科技通报

分析截断式压缩脉冲减小雷达盲区的性能

点击数:10    日期:2016-10-24 08:56:28

为了提高雷达的测距精度和探测距离,通常采用脉冲压缩(PC)处理的方法对信号进行处理,既保证了远距离探测所需要的信号能量
  

 摘 要: 为了提高雷达的测距精度和探测距离,通常采用脉冲压缩(PC)处理的方法对信号进行处理,既保证了远距离探测所需要的信号能量,又使得时宽带宽积远远大于1 。但是雷达发射信号时宽的增大必然会带来探测盲区的增加。为了解决这一问题,提出一种截断式压缩脉冲的方法,并对其工作原理及性能进行了详细分析。该方法区别于发射短脉冲补盲和组合调制脉冲的方法,不仅能够解决盲区问题,而且可以减小单基站雷达系统的复杂度。通过仿真实验对该方法的原理及其应用于雷达探测进行了验证,结果表明截断式压缩脉冲可以有效解决传统脉冲压缩方法带来的盲区增大问题。
关键词: 脉冲压缩; 雷达探测盲区; 组合脉冲; 截断式压缩脉冲
本文引用《现代电子技术
0 引 言
脉冲压缩(Pulse Compression,PC)技术作为一种重要的现代雷达技术,有效地解决了早期雷达系统中检测能力和分辨率矛盾的问题[1?2],广泛应用于超宽带雷达[3?5]、多普勒天气雷达系统中[6?8]。线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号[9]是目前应用最为广泛的脉冲压缩信号[10?13],它具有较大的时宽及高带宽特点。采用LFM信号,雷达既可以获得较大的探测距离又可以获得高距离分辨率。但是雷达盲区也会随着脉冲长度的增加而增加[14]。
由于雷达的探测盲区取决于雷达发射脉冲信号的宽度,通常采用发射短脉冲进行补盲的处理方法。最近研究人员提出了长短组合压缩脉冲的方法解决盲区问题[15],同时能够保证高的距离分辨率和探测距离。然而,这种方法存在三个需要深入探讨的问题:第一,短脉冲和长脉冲的脉冲宽度和时间间隔的选取;第二,长脉冲和短脉冲的相互干扰问题;第三,这种雷达系统要求发射机发射不同的调制信号,接收机要对长短脉冲分别接收,这样会大大增加单基站雷达系统的复杂度。
针对上述问题,本文提出了一种截断式脉冲压缩的方法,实现了组合脉冲的功能,并对这种方法做了相关的雷达探测应用分析。
1 组合脉冲的模型
2 截断式脉冲压缩方法
组合脉冲的方法可以解决盲区的问题,但需要对长短脉冲分别调制,这样就大大增加了单基站雷达发射装置的复杂度。为了实现组合脉冲的小盲区特性及最低限度地增加单基站雷达装置的复杂度,本文提出的截断式压缩脉冲方法如下所述。
由式(6)可以看出,截断式压缩脉冲的信号是由相同的调制斜率[(BTe)]调制的两个长短脉冲组成,短脉冲用于探测近距离目标,从而减小雷达的探测盲区,长脉冲用于探测远距离目标,实现了组合脉冲在保证远探测距离的条件下减小盲区的目标。对于单基站雷达发射机来说,截断式压缩脉冲的产生可以通过控制宽脉冲或者发射天线前端控制输出时间来实现,克服了组合脉冲需要多个脉冲调制器的弊端,从而减小了雷达系统发射端的复杂度。
雷达的探测盲区取决于雷达发射总脉冲宽度,对于截断式脉冲压缩方法或者组合脉冲,雷达的接收机必须在长脉冲发射前接收短脉冲的回波以实现小盲区的特性,因此长短脉冲宽度及两者时间间隔应该满足以下条件:
式中:[D1=B?T21Te]为短脉冲的脉压系数;[Rmin2=][c?TL2]为长脉冲的盲区;[T1,TL]分别为短脉冲和长脉冲的宽度;c为光速。在发射功率足够的情况下,满足以上条件的截断式压缩脉冲可以在保证较大探测距离的前提下减小盲区,盲区应为[c?T12。]
为了保证短脉冲能够探测到近距离目标,在雷达接收机部分,匹配滤波器接收的截断时间控制必须和发射机同步。对于一些特殊位置的目标,它们既能被短脉冲探测又能被长脉冲探测,此时短脉冲的回波可能会对长脉冲检测带来干扰。事实上,通过截断式调制的长短脉冲相关性会在一定程度上得到抑制。而且随着长短脉冲宽度比的增大,短脉冲对长脉冲的相关增益干扰也会减小。图3为不同宽度比的长短脉冲相关输出。
由图3可以看出,相关输出随着宽度比的增大而减小,当宽度比大于40时,长脉冲探测目标时所接收到的短脉冲回波对其探测影响极其微弱。
3 仿真及结果分析
根据截断式脉冲压缩的方法,现设置如下参数进行仿真:调制带宽为1 GHz,总脉冲宽度为100 μs,短脉冲宽度为1 μs,长脉冲宽度为48 μs,目标位置设定为:[200 m,7.5 km,9 km],目标的信噪比SNR均为10 dB,并假设200 m处的目标仅可能被短脉冲检测,9 km处的目标仅能被长脉冲检测,7.5 km处的目标既可以被短脉冲检测又能被长脉冲检测。
图4为探测到三个目标后截断压缩脉冲的回波信号。由图4可以看出,长脉冲的回波信号在检测远距离目标时保留了LFM的回波信号中多目标回波信息出现混合这一特征。
整个回波信号采样波形
图5为脉压输出的相关图,图中三个波峰表示三个目标的位置信息及输出增益。探测过程中,雷达先接收短脉冲,此时盲区的大小取决于短脉冲的宽度。仿真时采用的整个信号宽度为100 μs,产生盲区为[c?Te2=]15 km,短脉冲宽度为1 μs,盲区则为[c?T12=150 ]m。由图5的输出结果可以看出,200 m处的目标可以被检测到,因此采用这种方法可以解决利用长脉冲进行脉冲压缩处理带来的盲区增大问题。另外,从图5还可以看出,7.5 km,9 km处的两个目标的输出增益分别为85.65 dB,85.45 dB,两者相差仅0.2 dB左右,此时可以证明当长短脉冲的宽度比值较大时,短脉冲探测到远距离目标的回波对于长脉冲探测输出增益的影响几乎可以忽略不计。
4 结 语
本文通过阐述二相编码组合脉冲的缺点,并结合雷达补发短脉冲减小盲区的原理提出了一种用截断式脉冲压缩的方法解决采用大时宽的脉冲进行脉冲压缩时带来的盲区增大问题。截断式脉冲压缩的方法是脉冲压缩技术中对线性调频信号的截取处理,相较于组合脉冲过度增加单基站雷达系统的复杂度问题,这种方法具有更大的优势。文中对其应满足的条件及在雷达系统中的实现进行了详细的分析,并在理论上给出了相应的技术指标。通过仿真验证了截断式脉冲压缩在解决常规脉冲压缩技术带来的大盲区问题的可行性,同时这种方法还保留了部分脉冲压缩的优点。本文提出的方法也可以用于二相调制等一系列信号,对于减少盲区和组合脉冲的应用提供了一种解决思路与方法。
参考文献
[1] 杨斌,陈辅新.多信号体制脉冲压缩系统研究[J].系统工程与电子技术,1999,21(9):26?29.



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