戰場偵察雷達信號處理范文

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《中國測試雜志》2014年第三期

1回波信號預處理

1.1回波信號產生及正交解調雷達接收的回波信號包括雜波、干擾信號和目標回波信號。本文研究的某新型戰場偵察雷達具有低功耗、集成度高、體積小、機動性強、探測距離近和精度高等特點，主要用于對近程地面活動目標的偵察。因此，涉及的雜波主要以地物雜波和氣象雜波為主。目標回波信號的復數表示、

1.2脈沖壓縮處理針對偽碼調相戰場偵察雷達捕獲目標需多路相關連續試探導致捕獲效率低的問題，系統設計時采用一路卷積代替多路相關的解決方法。相關接收器是將發射信號經過固定延遲后與接收信號進行相關運算，與卷積器相比，只是對某一特定距離的回波作出響應。偽碼調相雷達脈沖壓縮采用卷積算法時，由于卷積參考信號為對M序列碼擴展后的反向序列。序列里的元素取值只有1和-1，因此可將卷積運算簡化為對回波序列做累加減運算。

1.3濾波器設計在LabVIEW函數面板的信號處理選項中有濾波器子VI，為提高脈沖壓縮輸出的主旁瓣比，系統設計時，選擇加窗的FIR濾波器子VI，圖標為。濾波器類型選擇低通，選擇經典旁瓣抑制Dolph-Chebyshev函數。為使有效信息通過濾波器，將濾波器的高、低截至頻率設置為正、負2倍基帶帶寬值。

2回波信號處理

2.1MTI濾波器設計MTI濾波器為一低通濾波器，主要用于抵消回波信號中的靜止目標和抑制零頻附近的雜波，提高接收信號的信雜比。目前常用的MTI濾波器有遞歸和非遞歸濾波器[8]。非遞歸MTI濾波器比較簡單，沒有反饋支路，按對消次數的不同，可分為一次對消、二次對消和多次對消。對消次數越高，MTI濾波器阻帶凹口越寬，越能夠有效濾除靜止目標和零頻附近的雜波，但通帶的平坦性越差，對有效回波信號的衰減也越大。遞歸MTI濾波器是在非遞歸MTI濾波器中加入反饋支路，按對消次數的不同，可分為一次對消、二次對消和多次對消。濾波器的極點一方面影響著系統的穩定性；另一方面極點可以使它附近頻率點上相應的幅頻響應值得到提高，進而調節系統傳遞函數幅頻特性的通帶平坦性。隨著反饋系數的逐漸增大，濾波器的通帶越來越平坦，可增強對回波信號的檢測。但濾波器通帶越平坦，其相應的凹口寬度越窄，減小了抑制寬雜波頻譜的能力[9-10]。針對某新型戰場偵察雷達常見的雜波類型，結合工程設計的實際情況，設計的MTI濾波器模塊中包含非遞歸一次對消MTI濾波器和非遞歸二次對消MTI濾波器，可根據設定的不同雜波環境選擇。

2.2MTD模塊設計工程中MTD多普勒濾波器通道多為64、128、256等。為了使參訓人員對該型雷達的動目標檢測過程有一個直觀的印象，并能反映系統工作原理和任新濤等：某新型戰場偵察雷達信號處理系統研究95信號處理過程。系統設置的多普勒濾波器通道數為16個，首先在Matlab軟件中將對消后的信號做MTD處理，然后再將程序改寫到LabVIEW的MTD模塊中。圖1為7位M碼調相回波序列在Matlab中采用FFT法進行MTD處理后16個通道的結果。通過圖1中各通道的結果就可以粗略估算目標的速度，也為后續的非相參積累和恒虛警檢測做了必要準備。

2.3恒虛警檢測算法研究對恒虛警檢測算法的研究一直是雷達信號處理的熱點問題。目前，已經提出了很多種恒虛警檢測算法，但工程上主要以單元平均、單元選大、單元選小及有序統計檢測算法為主。系統在設計恒虛警檢測模塊時，由于雜波背景比較平穩，因此可采用單元平均恒虛警算法，即慢門限恒虛警處理。此外，為進一步提高系統的檢測性能，在一次門限中加入一個反饋支路，將上次的檢測門限與新門限做加權處理，這樣就相當于增加了背景的參考樣本單元數。

3PPI顯示器構建

P型顯示器是雷達實現人機交互的重要平臺。設計的雷達P型顯示器應主要包括掃描線、P顯界面的繪制和掃描速度、數據傳輸控制等部分。在LabVIEW軟件中有專門用于繪圖的圖片函數，位于函數\編程\圖形與聲音\圖片函數中。在繪制掃描線、P顯界面時，應考慮整個顯示區域的劃分及掃描線的寬度。掃描線繪制可以通過調用圖片函數中的“繪制弧”函數來編程實現,對扇掃速度的控制可以引入定時中的函數，由設定的天線轉速來控制。

4系統總體設計

構建雷達信號處理系統時，需要設計回波模塊，包括雜波和干擾子VI、靜目標回波子VI和動目標回波子VI；脈沖壓縮模塊；MTI、MTD模塊，恒虛警模塊；P顯模塊。另外還需調用軟件內部提供的部分子VI，如濾波器子VI。在LabVIEW中，子VI是由其他VI調用的簡單VI，子VI節點類似于主程序中的子程序調用。在系統中，通過調用雜波和干擾子VI、靜目標回波子VI和動目標回波子VI來產生雷達回波信號，回波信號與本振信號混頻后，通過低通濾波器，得到解調后數據，再將解調輸出數據與脈壓系數子VI的輸出送到脈沖壓縮模塊，MTI、MTD模塊和恒虛警模塊中做處理，最后將處理后的結果送到P型顯示器中顯示。系統的結構框如圖2所示。

5系統仿真

LabVIEW是一種應用非常廣泛的仿真軟件，其圖形化編程語言和靈活的多平臺儀器分析優點，使得它能夠方便地模擬工程中的各種儀器儀表與系統[11]。設計的某新型戰場偵察雷達信號處理系統前面板由參數設置、波形仿真、目標檢測和P顯4部分組成。通過參數設置模塊可以設置雷達參數、雜波參數、靜目標參數、動目標參數、雜波對消類型、恒虛警概率、天線轉速及天線的高低角。波形仿真模塊主要是通過示波器來觀察生成的雷達回波信號波形、回波解調后的波形及脈沖壓縮后和MTI后的波形。系統采用一次或二次對消，若對消次數太多，既增加了系統的復雜性，而且效果不是很明顯。通過MTI模塊，可對消掉回波信號中的靜止目標和零頻附近的雜波。在實驗中，設置的部分參數如下：中頻載波頻率fo=70MHz，采樣頻率fs=50MHz，M碼位數根據檢測距離范圍的不同選擇7位或127位，碼元寬度取0.2μs。可以看出，系統的目標檢測模塊在多普勒濾波器組第2個通道上檢測出一個目標，對應的多普勒速度為312.5Hz左右，位置在14.9994km處，與設置的目標參數相吻合。由目標的多普勒頻率結合設定的雷達載波頻率，即可近似求出目標的徑向速度，送入P顯中進行目標顯示，如圖3所示。

6結束語

本文以某新型戰場偵察雷達為研究背景，分析了該型雷達信號處理的相關算法，然后在LabVIEW平臺上建立了某新型戰場偵察雷達信號處理系統。該系統能夠讓使用者快速掌握某新型戰場偵察雷達的信號處理過程，并能夠通過波形仿真模塊對信號處理過程有一個直觀上的印象，達到了系統設計的目的。

作者：任新濤張宏偉秦少剛李獻利湯宮民單位：解放軍63863部隊 軍械工程學院雷達教研室