调频信号超低副瓣脉冲压缩算法

时间：2024-05-04

王传志李学华孙清秦正霞

摘要：讨论双向加权超低副瓣脉冲压缩算法，针对其存在的缺点在谱修正技术基础上进行算法改进。试验了线性调频信号和非线性调频信号在改进算法中旁瓣抑制的效果，通过 Matlab仿真结果表明，改进的双向加权脉压方法对调频信号具有很好的旁瓣抑制能力。

关键词：双向加权；旁瓣抑制；谱修正； Kaiser窗；调频信号；脉冲压缩

中图分类号： TN957.51?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）13?0025?04

Abstract： The ultralow side?lobe pulse compression algorithm with bidirectional weighting is discussed， and is improved on the basis of spectrum correction technique. The side?lobe suppression effect of LFM signal and NLFM signal in the improved algorithm was tested. The results of Matlab simulation show that the improved bidirectionally?weighted pulse compression method has high side?lobe suppression ability for the frequency?modulated signal.

Keywords： bidirectional weighting； side?lobe suppression； spectrum correction； Kaiser window； frequency?modulated signal； pulse compression

0 引言

脉冲压缩技术是现代雷达系统中主要用于解决雷达作用距离和距离分辨率这一矛盾的常用措施，脉冲压缩实际就是一种较大的时宽带宽积（BT）信号经过匹配滤波的过程。

通常情况下，脉冲压缩后信号的距离旁瓣会比较高，这将会导致在信号检测中发生虚警或在弱目标存在的环境中直接导致目标信号被淹没，所以在实际的脉冲压缩过程中需要设计有效的旁瓣抑制方法。影响脉冲压缩的峰值旁瓣比（PSLR）的主要因素有菲涅尔波纹存在的大小和信号幅度谱边缘跃变程度，菲涅尔波纹和幅度谱边缘跃变程度越小，脉压之后的PSLR越高。所以脉冲信号的BT越大，其菲涅尔波纹越小，脉压之后的距离旁瓣越低。目前常用的旁瓣抑制方法大多采用失配加权或者对滤波器进行谱修正的旁瓣抑制方法[1]，能把旁瓣抑制到-40 dB左右，但是在一些特殊的雷达系统中可能需要更低的旁瓣要求，比如，星载降水雷达中希望脉压副瓣至少能够达到-60 dB甚至更低才能够满足杂波抑制的要求[2]。文献[3]提出了一种双向加权的脉冲压缩算法，有比较好的旁瓣抑制效果，但是由于需要对发射信号进行加权，加权的发射信号频谱不再接近矩形形状，而雷达系统中这样的信号经过功率放大器等一些非线性特性器件的影响很容易产生失真[4?5]。本文针对此问题，利用恒等变换原理，对匹配滤波器进行改进以获得等效于双向加权脉压的效果，从而避免因为对发射信号加权而带来的影响。不仅如此，还对改进的匹配滤波器进行谱修正以获得更好的脉压性能。

本次仿真设计的NLFM信号使用的是Hamming窗，在仿真试验中取信号BT=60，采样频率[Fs=]10 MHz，则经过脉冲压缩之后的仿真图如图5所示。可以看出脉压之后的第一副瓣（-27.98 dB）明显要比LFM信号脉压之后的第一副瓣（-13.5 dB）更低。

采用窗函数设计的NLFM信号频谱边缘相比于LFM信号更加平滑，其具有比LFM信号脉压之后更低的副瓣。NLFM匹配滤波器的频谱与双向加权改进后的匹配滤波器的频谱如图6所示，可以看出NLFM信号的频谱相比图2中LFM信号的频谱边缘更加平滑，菲涅尔波纹更少，改进后的匹配滤波器频谱效果更加明显。

在对线性调频信号的分析中可知，用Kaiser窗比用Hamming窗具有更好的旁瓣抑制能力，因此这里用调整参数[β=6]的Kaiser窗对非线性调频信号的旁瓣抑制能力进行分析。图7所示为NLFM信号经过改进的双向加权脉压和对其进行谱修正之后的脉压结果，可以看出，在进行谱修正情况下的脉压性能更好，不仅旁瓣抑制效果更低，其主瓣展宽和信噪比的损失也较小。

3 结语

通过本文的分析，在谱修正的基础上改进的双向加权副瓣抑制方法对于调频信号脉压旁瓣抑制具有较好的效果，分别对LFM信号和NLFM信號做脉压仿真试验和性能比较，NLFM信号具有较小的主瓣展宽和较低的旁瓣抑制能力，但是在实际应用中，由于NLFM信号脉冲压缩对多普勒频移较为敏感，因此不如LFM信号应用广泛。脉冲压缩作为现代雷达系统中一种重要的技术，相信随着现代科学技术的日新月异，其面临的很多难点均会得以解决。非线性调频信号具有很多优异的性能，随着脉冲压缩技术的日趋成熟，相信其将会越来越多地应用在工程问题中。