UWB雷達(dá)抗多普勒模糊技術(shù)研究

陳國(guó)斌　彭黎麗　唐佳

摘 要： 研究了一種基于頻帶分割的低PRF模式下的抗多普勒模糊處理方法。通過(guò)對(duì)多個(gè)通道相參積累后的結(jié)果進(jìn)行合成，在保證距離不模糊的前提下，解決了速度模糊問題。仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的正確性與合理性。

關(guān)鍵詞： 多普勒模糊； 頻帶分割； 速度模糊； 算法驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： TN957?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）01?0012?03

Abstract： A method based on band segmentation to resolve Doppler ambiguity in low PRF mode is investigated in this paper. Doppler ambiguity was resolved without range ambiguity in combination with coherent integration of multiple channels. The simulation result show that the algorithm is correct and reasonable.

Keywords： Doppler ambiguity； intersection of frequency spectrum； speed ambiguity； algorithm verification

0 引 言

作為一種新體制的雷達(dá)， 超寬帶（Ultra?Wide Band，UWB）雷達(dá)的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。由于發(fā)射機(jī)峰值功率受硬件水平的限制， 超寬帶雷達(dá)發(fā)射信號(hào)往往采用大時(shí)寬帶寬積信號(hào)， 這種信號(hào)具有大的相對(duì)帶寬（大于25%）和大的絕對(duì)帶寬。超寬帶意味著需要高采樣率A/D來(lái)滿足采樣定律。而受到器件本身的限制，A/D的采樣率很難滿足大帶寬要求，而即使能夠滿足高采樣率的要求，其有效位寬往往很有限，這樣就使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍受限。因而需要采用基于頻帶分割的多通道雷達(dá)接收機(jī)。接收機(jī)中的多通道數(shù)據(jù)采集方法是先通過(guò)模擬濾波器組對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻帶分割， 在每個(gè)子帶上用相對(duì)較低速率的A/D進(jìn)行采樣， 然后進(jìn)行子帶脈沖壓縮或信號(hào)處理[1]。

模糊問題是脈沖多普勒雷達(dá)的固有問題。在目標(biāo)的延遲時(shí)間大于發(fā)射脈沖的重復(fù)周期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生距離模糊。當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻率大于發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生速度模糊[2]。對(duì)高速目標(biāo)來(lái)說(shuō)距離和多普勒模糊會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤信息并會(huì)影響接下來(lái)的目標(biāo)跟蹤，因此如何解決脈沖多普勒雷達(dá)的模糊問題是實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)很重要的問題。為測(cè)量高多普勒頻率傳統(tǒng)上主要采用兩種方式，一種是直接設(shè)計(jì)高PRF來(lái)抗多普勒模糊，另一種就是采用多重頻解參差的方法去多普勒模糊。前者直接帶來(lái)的后果就是距離模糊，無(wú)法測(cè)量遠(yuǎn)距離信息。而對(duì)于后者，需要通過(guò)解參差來(lái)測(cè)量距離信息。對(duì)于具有遠(yuǎn)距離探測(cè)能力地面雷達(dá)，其發(fā)射功率巨大，使得近區(qū)雜波多趨于飽和，即使使用MTI技術(shù)也無(wú)法在近區(qū)雜波中檢測(cè)出有用的目標(biāo)信息。為了避免檢測(cè)通道阻塞，通常的做法是舍棄近區(qū)檢測(cè)數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)導(dǎo)致在解距離模糊時(shí)產(chǎn)生很大的距離盲區(qū)。

為了解決超寬帶雷達(dá)在處理上帶來(lái)的上述問題，本文提出了一種頻率分割的處理方式。在設(shè)計(jì)中使用低PRI發(fā)射波形，使得距離上不存在模糊。在頻域上分割出的多個(gè)子帶，由于射頻中心頻率不同，對(duì)于相同的目標(biāo)速度，每個(gè)子帶回波攜帶的多普勒不一致，通過(guò)將多個(gè)子帶進(jìn)行速度濾波，合成后能夠在對(duì)應(yīng)的速度上形成惟一的峰值，有效地避免了速度模糊。

1 多普勒濾波器組

頻率分割處理流程如圖1所示。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)通過(guò)頻率分割接收機(jī)將寬帶信號(hào)分割成多個(gè)子帶輸出。每個(gè)子帶具有相同的中頻中心頻率和帶寬，因此每個(gè)子帶的處理流程可以統(tǒng)一設(shè)計(jì)，有效的節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，提高研發(fā)效率。

在進(jìn)行相參積累將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為多普勒域時(shí)，簡(jiǎn)單的FFT處理無(wú)法補(bǔ)償?shù)舨煌訋еg多普勒頻率差異。這就需要將多普勒維轉(zhuǎn)換為速度維進(jìn)行處理，本文提出了基于速度維多普勒濾波器組的概念。所謂的速度維多普勒濾波器組就是以速度為橫坐標(biāo)，建立每個(gè)通道對(duì)應(yīng)的同一速度的多普勒濾波器。假設(shè)在速度維上劃分[M]個(gè)等間隔點(diǎn)，對(duì)于具有[N]個(gè)子帶的系統(tǒng)，就需要[M×N]個(gè)多普勒濾波器。

2 低PRF抗多普勒模糊

對(duì)于單個(gè)子帶而言，低PRF意味著多普勒存在嚴(yán)重的模糊。當(dāng)多普勒頻率大于PRF時(shí)，就會(huì)以PRF為周期進(jìn)行折疊，如圖3所示。不同的子帶由于其射頻中心頻率不同，所以速度的折疊周期也不同。也就是說(shuō)，對(duì)于每個(gè)子帶，除真實(shí)速度外其他折疊速度都不可能在同一個(gè)速度點(diǎn)上。圖4可以很好地說(shuō)明這一點(diǎn)。圖中[V1]為子帶1的速度折疊周期，[V2]為子帶2的速度折疊周期。兩個(gè)子帶的真實(shí)值出現(xiàn)在一維距離像中的同一速度點(diǎn)上，而折疊值則分布在不同的速度點(diǎn)上。

3 仿真結(jié)果與分析

仿真采用了16個(gè)子帶系統(tǒng)，每個(gè)子代的中心頻率間隔為12.5 MHz，相參積累脈沖個(gè)數(shù)為64，目標(biāo)速度為2碼赫。圖6為選取的某兩個(gè)子帶對(duì)應(yīng)的一維速度像。從圖中可看出，每一個(gè)子帶的速度出現(xiàn)了多個(gè)峰值，除標(biāo)注的真實(shí)速度外，其他的均為速度模糊折疊后的值。兩個(gè)子帶除真實(shí)速度外，其他由于折疊產(chǎn)生的峰值均不在同一個(gè)速度點(diǎn)上。

對(duì)16個(gè)子帶進(jìn)行速度維的合成，合成后的結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，合成后的一維速度像在真實(shí)速度點(diǎn)處形成了一個(gè)惟一的峰值，即真實(shí)目標(biāo)的速度值。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文將頻率分割以及速度濾波器組引入到超寬帶雷達(dá)信號(hào)處理中。通過(guò)速度濾波器組形成每個(gè)子帶一維速度像，然后進(jìn)行多個(gè)子帶的合成，能夠很好地解決單個(gè)子帶速度模糊（多普勒模糊）問題。而且該抗多普勒模糊的方法不受PRF的限制，從而很好地解決了最大模糊速度與最大模糊距離的矛盾沖突。該處理方法對(duì)超寬帶雷達(dá)信號(hào)處理具有很好的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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