脈沖壓縮雷達(dá)多普勒距離耦合校正簡便方法

胡浩 隋英豪 梁冰 劉震 曹淑魏

摘 要：對具有多普勒頻移的雷達(dá)線性調(diào)頻回波信號的距離-速度耦合性進(jìn)行了分析，通過MATLAB對其進(jìn)行了仿真。

關(guān)鍵詞：多普勒頻移? 距離-速度耦合

1 引言

雷達(dá)探測的目標(biāo)一般都是運動的目標(biāo)，它和目標(biāo)的相對運動速度有的可以達(dá)到兩倍音速以上。比如對火箭衛(wèi)星的跟蹤，由于運動造成的多普勒效應(yīng)，雷達(dá)接收信號頻率將會改變。因此對線性調(diào)頻脈壓的多普勒性能進(jìn)行分析非常重要。

2 具有多普勒頻移線性調(diào)頻脈沖信號

雷達(dá)線性調(diào)頻發(fā)射信號的復(fù)數(shù)表達(dá)式為：

由上式可以看出，多普勒效應(yīng)將使線性調(diào)頻信號的檢波輸出信號發(fā)生近似整體平行頻譜搬移，所有頻譜分量將位移約。在脈壓卷積時，由于該頻譜搬移，將使輸入信號提前（為正）或滯后（為負(fù)）與匹配濾波器發(fā)生部分匹配。由此使脈壓輸出信號在時域相應(yīng)發(fā)生提前或滯后位移，從而帶來雷達(dá)測距誤差，同時輸出信號的幅度也將發(fā)生變化。

3? MATLAB仿真

設(shè)定雷達(dá)工作參數(shù)=10，=4，在真實距離為8400點處設(shè)置一個速度=3000的目標(biāo)，其MATLAB仿真結(jié)果圖如下，圖中實線為目標(biāo)真實距離，虛線為回波脈沖壓縮后的測量距離，從圖中可以看出多普勒頻率對于距離產(chǎn)生了誤差。

對速度進(jìn)行補償是非常必要的。

上圖中點狀表示存在多普勒效應(yīng)時的線性調(diào)頻數(shù)字脈沖壓縮仿真結(jié)果，可見回波信號有多普勒頻移，由于線性調(diào)頻信號的距離、多普勒耦合現(xiàn)象，要實現(xiàn)精確跟蹤必須對目標(biāo)的多普勒頻率進(jìn)行補償，進(jìn)行多普勒補償同時可以減少脈壓損失，降低距離旁瓣。

4：多普勒速度補償

1：實現(xiàn)步驟

（1）雷達(dá)對粗距離精度（下變頻后的數(shù)據(jù)抽取成5MHz ）數(shù)據(jù)經(jīng)CFAR處理后，如果連續(xù)8個PRF內(nèi)在同一距離帶（240m范圍）上檢測到目標(biāo)，則判定為該距離上有目標(biāo)，雷達(dá)獲得此目標(biāo)距離，把該距離值送往FPGA，作為距離引導(dǎo)數(shù)據(jù)（供距離選通和測距用）。

（2）根據(jù)距離引導(dǎo)數(shù)據(jù)，在高距離精度（下變頻后的數(shù)據(jù)抽取成20MHz）數(shù)據(jù)上截取目標(biāo)所處的數(shù)據(jù)段（左右 400個數(shù)據(jù)，共800個20MHz的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于選通），作為距離選通數(shù)據(jù)。

（3）把（2）得到的距離選通數(shù)據(jù)進(jìn)行脈壓（MTI）后，根據(jù)距離引導(dǎo)數(shù)據(jù)在選通門數(shù)據(jù)上找幅度值最大點（210m范圍）所對應(yīng)的距離，作為跟蹤基準(zhǔn)距離。雷達(dá)轉(zhuǎn)為距離跟蹤模式，對目標(biāo)跟蹤75個PRF后，根據(jù)距離微分，求出目標(biāo)徑向速度。

（4）根據(jù)（3）所得的目標(biāo)徑向速度和（1）得到的距離引導(dǎo)數(shù)據(jù)，分別對粗距離精度數(shù)據(jù)和選通數(shù)據(jù)進(jìn)行脈壓補償，補償因子為

（5）重復(fù)以上步驟，進(jìn)行距離跟蹤。

5? MATLAB仿真分析

我們采用MATLAB對ML3112雷達(dá)設(shè)置了不同速度的目標(biāo)進(jìn)行仿真，得出了速度和多普勒距離誤差大致關(guān)系如下表：

從上表可以看出目標(biāo)速度小于400，其多普勒帶來的距離誤差不超過8米。

我們采用ML3112雷達(dá)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了如下的MATLAB 仿真。

雷達(dá)工作時寬=10，帶寬=4，目標(biāo)的起始速度=3000，加速度為20，起始距離為4，運行8000個PRF后，目標(biāo)距離為37，速度為3396，從從仿真結(jié)果可以看出，采用了方案一的補償方法后，目標(biāo)的測量距離和真實距離的誤差小于8米，在均方根以后遠(yuǎn)小于8米;測量速度和真實速度的誤差小于200，因此滿足M3112雷達(dá)測距8米的精度。

作者簡介：

狄中泉? ? 2003年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué) ，現(xiàn)從事雷達(dá)信號處理工作。

王山川? ? 2007年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué) ，現(xiàn)從事雷達(dá)信號處理工作。