多信号体制脉冲压缩系统研究

从增强雷达抗干扰反截获能力、抗反辐射导弹（ Ａ Ｒ Ｍ ）攻击及提高目标检测能力出发,成功研制出了多波形脉冲压缩系统。该系统采用数字波形产生和数字脉压技术,使多种不同形式和不同长度的信号可在同一系统上产生并完成脉冲压缩处理,为现代雷达设计和既有雷达的技术改造提供了一种有效的途径。系统设计码元宽度０２μｓ,码长于１２８ 内可变。据多种雷达工作的实际需要,我们分别设计了压缩比为４５、６０、７５、９５ 的线性与非线性调频信号及几种多相码信号。系统测试结果表明,对时带积大于６０ 的不同形式波形压缩输出主副比在ｆｄ ＝ ０ 时均超过３０ｄ Ｂ,是较小时带积低采样率处理的先进水平。     

随机捷变相位编码脉冲压缩的实现

捷变相位编码脉冲压缩技术是一项新的雷达信号处理技术。本文从理论与实验两方面就实现捷变相位编码脉冲压缩的几个主要问题进行了讨论。首先,作者提出了准最佳码集的构造方法。同时从理论上分析了采用捷变与压缩后积累相结合的信号处理方法对脉压性能的改善。其次,给出捷变码产生器、数字相关器及数字积累器的组成与工作过程、性能指标等。另外,作者还进行了计算机仿真及硬件实时处理方面的工作与实验。进一步验证了理论分析结果。     

一种脉冲压缩信号旁瓣抑制方法

给出了一种在脉冲压缩技术中实现低的压缩脉冲距离旁瓣的方法，由希望的压缩脉冲波形来设计加权滤波器。导出了可实现低的压缩脉冲距离旁瓣的条件。实验用声表面波(SAW)器件实现时，对线性调频信号，其压缩脉冲最大主旁瓣比为50dB。而用数字方法实现时，压缩脉冲最大旁瓣电平还受A/D及D/A变换器位数的限制。     

低旁瓣多相编码脉冲压缩“波形─—滤波器对”及其抗噪性能

本文在研究Ｐ＿３码和Ｐ＿４码序列对称特性的基础上，提出了两种实现低距离旁瓣的多相编码脉冲压缩“波形—滤波器对”，其中的滤波器参考码序列长度等于发射码序列长度，而且发射波形的包络是恒定的。在多普勒频移ｆ＿ｄ＝０的条件下，这两种“波形—滤波器对”的互相关函数的主旁瓣比接近或等于码序列的长度。另外，互模糊函数的研究结果表明，两种“滤形—滤波器对”具有比较理想的多普勒特性，在ｆ＿ｄ＝０～０．０５Ｂ的范围内，脉压结果的旁瓣几乎不增高，主瓣幅度起伏分别为２．１０ｄＢ和１．４４ｄＢ，平均ＳＮＲ损失为１．６２ｄＢ和２．２４ｄＢ。     

基于余弦幅度加权的低旁瓣多相位分段调制干扰方法

多相位分段调制(multiple phases sectionalized modulation, MPSM)干扰可以对线性调频脉冲压缩雷达产生局部压制式干扰效果, 能够对目标进行有效保护。然而MPSM干扰存在较强的旁瓣, 当对目标进行保护时容易被发现, 不利于干扰的隐蔽实施。针对这个问题, 提出一种基于余弦幅度加权的低旁瓣MPSM干扰方法。该方法借鉴时域加窗抑制旁瓣的思想, 首先将接收到的雷达信号在时域内分成多段, 并对每段信号调制不同的相位, 之后对每段信号进行余弦幅度加权, 从而产生基于余弦幅度加权的MPSM干扰。该干扰方法经过雷达脉冲压缩处理后, 能够产生具有一定范围的噪声压制式干扰效果, 并且具有低旁瓣特性。利用该方法对目标进行干扰保护的同时, 还能够减少旁瓣干扰功率, 增强干扰实施的隐蔽性, 降低被发现和剔除的概率。理论分析和仿真实验表明了方法的可行性和有效性。     

一种Frank码脉压信号的检测与参数估计方法

针对低截获概率(LPI)雷达中常用的一类多相编码(polyphase codes)信号(Frank码,P1,P3,P4码)的截获问题,研究了基于Radon-Wigner变换(RWT)的检测与参数估计方法。该方法利用这类多相编码信号具有与线性调频(LFM)信号相似的Wigner-Ville分布(WVD)的特性,通过Radon变换提取信号特征,同时实现信号的检测和参数估计。给出了应用该算法的具体步骤,分析了算法性能。以Frank码信号为例进行的仿真证明了该方法用于多相编码信号的联合检测与参数估计的有效性。     

基于压缩查找表的高精度正弦信号生成算法

使用直接数字频率综合（direct digital synthesizer, DDS）技术生成正弦信号时,幅度精度与查找表容量两个条件相互制约,由于容量限制,高精度需要的超大容量查找表在实际中往往无法实现。针对该问题,提出了一种基于压缩查找表的高精度正弦信号生成算法。首先,推导了DDS输出信号精度与查找表容量的关系,为查找表的设计提供了理论依据。然后,依据精度需求构造了一种高效的压缩查找表,给出了查找表容量与压缩比的关系。最后,给出了算法的实现流程,通过仿真验证了信号精度及压缩比,信号幅度为10⁶,精度为10^-5时,压缩比达到10⁷倍。     

针对距离采样失配的多波形自适应脉冲压缩

针对距离单元内调频信号的回波采样点与目标点失配(即距离采样失配)时,引发回波采样波形与参考信号波形之间相位失配以及自适应脉冲压缩性能下降等问题,提出了一种针对距离采样失配的多波形自适应脉冲压缩(multi-waveform adaptive pulse compression, MWAPC)方法。所提方法将多基地自适应脉冲压缩(multistatic adaptive pulse compression, MAPC)方法应用到单基地雷达,首先将单基地雷达的原始发射信号过采样得到多个采样版本的发射信号,并将各种采样版本视为不同的波形;然后借助于自适应脉冲压缩对相位失配的敏感性,依次用不同采样版本的发射信号对回波信号做多波形自适应脉冲压缩构建距离维与采样维的二维输出,得到在距离单元内目标点与采样点的相对位置关系。实验证明,所提方法可根据多个采样版本的采样时序将自适应脉冲压缩的二维输出延展成一维。相比于常规脉压方法,所提方法不仅能抑制因采样失配而产生的距离旁瓣,还可获得超出传统脉压方法的分辨能力,在同一距离单元内区分出不同位置的目标。     

一类复合调制信号的脉冲压缩及旁瓣抑制

线性调频信号和二相编码信号在脉冲压缩雷达系统中使用较为广泛。分别对其进行分析后推导出一类线性调频 二相编码复合调制信号的时域表达式,使其兼有这两种信号的特点。对其进行仿真的结果表明,该复合调制信号容易产生并处理,其匹配滤波结果对多普勒频移也不敏感,但由于该信号的特殊性,常规的窗函数无法对其进行旁瓣抑制。采用了网络综合法抑制其旁瓣,效果十分理想。     

一种多相编码脉压信号的检测与参数估计方法

针对低截获概率雷达中常用的一类由频率导出的多相编码信号（P1、P2、P3、P4及Frank码）的截获问题,研究了基于积分二次相位函数的检测与参数估计方法。该方法利用此类多相编码信号的二次相位函数在时间-调频率平面仅为一条平行于时间轴直线的特点,通过积分二次相位函数获得能量积累,完成信号检测的同时实现了信号调频率参数的估计。分析了检测统计量的输出信噪比性能,给出了算法的接收机工作特性曲线和检测性能曲线,仿真分析了算法的参数估计性能。     

一类具有低距离旁瓣的多相码“波形对”

本文在文献［１］研究Ｐ码波形自相关函数旁瓣结构的基础上，从Ｐ码波形导出了一类能实现低距离旁瓣的多相码“波形对”。在零多普勒频移的条件下，该类“波形对”能以少量信噪比损失为代价使脉压输出波形的主旁瓣比与码序列长度相等，也就是说，从主旁瓣比的角度讲，该类“波形对”可以等效为相应长度的多相巴克码波形。另外，我们还研究了该类“波形对”的多普勒特性，数字仿真结果表明，由Ｐ３或Ｐ４码导出的“波形对”脉压结果的主旁瓣比对多普勒不敏感，在ｆｄ＝０～０．０５Ｂ范围内，最大Ｓ／Ｎ损失为３ｄＢ，最小Ｓ／Ｎ损失为０．８７ｄＢ，呈现周期性。     

用混沌序列提高MIMO雷达多目标检测性能

基于混沌相位编码信号在相关性和随机性等方面的良好特性,提出了一种用混沌相位编码信号提高多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达多目标检测性能的方法。取不同初始值代入混沌映射产生不同的混沌序列|通过均匀量化、四相编码得到混沌相位编码波形。通过多脉冲压缩累积有效降低混沌波形的互相关和自相关旁瓣,使得输出结果具有较低的旁瓣峰值,从而提高了MIMO雷达对多目标检测的性能。最后的仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于约束非线性规划的MIMO雷达正交波形设计

以最小化峰值相关旁瓣为优化准则,采用约束非线性规划设计多输入多输出雷达的正交波形。所设计的正交波形采用相位编码信号,信号幅度恒定,相位取值任意。数值仿真实验表明,与本文所提到的以最小化积分相关旁瓣为优化准则的方法相比,所设计的信号自身具有更低的自相关峰值旁瓣电平,信号两两之间具有更低的峰值互相关电平。此外,还通过数值实验研究了自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平与正交波形的信号数目和码长的关系。     

二相码旁瓣抑制的神经网络方法

本文研究了二相编码雷达信号的距离旁瓣抑制问题，用多层感知器网络实现了１３位巴克码的脉冲压缩和旁瓣抑制处理。计算机模拟结果表明，这种处理方式在主副比和多卜勒性能上优于直接失配加权处理。     

星载SAR中频数字接收机的FPGA设计与实现

在现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)中设计与实现了一种星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)中频数字接收机,并对数据形成技术进行了研究。考虑到FPGA乘法器资源有限,在详细分析了中频、采样率和抽取因子三者关系的基础上,实现了不同带宽信号的多相下变频优化结构。为减轻数据下传链路的压力,实现了压缩比可变的分块自适应量化(block adaptive quantization, BAQ)压缩模块。最后给出了设计实例,实验结果证明了方案的有效性：BAQ 8:3输出结果I、Q两路信噪比为14.6 dB,脉压后主瓣展宽只有2‰,积分旁瓣比达到了理论值的93%。     

高超声速目标雷达回波脉内运动模型

针对线性调频脉冲压缩雷达体制下高超声速目标回波信号建模问题,采用目前常用的停走模型,由于忽略了目标在一个脉冲持续时间内（简称脉内）的运动,不能真实反映目标回波特点,高超声速目标回波信号的脉冲压缩输出存在较严重的主瓣偏移并展宽的问题,严重影响目标信号的积累与检测。对此,提出了高超声速目标回波信号的脉内运动模型,理论分析和数值仿真均表明了高超声速目标的回波信号采用脉内运动模型的必要性。在典型参数下,采用脉内运动模型比采用停走模型的脉冲压缩增益提高3 dB以上。     

多载频相位编码雷达信号自适应脉冲压缩方法

多载频相位编码信号(multi-carrier phase-coded,MCPC)作为近年来备受关注的一种宽带雷达信号,具有较高的频谱利用率、良好的自相关以及频率分集特性等优点,因而在目标检测、抗干扰以及高分辨成像等领域具有较大的应用前景。针对MCPC雷达信号常规脉冲压缩易产生高距离旁瓣而导致强目标邻近的弱小目标检测困难问题,通过对MCPC雷达信号进行建模分析并结合其信号特点,提出了一种MCPC雷达信号自适应脉冲压缩算法,通过利用循环迭代获取每个距离单元的最优匹配滤波器,从而有效抑制了距离旁瓣,提高了对邻近距离单元弱小目标的检测能力。仿真实验验证了该方法的有效性,并进一步分析了编码方式对脉冲压缩距离旁瓣的影响。