战场侦察雷达信号处理.docx

战场侦察雷达信号处理（中国测试杂志）2014年第三期1回波信号预处理1.1回波信号产生及正交解调雷达接收的回波信号包括杂波、干扰信号和目的回波信号。本文研究的某新型战场侦察雷达具有低功耗、集成度高、体积小、机动性强、探测距离近和精度高等特点，主要用于对近程地面活动目的的侦察。因而，涉及的杂波主要以地物杂波和气象杂波为主。目的回波信号的复数表示、1.2脉冲压缩处理针对伪码调相战场侦察雷达捕获目的需多路相关连续试探导致捕获效率低的问题，系统设计时采用一路卷积代替多路相关的解决方法。相关接收器是将发射信号经过固定延迟后与接收信号进行相关运算，与卷积器相比，只是对某一特定距离的回波作出响应。伪码调相雷达脉冲压缩采用卷积算法时，由于卷积参考信号为对M序列码扩展后的反向序列。序列里的元素取值只要1和-1，因而可将卷积运算简化为对回波序列做累加减运算。1.3滤波器设计在LabVIEW函数面板的信号处理选项中有滤波器子VI，为提高脉冲压缩输出的主旁瓣比，系统设计时，选择加窗的FIR滤波器子VI，图标为。滤波器类型选择低通，选择经典旁瓣抑制Dolph-Chebyshev函数。为使有效信息通过滤波器，将滤波器的高、低截至频率设置为正、负2倍基带带宽值。2回波信号处理2.1MTI滤波器设计MTI滤波器为一低通滤波器，主要用于抵消回波信号中的静止目的和抑制零频附近的杂波，提高接收信号的信杂比。目前常用的MTI滤波器有递归和非递归滤波器8。非递归MTI滤波器比拟简单，没有反应支路，按对消次数的不同，可分为一次对消、二次对消和屡次对消。对消次数越高，MTI滤波器阻带凹口越宽，越能够有效滤除静止目的和零频附近的杂波，但通带的平坦性越差，对有效回波信号的衰减也越大。递归MTI滤波器是在非递归MTI滤波器中参加反应支路，按对消次数的不同，可分为一次对消、二次对消和屡次对消。滤波器的极点一方面影响着系统的稳定性；另一方面极点能够使它附近频率点上相应的幅频响应值得到提高，进而调节系统传递函数幅频特性的通带平坦性。随着反应系数的逐步增大，滤波器的通带越来越平坦，可加强对回波信号的检测。但滤波器通带越平坦，其相应的凹口宽度越窄，减小了抑制宽杂波频谱的能力9-10。针对某新型战场侦察雷达常见的杂波类型，结合工程设计的实际情况，设计的MTI滤波器模块中包含非递归一次对消MTI滤波器和非递归二次对消MTI滤波器，可根据设定的不同杂波环境选择。2.2MTD模块设计工程中MTD多普勒滤波器通道多为64、128、256等。为了使参训人员对该型雷达的动目的检测经过有一个直观的印象，并能反映系统工作原理和任新涛等：某新型战场侦察雷达信号处理系统研究95信号处理经过。系统设置的多普勒滤波器通道数为16个，首先在Matlab软件中将对消后的信号做MTD处理，然后再将程序改写到LabVIEW的MTD模块中。图1为7位M码调相回波序列在Matlab中采用FFT法进行MTD处理后16个通道的结果。通过图1中各通道的结果就能够粗略估算目的的速度，也为后续的非相参积累和恒虚警检测做了必要准备。2.3恒虚警检测算法研究对恒虚警检测算法的研究一直是雷达信号处理的热门问题。目前，已经提出了很多种恒虚警检测算法，但工程上主要以单元平均、单元选大、单元选小及有序统计检测算法为主。系统在设计恒虚警检测模块时，由于杂波背景比拟平稳，因而可采用单元平均恒虚警算法，即慢门限恒虚警处理。此外，为进一步提高系统的检测性能，在一次门限中参加一个反应支路，将上次的检测门限与新门限做加权处理，这样就相当于增加了背景的参考样本单元数。3PPI显示器构建P型显示器是雷达实现人机交互的重要平台。设计的雷达P型显示器应主要包括扫描线、P显界面的绘制和扫描速度、数据传输控制等部分。在LabVIEW软件中有专门用于绘图的图片函数，位于函数编程图形与声音图片函数中。在绘制扫描线、P显界面时，应考虑整个显示区域的划分及扫描线的宽度。扫描线绘制能够通过调用图片函数中的“绘制弧函数来编程实现,对扇扫速度的控制能够引入定时中的函数，由设定的天线转速来控制。4系统总体设计构建雷达信号处理系统时，需要设计回波模块，包括杂波和干扰子VI、静目的回波子VI和动目的回波子VI；脉冲压缩模块；MTI、MTD模块，恒虚警模块；P显模块。另外还需调用软件内部提供的部分子VI，如滤波器子VI。在LabVIEW中，子VI是由其他VI调用的简单VI，子VI节点类似于主程序中的子程序调用。在系统中，通过调用杂波和干扰子VI、静目的回波子VI和动目的回波子VI来产生雷达回波信号，回波信号与本振信号混频后，通过低通滤波器，得到解调后数据，再将解调输出数据与脉压系数子VI的输出送到脉冲压缩模块，MTI、MTD模块和恒虚警模块中做处理，最后将处理后的结果送到P型显示器中显示。系统的构造框如图2所示。5系统仿真LabVIEW是一种应用非常广泛的仿真软件，其图形化编程语言和灵敏的多平台仪器分析优点，使得它能够方便地模拟工程中的各种仪器仪表与系统11。设计的某新型战场侦察雷达信号处理系统前面板由参数设置、波形仿真、目的检测和P显4部分组成。通过参数设置模块能够设置雷达参数、杂波参数、静目的参数、动目的参数、杂波对消类型、恒虚警概率、天线转速及天线的高低角。波形仿真模块主要是通过示波器来观察生成的雷达回波信号波形、回波解调后的波形及脉冲压缩后和MTI后的波形。系统采用一次或二次对消，若对消次数过多，既增加了系统的复杂性，而且效果不是很明显。通过MTI模块，可对消掉回波信号中的静止目的和零频附近的杂波。在实验中，设置的部分参数如下：中频载波频率fo=70MHz，采样频率fs=50MHz，M码位数根据检测距离范围的不同选择7位或127位，码元宽度取0.2s。能够看出，系统的目的检测模块在多普勒滤波器组第2个通道上检测出一个目的，对应的多普勒速度为312.5Hz左右，位置在14.9994km处，与设置的目的参数相吻合。由目的的多普勒频率结合设定的雷达载波频率，即可近似求出目的的径向速度，送入P显中进行目的显示，如图3所示。6结束语本文以某新型战场侦察雷达为研究背景，分析了该型雷达信号处理的相关算法，然后在LabVIEW平台上建立了某新型战场侦察雷达信号处理系统。该系统能够让使用者快速把握某新型战场侦察雷达的信号处理经过，并能够通过波形仿真模块对信号处理经过有一个直观上的印象，到达了系统设计的目的。