連續(xù)波雷達(dá)及信號處理技術(shù)研究

沈佳琪

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連續(xù)波雷達(dá)及信號處理技術(shù)研究

沈佳琪

中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所， 江蘇 揚(yáng)州225001

在現(xiàn)階段雷達(dá)常用體制中，多以連續(xù)波體制和脈沖多普勒體制為多。連續(xù)波雷達(dá)本身所具有的發(fā)射功率小、隱蔽性能好以及抗反輻射導(dǎo)彈能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在增大了雷達(dá)作用距離的同時，也使雷達(dá)具有低截獲率和抗有源干擾的能力。

連續(xù)波；雷達(dá)；信號；處理技術(shù)

引言

連續(xù)波雷達(dá)由于瞬時發(fā)射功率低，具有低截獲概率性能，所以應(yīng)用日益廣泛。對連續(xù)波信號進(jìn)行截獲，并對它的調(diào)制參數(shù)進(jìn)行精確估計(jì)是電子偵察的重要內(nèi)容。由于連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射功率低，作用時間長，在其作用時間內(nèi)會不可避免地?fù)诫s若干功率較大，持續(xù)時間較短的脈沖雷達(dá)信號，因此必須考慮在連續(xù)波背景下的多信號處理。連續(xù)波雷達(dá)信號的形式有許多種，包括單頻連續(xù)波信號、調(diào)頻連續(xù)波信號和偽隨機(jī)二相碼連續(xù)波信號等，其中使用較為廣泛的是調(diào)頻連續(xù)波信號。調(diào)頻連續(xù)波信號包括線性調(diào)頻連續(xù)波（LFMCW）信號、三角波調(diào)頻連續(xù)波信號、正弦調(diào)頻連續(xù)波信號和平方律調(diào)頻連續(xù)波信號等多種形式。[1]

1 連續(xù)波雷達(dá)的工作原理

在雷達(dá)發(fā)射線性三角調(diào)頻連續(xù)波信號時，雷達(dá)載頻f0，調(diào)頻帶寬為B、調(diào)頻間隔為T。信號的頻率與時間關(guān)系如圖1所示，細(xì)實(shí)線代表的是發(fā)射信號，粗實(shí)線代表的是目標(biāo)回波信號。粗虛線則代表的是有多普勒頻率時的目標(biāo)回波信號。而發(fā)射與目標(biāo)回波信號頻率差如圖2所示，圖2中用實(shí)線來表示固定目標(biāo)回波與發(fā)射信號的頻率差，用虛線來表示運(yùn)動目標(biāo)回波與發(fā)射信號的頻率差。因此在發(fā)射信號一個掃頻周期內(nèi)，三角線性調(diào)頻信號正向調(diào)制段可以示為Bt，up（t）=A0cos[2π（f0t+μt2/2）+0， up]，其中f0、A0和0、up則分別代表的是發(fā)射信號的頻率、幅度和初始相位，其中的μ=B/T是調(diào)制斜率。

圖1發(fā)射信號與頻率的時間關(guān)系

圖2差拍信號瞬間頻率

2 連續(xù)波雷達(dá)的特點(diǎn)

1924年，人們利用連續(xù)波調(diào)頻測距的原理研究和觀測了電離層。二次世界大戰(zhàn)中又利用它觀測了飛機(jī)與地面的高度。不久，收發(fā)開關(guān)解決了連續(xù)波雷達(dá)的收發(fā)隔離問題。今天，連續(xù)波雷達(dá)的接收和發(fā)射已經(jīng)可以公用一個天線[2]。

在近程雷達(dá)系統(tǒng)或次級雷達(dá)中，連續(xù)波雷達(dá)與脈沖雷達(dá)相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著當(dāng)今世界微波固態(tài)器件的發(fā)展，利用連續(xù)波雷達(dá)能使雷達(dá)更為簡單，其原因在于連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)無需甚高壓，不會產(chǎn)生高壓打火，并且調(diào)制信號可以多樣化，這在相同體積和重量下有利于發(fā)射功率的提高。目前，主振放大式行波管的平均功率/重量為4.4W/kg，而連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射機(jī)則是7.9W/kg。于是，連續(xù)波雷達(dá)可以做到體積小和重量輕，而且其發(fā)射機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，饋線損耗也較低。連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)的帶寬窄于脈沖雷達(dá)接收機(jī)。因此，它有利于抗雜波，并在電磁干擾環(huán)境下具有更好的下視和抗干擾能力。特別是只實(shí)現(xiàn)測速時，連續(xù)波雷達(dá)顯得更為優(yōu)越。測距時也不存在脈沖雷達(dá)的距離遮擋現(xiàn)象。

連續(xù)波雷達(dá)比脈沖雷達(dá)的反隱身、抗背景雜波和抗干擾能力更好：

第一，發(fā)射機(jī)功率較低，有利于反偵察。譬如，連續(xù)波雷達(dá)采用偽隨機(jī)碼調(diào)相或隨機(jī)碼調(diào)相，使對方的偵察接收機(jī)無法利用快速傅里葉變換跟蹤雷達(dá)的瞬時頻率，對方要想干擾偽隨機(jī)或隨機(jī)二相碼連續(xù)波雷達(dá)是很困難的。因此，連續(xù)波雷達(dá)容易實(shí)現(xiàn)低截獲概率。

第二，連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)的帶寬較窄，在雜波背景下具有良好的檢測能力。

第三，從雷達(dá)距離方程來看，增大發(fā)射功率和收發(fā)天線的增益，減小接收機(jī)噪聲系數(shù)和微波損耗，有可能檢測出較小的隱身目標(biāo)，使雷達(dá)探測或跟蹤距離滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求。連續(xù)波雷達(dá)與脈沖雷達(dá)相比，其唯一障礙是連續(xù)波雷達(dá)的收發(fā)隔離[3]。

3 連續(xù)波雷達(dá)的信號處理

在連續(xù)波雷達(dá)數(shù)字信號的處理系統(tǒng)方面主要可以分為I、Q這兩個支路，連續(xù)波雷達(dá)的數(shù)字信號系統(tǒng)的兩個支路分別由雜波對消、匹配濾波、最大熵外推、FFT、恒虛警判決等電路進(jìn)行組成。在雷達(dá)發(fā)射信號時，信號需要經(jīng)脈沖調(diào)制器來進(jìn)行相關(guān)調(diào)制，在這個過程當(dāng)中就會產(chǎn)生占空比為0.5的高穩(wěn)定射頻信號。目標(biāo)反射后形成信號的回波利用天線經(jīng)T/R開關(guān)轉(zhuǎn)換器將其信號送到接收機(jī)當(dāng)中，接收機(jī)中接收到的信號會經(jīng)過混頻電路將其中的中頻信號再數(shù)字信號處理系統(tǒng)輸入端。在達(dá)到輸入端的熟悉信號之后再經(jīng)過A/D變換，就會在保持中頻相位信息的狀態(tài)下將其并送入到雜波對消器。通過這樣的方式來對其消除地（海）雜波的影響，從而在很大程度上可以減少數(shù)字信號的動態(tài)范圍。偽碼匹配濾波器實(shí)對偽碼實(shí)行解擴(kuò)的行為動作的同時，還可以完成對多普勒失諧的補(bǔ)償。將數(shù)字信號進(jìn)行解擴(kuò)動作之后，信號頻譜就會變窄，并且解擴(kuò)后的信號波形成為了含有多普勒信息的近似正弦的斷續(xù)周期信號。在這個時候的最大熵外推主要是應(yīng)用最大熵前后向預(yù)測外推。通過這樣的動作就會使得k個周期的呈現(xiàn)出斷續(xù)波形的信號逐漸連接成為kT連續(xù)時間的連續(xù)波，從而提高頻率的分辨能力來對間斷信號所造成的加窗影響進(jìn)行消除以及中斷。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對連續(xù)波雷達(dá)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的分析和實(shí)現(xiàn)，可以看出在很大程度上連續(xù)波雷達(dá)具有明顯的優(yōu)勢。因此，在未來的高科技的戰(zhàn)爭條件下，連續(xù)波雷達(dá)具有廣闊的應(yīng)用前景。在今后的發(fā)展研究過程中，要不斷進(jìn)行廣泛的研究，使得連續(xù)波雷達(dá)技術(shù)得到更加廣泛的發(fā)展。

[1]劉國歲，孫光民，顧紅，朱曉華.連續(xù)波雷達(dá)及其信號處理技術(shù)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2014（6）：20-36.

[2]史林，張琳.調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)頻譜配對信號處理方法[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2013（4）：534-538.

[3]萬紅進(jìn)，劉輝，楊石玲.調(diào)頻間斷連續(xù)波雷達(dá)信號處理分析與仿真[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2014（2）：30-34.

The continuous wave radar and signal processing technology research

ShenJiaqi

Research institute of China shipbuilding industry corporation DiQiErSan，Jiangsu Yangzhou 225001

at present commonly used radar system， how to cw system and pulse doppler system. Inherent in continuous wave radar transmitted power of small， good concealment performance， and strong ability of resisting characteristics， while increasing the radar range， also make the radar with low intercept rate and ability to resist active jamming.

continuous wave; Radar; Signal; Processing technology

TN957.51

A

1009-6434(2016)09-0033-02