(jì)的子脈沖頻率編碼一LFM復(fù)合信號(hào)相對(duì)于子脈沖頻率編碼信號(hào)能夠有效抑制距離模糊函數(shù)中的所有的柵瓣。
4結(jié)束語(yǔ)
若子脈沖頻率編碼信號(hào)子脈沖寬度T> 1/△F,其距離模糊函數(shù)會(huì)在延時(shí)[ -T,T]內(nèi)每隔1/AF地方出現(xiàn)柵瓣。在原子脈沖頻率編碼信號(hào)的基礎(chǔ)上,通過(guò)在每個(gè)子脈沖內(nèi)部引入相同的LFM調(diào)制,并且按照約束關(guān)系適當(dāng)?shù)剡x取信號(hào)的子脈沖寬度、跳頻間隔、LFM調(diào)頻帶寬等參數(shù),可以達(dá)到抑制原來(lái)子脈沖頻率編碼信號(hào)距離模糊函數(shù)所有柵瓣的效果,從而有效提高雷達(dá)的檢測(cè)性能。