脉冲多普勒雷达信号处理技术研究

脉冲多普勒雷达信号处理技术研究

发表时间：2019-08-20T08:43:14.537Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：张炯[导读] 结合测速测距的实际要求，研究了线性调频脉冲信号处理的相关算法和实现方法.

浙江

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，脉冲多普勒(PD)雷达是一种依靠多普勒效应提高目标检测能力的全相参体制的雷达，它利用多普勒效应对目标信息进行提取和处理，具有较高的速度分辨率，可以有效的抑制强地杂波的干扰，完成相应的探测功能。论文首先研究了脉冲多普勒雷达测速测距原理，并从PD雷达模糊函数出发，以各个信号的模糊函数仿真为依据，讨论了如何设计波形以获得较高的分辨率。依据线性调频信号处理相关研究成果，结合测速测距的实际要求，研究了线性调频脉冲信号处理的相关算法和实现方法.

关键词：脉冲多普勒雷达；模糊函数；脉冲压缩

引言

本论文研究的是脉冲多普勒雷达信号处理关键技术，重点研究了脉冲多普勒雷达解距离模糊，地杂波特性以及地杂波抑制算法。简要介绍了海杂波特性，海杂波的抑制技术和发展方向，以及脉冲多普勒雷达抗干扰技术。首先简要介绍了脉冲多普勒雷达的发展概况，以及信号处理系统的基本构成和各部分的主要功能。其次，本文研究了脉冲多普勒雷达解距离模糊的问题。脉冲多普勒雷达存在距离或速度模糊，本文介绍了几种消除距离模糊的方法，并对这几种方法的优劣进行了比较。再次，本文研究了脉冲多普勒雷达杂波以及杂波抑制算法。分析了地杂波统计特性，研究了相关雷达杂波功率谱特性的AR模型及其模拟方法。介绍了几种典型的杂波抑制算法，对此几种方法进行了比较，并用LMS算法进行抑制。简要介绍了海杂波特性，海杂波的抑制技术及其发展方向。最后，本文研究了脉冲多普勒雷达的抗干扰性能。对脉冲多普勒雷达反电子侦察、抗噪声干扰能力、抗欺骗干扰能力等进行了分析。并给出几种抗干扰措施。

1 我国雷达的发展历程

现代雷达门类多，其发展历程也不尽相同，起步有早有晚，仿制和自行设计互有交叉。我国的雷达工业是在新中国成立后根据国防需要形成和发展起来的新型工业。在党和国家的支持下，经过广大科研人员的不懈努力，经历了从小到大，从维修、仿制到自发研制的发展历程。从我国雷达技术发展总体来说，大致可分为修配、仿制、自行研发和发展提高这四个阶段。(1）修配阶段这一阶段主要以修配美、口等强国的旧雷达为标志。1949年，我军接管了国民党雷达研究所，这标志着我国从此揭开了雷达工业发展的序幕。新中国成立以后，国家对雷达研究所从人力、物力等各个方面大力支持，对缴获的雷达器材和美、口在二战中遗留下的旧雷达进行维修和补缺，而这些修复的雷达大多都是警戒雷达。(2)仿制阶段这一阶段以建立雷达基地并仿制苏式雷达为主要标志。新中国成立后，在前苏联的帮助下，我国开始仿制苏式的雷达产品，包括炮瞄雷达、机载雷达、舰用雷达、警戒雷达和指导雷达等。1954年仿制的警戒雷达是我国的第一批国产雷达，而19_56年仿制出我国第一部采用微波对海技术的远程警戒雷达。此外，我国仿制的海用雷达包括搜索攻击专用雷达、海军警戒专用雷达、鱼雷快艇专用雷达、导弹制导雷达等。这一阶段仿制的雷达大部分都相当于前苏联四五十年代的水平，仿制的成功使得我国的雷达产品得到了扩展，也使我国基本掌握了雷达生产的基本过程。(3)自行设计1960年中央军委提出了以两弹为主，努力发展电子技术的方针，为我国雷达工业明确了方向。在弹道导弹预警系统方面，我国成功研制了大型的远程跟踪雷达，超视距试验雷达和大型相控阵雷达。与此同时，我国还自行研制出了一批与武器配套的雷达，包括机载火控雷达、轰炸瞄准雷达、测距雷达、多普勒导航雷达、导弹制导雷达等。除了军用雷达，我国还自行研制出了民用的气象雷达、空中交通管制雷达等。这一阶段我国脱离了国外产品的图纸和资料，自行研制和开发新雷达，所需原材料、元器件都立足于国内。并且开始大量生产，向国外出口。

2 脉冲多普勒雷达信号处理技术研究

2.1 脉冲多普勒雷达反电子侦察能力

电子干扰的针对性很强，有效的电子干扰需要知道雷达工作的时间、空间、频率等信息，所以现代电子干扰设备都有侦察功能。用侦察设备引导干扰机，使干扰机能把有限的干扰功率投向需要干扰的目标。干扰设备的工作过程大致可分为三个阶段:截获雷达信号;分选识别威胁源;组织实施干扰。如果破坏或延误其中的任何一步，都会降低干扰机的作战效能。如果使干扰机收不到雷达信号，雷达肯定不会受到敌意的干扰。即使雷达信号不能躲过干扰机的侦察，但能使干扰机无法确定所截获的信号是否值得干扰，使干扰机要么在干扰与不干扰之间犹豫不决而错过良机，要么不能采取有效的干扰样式或合适的干扰参数而达不到预期的干扰效果，同样能收到抗侦察的效果。

2.2 脉冲多普勒雷达抗箔条干扰能力分析

箔条使用简单、造价低，容易覆盖较宽的频带。在过去的较大战争中，都使用了箔条干扰。大面积的箔条云形成类似于地杂波的分布式干扰背景，雷达在这种干扰中检测目标类似于在高斯噪声背景中的日标检测。小面积的箔条云可形成假目标，起欺骗干扰作用。总之，对于只从时域检测目标的普通脉冲雷达，箔条有较好的干扰效果。PD雷达从频域检测目标，目标的多普勒频率由它的运动速度确定，箔条能否干扰PD雷达由箔条具有的速度确定。箔条通常是从具有一定初速度的载体上投放出来的，刚投放时具有载体的速度。箔条散开到有干扰作用需要一定时间。虽然刚投放的箔条有大的速度，但反射面积小。相反，反射面积大时，速度又小。箔条从载机投放后只需几秒钟，其速度就降为当时的风速。如此大的加速度，使其反射信号在每个多普勒滤波器中的停留时间太短。来不及建立起足以和目标信号相对抗的幅度。所以箔条的初速度对PD雷达的干扰作用很小。

2.3 PD雷达保护喇叭抗来自旁瓣的干扰

PD雷达中重复频率工作模式，目标检测是在旁瓣杂波中进行的。为防止地面大建筑物及类似反射体的强反射信号从天线旁瓣进入雷达，造成虚警干扰，PD雷达应有保护喇叭。干扰机可通过雷达天线旁瓣对雷达实施干扰。对此雷达可用保护喇叭对干扰信号进行对消或匿隐。主天线和保护喇叭的相对增益。若要对来自旁瓣的干扰匿隐，保护喇叭的增益应比天线主瓣的增益小，比天线旁瓣的增益大。因此经旁瓣进入雷达的干扰信号将在保护通道某个距离多普勒单元产生一个比主通道对应单元中更大的幅度响应。当主通道信号与保护通道信号之比较小时，表明该信号是自旁瓣进入的，比较器产生一个匿隐门来抑制主通道对该信号的检测。反之则认为信号来自天线主瓣，主通道对信号进行检测。利用对消的方法也可以抑制来自旁瓣的干扰。