基于信號峰脊陡變調(diào)制的雷達測距算法

石鑫　周勇　胡光波

摘 要：通過雷達準確測距，控制飛機對目標的攻擊距離。傳統(tǒng)的雷達測距算法受到目標回波信號的峰脊陡變效應的影響，測距精度不準確。提出一種基于雷達目標回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達測距算法。構(gòu)建雷達目標回波信號模型，設計自適應濾波器，進行雷達信號的噪聲干擾抑制，求得峰脊陡變信息分量回波相對于發(fā)射信號的時延，采用幅度調(diào)制方法，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)實時準確地估計目標的運動狀態(tài)，實現(xiàn)峰脊陡變調(diào)制，得到了最優(yōu)無偏的測距全局估計結(jié)果。仿真結(jié)果表明，該算法具有較高的雷達測距精度，誤差較傳統(tǒng)方法減少，在雷達目標檢測和識別等領域具有較好的應用性能，對提高空中打擊的精度具有重要意義。

關鍵詞：雷達；測距；信號處理；峰脊陡變

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

雷達技術在目標搜索、敵我識別、多目標跟蹤等軍事方面得到各國的廣泛應用。隨著精確制導武器的發(fā)展，以及飛機空中打擊的準確性需求，對雷達信號處理技術的研究受到人們的關注。雷達測距是雷達信號處理的一個重要分支，它主要利用微波波段電磁波對目標進行探測的電子設備，通過雷達測距技術的應用，提高對攻擊目標的距離分辨能力，對提高空中打擊的精度具有重要意義。研究準確的雷達測距技術受到雷達信號處理領域?qū)＜业闹匾暋?/p>

傳統(tǒng)的雷達測距算法主要有寬帶線性調(diào)頻信號采用匹配濾波方法和智能仿群算法等[1]，其中，文獻[2]提出一種基于PSO的分布式傳感器節(jié)點迭代定位測距算法，在實現(xiàn)雷達信號檢測和定位識別中具有一定的應用價值，但算法復雜，對目標的實時跟蹤不好。文獻[3]提出基于蝙蝠聲波信號處理的測距算法應用到雷達測距系統(tǒng)當中，提高了雷達信號分辨能力，但算法在低比特通信帶寬下的測距效果不好。傳統(tǒng)的雷達測算法受到目標回波信號的峰脊陡變效應的影響，測距精度不準確[4，5]。針對上述問題，提出一種基于雷達目標回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達測距算法。通過系統(tǒng)設計和算法改進，提高了測距性能，仿真實驗驗證了此算法在實現(xiàn)雷達目標測距和距離參數(shù)估計等方法優(yōu)越的應用性能。

1 雷達目標回波信號模型及預處理

1.1 雷達目標回波信號模型構(gòu)建

圖1中，假設輸入為單頻信號cos 2πf0t，其中f0為信號頻率，基于信息分配原則，并采用方差上界技術對濾波過程進行高維狀態(tài)空間重構(gòu)，實現(xiàn)信號濾波和噪聲抑制，提高測距精度，但是綜合分析上述信號模型構(gòu)建可知，傳統(tǒng)的測距算法受到目標回波信號的峰脊陡變效應的影響，測距精度不準確。因此本文進行算法改進設計。

2 信號峰脊陡變調(diào)制及測距算法實現(xiàn)

3 仿真實驗

為了測試本文算法在實現(xiàn)雷達測距中的性能，進行仿真實驗，設定雷達目標信號的垂直線列陣的基元間距為1 m；通信距離為3 km，碼元寬度為0.4ms。首先進行雷達目標回波信號采集和噪聲濾波處理，采用BPSK調(diào)制，仿真得到連續(xù)5個1s時間點對應的雷達目標回波通信信道，其中雷達目標回波信號多徑擴展時間最大值可達到170 ms，所有主路徑均出現(xiàn)在前100 ms時間內(nèi)，接收信號時間擴展產(chǎn)生沖激響應陡變效應，各雷達回波信號接收陣元的沖擊響應特征波形如圖5所示。

以上述目標回波信號為樣本，進行雷達測距仿真實驗，為對比算法性能，采用文獻[3]中的測距算法和本文算法進行對比，得到在不同信噪比下采用10 000次蒙特卡羅實驗得到的雷達測距結(jié)果如圖3所示。從圖3可見，采用本文算法，具有較高的雷達測距精度，距離估計誤差比傳統(tǒng)方法減少12%，具有更好的檢測和距離估計性能。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于雷達目標回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達測距算法。首先進行雷達目標回波信號模型構(gòu)建，設計自適應濾波器，進行雷達信號的噪聲干擾抑制，求得峰脊陡變信息分量回波相對于發(fā)射信號的時延，采用幅度調(diào)制方法，實現(xiàn)峰脊陡變調(diào)制，最后得到了最優(yōu)無偏的測距全局估計結(jié)果，仿真結(jié)果表明，本文算法具有較高的雷達測距精度，在雷達目標檢測和識別等領域具有較好的應用性能。

參考文獻

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[3]于海斌， 曾鵬， 王忠鋒. 雷達測距技術研究[J]. 科技通報， 2011， 25（10）： 102-110.

[4]王瑞，馬艷. 基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻脈沖信號波達方向估計[J].兵工學報，2014，35（3）：421-427.

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