極化測(cè)量雷達(dá)的信號(hào)選擇與處理方法研究

王瑞革

摘要：隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)目標(biāo)極化特性成為了當(dāng)下相關(guān)領(lǐng)域研究的重要課題，極化技術(shù)也被越來越廣泛地應(yīng)用于各種雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)目標(biāo)極化特性測(cè)量性能的好壞對(duì)極化信息處理有著直接的影響，獲取目標(biāo)的準(zhǔn)確極化特征信息是極化測(cè)量雷達(dá)的主要研究方向，本文將在簡(jiǎn)單介紹極化測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，深入探討極化測(cè)量雷達(dá)的信號(hào)選擇及處理方法。

關(guān)鍵詞：極化測(cè)量 雷達(dá)信號(hào) 選擇處理方法

中圖分類號(hào)：TP399-C8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0062-01

極化測(cè)量雷達(dá)分為分時(shí)極化測(cè)量雷達(dá)與瞬態(tài)極化測(cè)量雷達(dá)，分時(shí)極化測(cè)量雷達(dá)是在發(fā)射端輪流發(fā)射極化正交的雷達(dá)信號(hào)，在接收端通過對(duì)兩個(gè)極化通道回波的處理，來獲取目標(biāo)散射矩陣的一列元素，再經(jīng)過相鄰脈沖的處理，雷達(dá)可獲得散射矩陣的全部元素，分時(shí)極化測(cè)量雷達(dá)測(cè)量起伏目標(biāo)的散射矩陣時(shí)，有兩列元素去相關(guān)作用等缺陷，在實(shí)際應(yīng)用中，很難測(cè)量得到目標(biāo)極化散射矩陣[1]；瞬態(tài)極化測(cè)量雷達(dá)利用單個(gè)脈沖來測(cè)量目標(biāo)極化散射矩陣，采用了兩個(gè)正交極化通道同時(shí)發(fā)射、同時(shí)接收的方法，實(shí)現(xiàn)主極化和交叉極化通道的分離，發(fā)射信號(hào)的相關(guān)性是否正交是瞬態(tài)極化測(cè)量的關(guān)鍵，而實(shí)際應(yīng)用中由于信號(hào)的非正交性往往會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差[2]。極化測(cè)量雷達(dá)信號(hào)的選擇及處理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行合理的信號(hào)選擇及處理。

1 極化測(cè)量雷達(dá)信號(hào)的選擇

1.1 刀刃形和軸線重合的信號(hào)

刀刃形和軸線重合的信號(hào)可通過時(shí)分和頻分實(shí)現(xiàn)不同極化通道的隔離，時(shí)分是兩正交極化通道依次發(fā)射、同時(shí)接收，而頻分是同時(shí)發(fā)射、同時(shí)接收。分時(shí)極化測(cè)量中待測(cè)目標(biāo)前后一定距離上的其他目標(biāo)或一些干擾會(huì)影響極化測(cè)量，為避免這種情況，應(yīng)在滿足系統(tǒng)所需頻率分辨率的情況下，選擇大帶寬信號(hào)，以提高時(shí)間分辨率；此外，在符合目標(biāo)數(shù)據(jù)率要求的前提下，應(yīng)選擇合適的脈沖重復(fù)間隔，以保證干擾不會(huì)進(jìn)入接收機(jī)。頻分極化測(cè)量時(shí)，在同一頻率分辨單元內(nèi)，如果其他目標(biāo)的回波或干擾與待測(cè)目標(biāo)回波頻率的差與兩路發(fā)射信號(hào)的頻率差相等，就會(huì)對(duì)待測(cè)目標(biāo)的極化測(cè)量產(chǎn)生影響，為減小影響，應(yīng)在保證信號(hào)距離分辨率的前提下，選擇大時(shí)寬信號(hào)，提高目標(biāo)頻域分辨力；另外，兩極化通道的信號(hào)頻率應(yīng)選擇合適的，減小干擾的影響[3]。

1.2 傾斜刀刃形信號(hào)

這類信號(hào)主要是線性調(diào)頻信號(hào)，其依次發(fā)射的兩正交極化信號(hào)的回波在匹配濾波后，旁瓣會(huì)互相影響，而干擾也會(huì)對(duì)極化測(cè)量產(chǎn)生影響，為此應(yīng)增大信號(hào)脈沖重復(fù)間隔；在進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)設(shè)定時(shí)，應(yīng)盡可能使脈沖重復(fù)間隔大于脈寬，選擇信號(hào)帶寬時(shí)，應(yīng)在保證信號(hào)時(shí)域分辨力的條件下，通過模糊函數(shù)矩陣圖分析一些干擾是否會(huì)影響雷達(dá)的運(yùn)行。增大信號(hào)帶寬或時(shí)寬都能減小兩極化信號(hào)之間的互擾，當(dāng)兩路信號(hào)載頻差值相同時(shí)，減小信號(hào)調(diào)制帶寬或增大信號(hào)脈寬可提高信號(hào)的頻域分辨力，但這種方法不適用于頻率調(diào)制信號(hào)。

1.3 釘板型模糊圖信號(hào)

這列信號(hào)包括固定載頻或調(diào)頻的相干脈沖序列，采用瞬時(shí)極化測(cè)量體制。相干脈沖序列可提高信號(hào)頻域分辨力，但也增大了互模糊函數(shù)的影響，所以這類信號(hào)極易受到其他目標(biāo)或干擾的影響，如果待測(cè)目標(biāo)為單目標(biāo)，且環(huán)境干擾較小，可通過對(duì)兩路極化信號(hào)載頻差或時(shí)延差的設(shè)定來減小互模糊函數(shù)的影響。

1.4 圖釘型模糊圖信號(hào)

這類信號(hào)的典型代表為相位編碼信號(hào)，其既可用于分時(shí)極化測(cè)量體制，也可用于瞬時(shí)極化測(cè)量體制，其模糊函數(shù)矩陣如圖3所示。當(dāng)采用分時(shí)極化測(cè)量體制時(shí)，應(yīng)選擇大帶寬信號(hào)，以提高信號(hào)的頻域分辨力，減小互模糊函數(shù)的影響；當(dāng)采用瞬時(shí)極化測(cè)量體制時(shí)，應(yīng)將兩路信號(hào)調(diào)制在不同載頻上，并選擇大脈寬信號(hào)，以提高頻域分辨力，此外也可對(duì)兩路極化信號(hào)進(jìn)行正交編碼調(diào)制，并增大信號(hào)脈寬以降低HV、VH模糊圖峰值[4]。

2 極化測(cè)量雷達(dá)信號(hào)處理方法

設(shè)極化測(cè)量雷達(dá)發(fā)射水平、垂直兩路正交極化信號(hào)，接受信號(hào)的表達(dá)式為：

其中為回波時(shí)延，、分別為兩路發(fā)射信號(hào)載頻的目標(biāo)回波Doppler頻移[5]。然后對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行混頻和匹配濾波，將匹配濾波輸出為4路信號(hào)，列出自模糊函數(shù)與互模糊函數(shù)，將模糊函數(shù)代入4路信號(hào)表達(dá)式中，求得模糊函數(shù)矩陣，對(duì)其求逆得到目標(biāo)極化散射矩陣。

通過模糊函數(shù)矩陣求逆對(duì)極化散射矩陣進(jìn)行反演時(shí)，要對(duì)目標(biāo)回波的時(shí)延值和Doppler頻移值進(jìn)行估算，而估算的準(zhǔn)確性又受到發(fā)射信號(hào)性能的影響，可利用和這兩路信號(hào)來準(zhǔn)確估算時(shí)延和Doppler頻移[6]。此外，噪聲污染也會(huì)影響到目標(biāo)極化散射矩陣的測(cè)量，為避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)保持較大的模糊函數(shù)輸出值，同時(shí)減小互模糊函數(shù)輸出值。

3 結(jié)語

極化技術(shù)在目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別上的性能優(yōu)勢(shì)，使得極化測(cè)量體制雷達(dá)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，極化測(cè)量雷達(dá)具有目標(biāo)識(shí)別能力高、獲取極化特征信息準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，隨著極化測(cè)量技術(shù)研究的不斷深入，相信極化測(cè)量雷達(dá)的研制將更具科技含量及更優(yōu)的性能。極化測(cè)量雷達(dá)的信號(hào)選擇及處理與獲取目標(biāo)極化特征信息的準(zhǔn)確與否密切相關(guān)，在進(jìn)行信號(hào)選擇的過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行，并合理選擇處理方法，不斷進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)，減小測(cè)量誤差。

參考文獻(xiàn)

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