截斷式壓縮脈沖減小雷達(dá)盲區(qū)的性能分析

摘 要： 為了提高雷達(dá)的測距精度和探測距離，通常采用脈沖壓縮（PC）處理的方法對信號進行處理，既保證了遠(yuǎn)距離探測所需要的信號能量，又使得時寬帶寬積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 。但是雷達(dá)發(fā)射信號時寬的增大必然會帶來探測盲區(qū)的增加。為了解決這一問題，提出一種截斷式壓縮脈沖的方法，并對其工作原理及性能進行了詳細(xì)分析。該方法區(qū)別于發(fā)射短脈沖補盲和組合調(diào)制脈沖的方法，不僅能夠解決盲區(qū)問題，而且可以減小單基站雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度。通過仿真實驗對該方法的原理及其應(yīng)用于雷達(dá)探測進行了驗證，結(jié)果表明截斷式壓縮脈沖可以有效解決傳統(tǒng)脈沖壓縮方法帶來的盲區(qū)增大問題。

關(guān)鍵詞： 脈沖壓縮； 雷達(dá)探測盲區(qū)； 組合脈沖； 截斷式壓縮脈沖

中圖分類號： TN958.3?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）15?0043?04

Abstract： In order to improve the range?finding accuracy and detection distance of the radar， the pulse compression （PC） processing method is commonly used to process the signal， which can ensure the needed signal energy of remote detection， and make the time?bandwidth product far greater than 1. However the increase of the radar sending signal time?width will increase the detection blind zone inevitably. To solve this problem， a truncated pulse compression method is proposed. Its working principle and performance are analyzed in detail. This method is different from the methods of launching short pulse for blind zone coverage and combined modulation pulse， which can solve the blind zone problem， and reduce the complexity of radar system with single base station. The principle of this method and radar detection with this method were verified with simulation experiments. The simulation results show that the truncated compression pulse can effectively solve the problem of blind zone increase causing by traditional pulse compression method.

Keywords： pulse compression； blind zone of radar detection； combined pulse； truncated compression pulse

0 引 言

脈沖壓縮（Pulse Compression，PC）技術(shù)作為一種重要的現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)，有效地解決了早期雷達(dá)系統(tǒng)中檢測能力和分辨率矛盾的問題[1?2]，廣泛應(yīng)用于超寬帶雷達(dá)[3?5]、多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)中[6?8]。線性調(diào)頻（Linear Frequency Modulation，LFM）信號[9]是目前應(yīng)用最為廣泛的脈沖壓縮信號[10?13]，它具有較大的時寬及高帶寬特點。采用LFM信號，雷達(dá)既可以獲得較大的探測距離又可以獲得高距離分辨率。但是雷達(dá)盲區(qū)也會隨著脈沖長度的增加而增加[14]。

由于雷達(dá)的探測盲區(qū)取決于雷達(dá)發(fā)射脈沖信號的寬度，通常采用發(fā)射短脈沖進行補盲的處理方法。最近研究人員提出了長短組合壓縮脈沖的方法解決盲區(qū)問題[15]，同時能夠保證高的距離分辨率和探測距離。然而，這種方法存在三個需要深入探討的問題：第一，短脈沖和長脈沖的脈沖寬度和時間間隔的選取；第二，長脈沖和短脈沖的相互干擾問題；第三，這種雷達(dá)系統(tǒng)要求發(fā)射機發(fā)射不同的調(diào)制信號，接收機要對長短脈沖分別接收，這樣會大大增加單基站雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度。

針對上述問題，本文提出了一種截斷式脈沖壓縮的方法，實現(xiàn)了組合脈沖的功能，并對這種方法做了相關(guān)的雷達(dá)探測應(yīng)用分析。

1 組合脈沖的模型

2 截斷式脈沖壓縮方法

組合脈沖的方法可以解決盲區(qū)的問題，但需要對長短脈沖分別調(diào)制，這樣就大大增加了單基站雷達(dá)發(fā)射裝置的復(fù)雜度。為了實現(xiàn)組合脈沖的小盲區(qū)特性及最低限度地增加單基站雷達(dá)裝置的復(fù)雜度，本文提出的截斷式壓縮脈沖方法如下所述。

由式（6）可以看出，截斷式壓縮脈沖的信號是由相同的調(diào)制斜率[（BTe）]調(diào)制的兩個長短脈沖組成，短脈沖用于探測近距離目標(biāo)，從而減小雷達(dá)的探測盲區(qū)，長脈沖用于探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)，實現(xiàn)了組合脈沖在保證遠(yuǎn)探測距離的條件下減小盲區(qū)的目標(biāo)。對于單基站雷達(dá)發(fā)射機來說，截斷式壓縮脈沖的產(chǎn)生可以通過控制寬脈沖或者發(fā)射天線前端控制輸出時間來實現(xiàn)，克服了組合脈沖需要多個脈沖調(diào)制器的弊端，從而減小了雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射端的復(fù)雜度。

雷達(dá)的探測盲區(qū)取決于雷達(dá)發(fā)射總脈沖寬度，對于截斷式脈沖壓縮方法或者組合脈沖，雷達(dá)的接收機必須在長脈沖發(fā)射前接收短脈沖的回波以實現(xiàn)小盲區(qū)的特性，因此長短脈沖寬度及兩者時間間隔應(yīng)該滿足以下條件：

式中：[D1=B?T21Te]為短脈沖的脈壓系數(shù)；[Rmin2=][c?TL2]為長脈沖的盲區(qū)；[T1，TL]分別為短脈沖和長脈沖的寬度；c為光速。在發(fā)射功率足夠的情況下，滿足以上條件的截斷式壓縮脈沖可以在保證較大探測距離的前提下減小盲區(qū)，盲區(qū)應(yīng)為[c?T12。]

為了保證短脈沖能夠探測到近距離目標(biāo)，在雷達(dá)接收機部分，匹配濾波器接收的截斷時間控制必須和發(fā)射機同步。對于一些特殊位置的目標(biāo)，它們既能被短脈沖探測又能被長脈沖探測，此時短脈沖的回波可能會對長脈沖檢測帶來干擾。事實上，通過截斷式調(diào)制的長短脈沖相關(guān)性會在一定程度上得到抑制。而且隨著長短脈沖寬度比的增大，短脈沖對長脈沖的相關(guān)增益干擾也會減小。圖3為不同寬度比的長短脈沖相關(guān)輸出。

由圖3可以看出，相關(guān)輸出隨著寬度比的增大而減小，當(dāng)寬度比大于40時，長脈沖探測目標(biāo)時所接收到的短脈沖回波對其探測影響極其微弱。

3 仿真及結(jié)果分析

根據(jù)截斷式脈沖壓縮的方法，現(xiàn)設(shè)置如下參數(shù)進行仿真：調(diào)制帶寬為1 GHz，總脈沖寬度為100 μs，短脈沖寬度為1 μs，長脈沖寬度為48 μs，目標(biāo)位置設(shè)定為：[200 m，7.5 km，9 km]，目標(biāo)的信噪比SNR均為10 dB，并假設(shè)200 m處的目標(biāo)僅可能被短脈沖檢測，9 km處的目標(biāo)僅能被長脈沖檢測，7.5 km處的目標(biāo)既可以被短脈沖檢測又能被長脈沖檢測。

圖4為探測到三個目標(biāo)后截斷壓縮脈沖的回波信號。由圖4可以看出，長脈沖的回波信號在檢測遠(yuǎn)距離目標(biāo)時保留了LFM的回波信號中多目標(biāo)回波信息出現(xiàn)混合這一特征。

整個回波信號采樣波形

圖5為脈壓輸出的相關(guān)圖，圖中三個波峰表示三個目標(biāo)的位置信息及輸出增益。探測過程中，雷達(dá)先接收短脈沖，此時盲區(qū)的大小取決于短脈沖的寬度。仿真時采用的整個信號寬度為100 μs，產(chǎn)生盲區(qū)為[c?Te2=]15 km，短脈沖寬度為1 μs，盲區(qū)則為[c?T12=150 ]m。由圖5的輸出結(jié)果可以看出，200 m處的目標(biāo)可以被檢測到，因此采用這種方法可以解決利用長脈沖進行脈沖壓縮處理帶來的盲區(qū)增大問題。另外，從圖5還可以看出，7.5 km，9 km處的兩個目標(biāo)的輸出增益分別為85.65 dB，85.45 dB，兩者相差僅0.2 dB左右，此時可以證明當(dāng)長短脈沖的寬度比值較大時，短脈沖探測到遠(yuǎn)距離目標(biāo)的回波對于長脈沖探測輸出增益的影響幾乎可以忽略不計。

4 結(jié) 語

本文通過闡述二相編碼組合脈沖的缺點，并結(jié)合雷達(dá)補發(fā)短脈沖減小盲區(qū)的原理提出了一種用截斷式脈沖壓縮的方法解決采用大時寬的脈沖進行脈沖壓縮時帶來的盲區(qū)增大問題。截斷式脈沖壓縮的方法是脈沖壓縮技術(shù)中對線性調(diào)頻信號的截取處理，相較于組合脈沖過度增加單基站雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度問題，這種方法具有更大的優(yōu)勢。文中對其應(yīng)滿足的條件及在雷達(dá)系統(tǒng)中的實現(xiàn)進行了詳細(xì)的分析，并在理論上給出了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。通過仿真驗證了截斷式脈沖壓縮在解決常規(guī)脈沖壓縮技術(shù)帶來的大盲區(qū)問題的可行性，同時這種方法還保留了部分脈沖壓縮的優(yōu)點。本文提出的方法也可以用于二相調(diào)制等一系列信號，對于減少盲區(qū)和組合脈沖的應(yīng)用提供了一種解決思路與方法。

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