調頻步進雷達信號分析與處理策略探究

朱錦輝

摘要：在處理信號的過程中，頻率步進雷達信號可以頻域合成瞬時帶寬相對較窄的脈沖信號，從而得到合成寬帶雷達信號，高分辨距離像是通過信號處理的方法來獲取的，這種技術就是合成高分辨雷達技術。而調頻步進雷達信號是對頻率步進雷達信號的改進，具有抗干擾能力強、距離分辨率高等優點，在雷帶系統中被廣泛應用。本文在分析調頻步進雷達信號的基礎上，對調頻步進雷達的工作原理及信號的處理方法做出進一步的探討。

關鍵詞：調頻步進雷達信號 頻率步進 信號處理

中圖分類號：TN957.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0227-01

調頻步進雷達技術屬于高距離分辨率雷達技術的其中一種，這種雷達可以發射較低的峰值功率而寬度較寬的頻率步進脈沖，并合成處理脈沖串，這樣就可以獲得高距離分辨力。而頻率步進信號是一種由簡單的矩形子脈沖組成的信號，這種信號雖具有高距離分辨率和瞬時帶寬要求低的優點，但也存在一定的局限性，在發射信號能量和數據率之間存在著矛盾[1]，為解決這一問題，調頻步進雷達信號這一新型的寬帶信號就這樣應運而生了。

1 調頻步進雷達信號概述

調頻步進雷達信號是用Chirp子脈沖代替頻率步進信號中的矩形子脈沖，子脈沖中心頻率均勻步進[2]。這種寬帶合成的方式可以充分發揮頻率步進信號和線性調頻信號這兩種高距離分辨信號的特點。線性調頻信號具備可以獨立控制時域寬度和頻域寬度的特點，使子脈沖時域寬度在增大的同時，可以穩定頻域寬度，使雷達作用距離有所提高，使信號數據率有所提高，使雷達成像處理時間有所降低。此外，信噪比可以在脈內壓縮子脈沖的時候大大提高，既使發射信號的能力得到有效的保證，同時寬的頻帶又在短時間的得以覆蓋，使高距離分辨和遠距離探測之間的矛盾得以解決。

1.1 調頻步進雷達信號的形式

調頻步進雷達信號獲得高距離分辨力的途徑是脈內壓縮及脈間相參合成，為一串載頻線形跳變的Chirp脈沖，其時域表達式為：

=

其中K為Chirp子脈沖的調頻斜率，K=B/T；為Chirp子脈沖；為第i個Chirp子脈沖的載頻；為矩形函數，。

1.2 調頻步進雷達信號模糊性分析

調頻步進雷達信號的模糊函數定義為：

它是由Chirp子脈沖的模糊函數沿軸移至，處，并經相位因子

加權后疊加而成。

2 調頻步進雷達信號的處理

2.1 調頻步進雷達信號的處理過程

調頻步進頻率雷達回波信號的混頻輸出信號數學表達式為：

其中，從上式可以看出其由線性調頻脈沖和由頻率步進產生的部分這兩者組成，對于這種信號的處理利用匹配濾波器在各個脈沖重復周期內對回波進行脈沖壓縮，經過脈沖壓縮之后，將得到的數據組成距離-脈沖矩陣，然后對各列進行脈間處理（IDFT），從而得到高分辨距離像。

2.2 調頻步進雷達信號的處理技術

調頻步進信號為多普勒敏感信號，其需要N個脈沖才能得到一次結果，數據率較低，多普勒效應往往會對調頻步進雷達信號中的子脈沖壓縮和頻率步進產生影響，其會造成子脈沖壓縮后輸出包絡的距離走動，對頻率步進的影響主要是形成了一次、二次相位誤差，造成距離像的失真。為減小多普勒效應對調頻步進雷達信號，可應用下列處理技術。

2.2.1 調頻步進雷達信號的運動補償技術

運動補償技術主要是對運動目標進行速度補償，圍繞精確估計運動目標的速度參數來進行，通過合理的雷達喜用參數設計來規避運動對子脈沖的影響，由前面可知脈沖壓縮后運動目標回撥中的干擾相位頂為，為能通過一定的運動補償算法獲得目標速度的精確估值v，應將各子脈沖壓縮后的結果乘以加權因子后再進行IDFT，由此來實現對運動目標的高精度速度補償。

2.2.2 調頻步進雷達信號的距離拼接技術

調頻步進雷達信號的距離拼接技術是對每個采樣點所形成的N點IDFT抽取一部分點進行拼接，以達到消除距離像混疊，得到最優一維距離像的目的。在調頻步進雷達中，每個采樣點所能表示的實際距離范圍為，要從N點數據中抽取部分距離單元可通過舍棄法和同距離選大法來實現，其中舍棄法是只從每個采樣點的N點IDFT結果中抽取長度為的點，而舍棄其它點；同距離選大法是選擇抽取出的長度為點中較大者作為抽取結果的方法。

3 結語

綜上所述，可知通過對頻率步進信號的運動補償，可避免多普勒效應對調頻步進雷達信號的影響，為獲得真實完整的一維距離像應采取目標抽取算法（包括舍棄法和同距離取大法）。調頻步進雷達信號的正確處理應以對調頻步進雷達信號處理過程充分了解為前提，對處理過程中存在的問題給予合理的解決方案，不斷改進調頻步進信號處理技術，提高調頻步進雷達信號的質量，保證信號的正常傳送。

參考文獻

[1]寧娜，王鵬.調頻步進頻雷達信號處理關鍵技術研究[J].電子設計工程，2015（13）：1-4.

[2]歐建平，胡延平，李廣柱等.一種調頻步進雷達信號運動補償新算法[J].現代雷達，2012（3）：38-41.