极化测量雷达的信号选择与处理方法研究

王瑞革

摘要：随着雷达技术的不断发展，雷达目标极化特性成为了当下相关领域研究的重要课题，极化技术也被越来越广泛地应用于各种雷达系统中，雷达目标极化特性测量性能的好坏对极化信息处理有着直接的影响，获取目标的准确极化特征信息是极化测量雷达的主要研究方向，本文将在简单介绍极化测量方法的基础上，深入探讨极化测量雷达的信号选择及处理方法。

关键词：极化测量 雷达信号 选择处理方法

中图分类号：TP399-C8 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0062-01

极化测量雷达分为分时极化测量雷达与瞬态极化测量雷达，分时极化测量雷达是在发射端轮流发射极化正交的雷达信号，在接收端通过对两个极化通道回波的处理，来获取目标散射矩阵的一列元素，再经过相邻脉冲的处理，雷达可获得散射矩阵的全部元素，分时极化测量雷达测量起伏目标的散射矩阵时，有两列元素去相关作用等缺陷，在实际应用中，很难测量得到目标极化散射矩阵[1]；瞬态极化测量雷达利用单个脉冲来测量目标极化散射矩阵，采用了两个正交极化通道同时发射、同时接收的方法，实现主极化和交叉极化通道的分离，发射信号的相关性是否正交是瞬态极化测量的关键，而实际应用中由于信号的非正交性往往会产生测量误差[2]。极化测量雷达信号的选择及处理是一项复杂的工作，在实际应用中，应结合具体情况进行合理的信号选择及处理。

1 极化测量雷达信号的选择

1.1 刀刃形和轴线重合的信号

刀刃形和轴线重合的信号可通过时分和频分实现不同极化通道的隔离，时分是两正交极化通道依次发射、同时接收，而频分是同时发射、同时接收。分时极化测量中待测目标前后一定距离上的其他目标或一些干扰会影响极化测量，为避免这种情况，应在满足系统所需频率分辨率的情况下，选择大带宽信号，以提高时间分辨率；此外，在符合目标数据率要求的前提下，应选择合适的脉冲重复间隔，以保证干扰不会进入接收机。频分极化测量时，在同一频率分辨单元内，如果其他目标的回波或干扰与待测目标回波频率的差与两路发射信号的频率差相等，就会对待测目标的极化测量产生影响，为减小影响，应在保证信号距离分辨率的前提下，选择大时宽信号，提高目标频域分辨力；另外，两极化通道的信号频率应选择合适的，减小干扰的影响[3]。

1.2 倾斜刀刃形信号

这类信号主要是线性调频信号，其依次发射的两正交极化信号的回波在匹配滤波后，旁瓣会互相影响，而干扰也会对极化测量产生影响，为此应增大信号脉冲重复间隔；在进行雷达信号的参数设定时，应尽可能使脉冲重复间隔大于脉宽，选择信号带宽时，应在保证信号时域分辨力的条件下，通过模糊函数矩阵图分析一些干扰是否会影响雷达的运行。增大信号带宽或时宽都能减小两极化信号之间的互扰，当两路信号载频差值相同时，减小信号调制带宽或增大信号脉宽可提高信号的频域分辨力，但这种方法不适用于频率调制信号。

1.3 钉板型模糊图信号

这列信号包括固定载频或调频的相干脉冲序列，采用瞬时极化测量体制。相干脉冲序列可提高信号频域分辨力，但也增大了互模糊函数的影响，所以这类信号极易受到其他目标或干扰的影响，如果待测目标为单目标，且环境干扰较小，可通过对两路极化信号载频差或时延差的设定来减小互模糊函数的影响。

1.4 图钉型模糊图信号

这类信号的典型代表为相位编码信号，其既可用于分时极化测量体制，也可用于瞬时极化测量体制，其模糊函数矩阵如图3所示。当采用分时极化测量体制时，应选择大带宽信号，以提高信号的频域分辨力，减小互模糊函数的影响；当采用瞬时极化测量体制时，应将两路信号调制在不同载频上，并选择大脉宽信号，以提高频域分辨力，此外也可对两路极化信号进行正交编码调制，并增大信号脉宽以降低HV、VH模糊图峰值[4]。

2 极化测量雷达信号处理方法

设极化测量雷达发射水平、垂直两路正交极化信号，接受信号的表达式为：

其中为回波时延，、分别为两路发射信号载频的目标回波Doppler频移[5]。然后对接收信号进行混频和匹配滤波，将匹配滤波输出为4路信号，列出自模糊函数与互模糊函数，将模糊函数代入4路信号表达式中，求得模糊函数矩阵，对其求逆得到目标极化散射矩阵。

通过模糊函数矩阵求逆对极化散射矩阵进行反演时，要对目标回波的时延值和Doppler频移值进行估算，而估算的准确性又受到发射信号性能的影响，可利用和这两路信号来准确估算时延和Doppler频移[6]。此外，噪声污染也会影响到目标极化散射矩阵的测量，为避免这种情况的发生，应保持较大的模糊函数输出值，同时减小互模糊函数输出值。

3 结语

极化技术在目标探测和识别上的性能优势，使得极化测量体制雷达得到了越来越广泛的应用，极化测量雷达具有目标识别能力高、获取极化特征信息准确等优势，随着极化测量技术研究的不断深入，相信极化测量雷达的研制将更具科技含量及更优的性能。极化测量雷达的信号选择及处理与获取目标极化特征信息的准确与否密切相关，在进行信号选择的过程中，应根据实际情况进行，并合理选择处理方法，不断进行优化及改进，减小测量误差。

参考文献

[1]殷加鹏，李永祯，曹学军等.同时极化雷达波形隔离度分析与选择[J].雷达科学与技术，2013（4）：379-384.

[2]党双平，李飞，甘桂华等.雷达信号极化方向对地空干扰的影响研究[J].火力与指挥控制，2014（6）：94-96.

[3]赵鹏飞.雷达极化测量技术[J].电子科技，2012（1）：16-19.

[4]赵鹏飞.电波极化的快速检测与测量技术研究[D].西安电子科技大学，2011.

[5]李双喜，曾昭发，李静等.探地雷达极化探测时域有限差分法模拟效果分析[J].工程地球物理学报，2014（4）：513-521.

[6]王元钦.基于雷达极化的弹丸运动特征处理方法研究[D].哈尔滨工业大学，2012.