王震+王海風(fēng)+張銳娟

摘 要 線性調(diào)頻脈沖壓縮體制的測(cè)量雷達(dá)，在探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，由于距離-多普勒耦合效應(yīng)的影響，多普勒頻移會(huì)使雷達(dá)產(chǎn)生測(cè)距誤差，且該誤差與目標(biāo)徑向速度成正比。針對(duì)該問(wèn)題，文章在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓影響的基礎(chǔ)上，給出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

關(guān)鍵詞 線性調(diào)頻；脈沖壓縮；距離多普勒耦合；測(cè)距誤差

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0069-02

脈沖壓縮體制的雷達(dá)具有分辨力高、探測(cè)距離遠(yuǎn)和抗有源噪聲干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)測(cè)量雷達(dá)研制過(guò)程中被廣泛采用。線性調(diào)頻脈沖壓縮是最常采用的脈沖壓縮技術(shù)，線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)多普勒頻移不敏感，使得它成為應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號(hào)。但與此同時(shí)引入的問(wèn)題是匹配濾波器輸出響應(yīng)將出現(xiàn)與多普勒頻移成正比的附加延時(shí)，即距離-多普勒耦合現(xiàn)象。這直接影響了雷達(dá)的測(cè)距精度。

為了提高測(cè)量雷達(dá)測(cè)距精度，本文在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)測(cè)距精度影響的基礎(chǔ)上，提出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了良好的試驗(yàn)效果。

1 距離多普勒耦合效應(yīng)分析

1.1 多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓的影響[1-3]

線性調(diào)頻脈沖壓縮體制測(cè)量雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)可表示為：

（1）

式中，為信號(hào)幅度，為脈沖寬度，為載波中心頻率，為調(diào)頻斜率，為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的帶寬。公式（1）也可表示為：

（2）

典型的線性調(diào)頻信號(hào)波形如圖1所示。

圖1 典型線性調(diào)頻信號(hào)的波形

設(shè)匹配濾波器頻率特性為，則根據(jù)匹配條件應(yīng)滿足如下關(guān)系：

（3）

其中，為匹配濾波器產(chǎn)生的延時(shí)。根據(jù)信號(hào)傳遞關(guān)系，當(dāng)不考慮多普勒頻移時(shí)（）匹配濾波器輸出信號(hào)可表示為：

（4）

考慮多普勒頻移時(shí)（），線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器后輸出信號(hào)變?yōu)椋?/p>

（5）

將公式（4）、（5）中信號(hào)與信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)多普勒頻移使得脈壓后信號(hào)的包絡(luò)在時(shí)間軸上發(fā)生了移動(dòng)，產(chǎn)生附加時(shí)延，直接影響雷達(dá)的測(cè)距精度。因?yàn)?，則由多普勒耦合效應(yīng)產(chǎn)生的附加時(shí)延為。

1.2 仿真計(jì)算

為了深入了解多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮體制雷達(dá)的影響，在時(shí)域上對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行仿真。假設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)脈沖寬度為100，信號(hào)帶寬為1 MHz，信號(hào)疊加多普勒率為100 kHz，圖2為多普勒頻率時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形；圖3為時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形。

由仿真結(jié)果可知，對(duì)于正線性調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)多普勒頻率為正時(shí)，回波脈壓后波形峰值前移；當(dāng)多普勒頻率為負(fù)時(shí)，回波脈壓后波形峰值后移。而對(duì)于負(fù)線性調(diào)頻信號(hào)，回波脈壓結(jié)果與正線性調(diào)頻信號(hào)輸出結(jié)果相反。

圖2、圖3的仿真結(jié)果表明當(dāng)信號(hào)疊加100 kHz的多普勒頻率時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)脈壓后產(chǎn)生的時(shí)間偏移量為10，這與1.1節(jié)分析結(jié)果一致。

圖2 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

圖3 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

2 距離多普勒耦合修正及數(shù)據(jù)驗(yàn)證

1）距離多普勒耦合修正參數(shù)的確定。

多普勒頻移引入的附加時(shí)延會(huì)給雷達(dá)測(cè)距帶來(lái)誤差：

（6）

式中，為雷達(dá)信號(hào)中心頻率，為雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的徑向速度。

由公式（6）可知，要消除多普勒耦合引入的測(cè)距誤差，必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：1）確定測(cè)量雷達(dá)工作參數(shù)，包括：中心頻率、脈沖寬度和信號(hào)帶寬；2）獲取目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度。由于雷達(dá)工作參數(shù)可通過(guò)儀器儀表精確測(cè)量，因此目標(biāo)徑向速度的精度決定了最終誤差修正的精度。

為了提高雷達(dá)測(cè)距誤差的修正精度，采用差分GPS數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的徑向速度，計(jì)算公式如下：

（7）

（8）

（9）

其中，為雷達(dá)站的大地坐標(biāo)，為目標(biāo)的大地坐標(biāo)，（）為目標(biāo)在雷達(dá)站切平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；、和為目標(biāo)GPS北、東、天三向速度；，和為目標(biāo)在地心直角坐標(biāo)系下北、東、天三向速度；、和為目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下北、東、天三向速度。

綜上所述，利用GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)獲取不同時(shí)刻下目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度，根據(jù)公式（10）即可得到修正后的雷達(dá)測(cè)量距離。

（10）

2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

某次試驗(yàn)過(guò)程中，飛機(jī)以表速=500 km/h～750 km/h，海拔高度=2000 m～3000 m，相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站作側(cè)站平飛動(dòng)作，地面X波段測(cè)量雷達(dá)實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、測(cè)試。期間，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站的距離及徑向速度變化見(jiàn)圖4，測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行距離多普勒耦合修正前后的測(cè)距誤差見(jiàn)圖5。

圖4 飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)距離及徑向速度變化曲線

圖5 距離多普勒耦合修正前后的雷達(dá)測(cè)距誤差

由圖4可知，雷達(dá)跟蹤過(guò)程中，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度保持在150 m/s左右。圖5表明雷達(dá)測(cè)距精度較多普勒耦合修正前有大幅度提高，其中修正前雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)誤差為9.6 m，隨機(jī)誤差為3.2 m；修正后雷達(dá)測(cè)距的系統(tǒng)誤差為3.5 m，隨機(jī)誤差為3.1 m。有效消除了由多普勒頻移引入的測(cè)距誤差。

3 結(jié)論

本文在分析線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)時(shí)、頻特性的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明由距離-多普勒耦合引入的附加時(shí)延引起的測(cè)距誤差與目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度成正比。在此基礎(chǔ)上，給出了距離-多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

參考文獻(xiàn)

[1]李攀.多普勒頻移對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的影響及其補(bǔ)償研究[D].華中科技大學(xué)，2007.

[2]胡紅軍.脈沖壓縮雷達(dá)距離多普勒耦合對(duì)測(cè)距影響分析[J].現(xiàn)代雷達(dá)[J].2011（12）.

[3]Bassem R.Mahafza Atef Z.Elsherbeni.Matlab Simulations for radar systems design.Chapman & Hall/CRC CRC Press LLC.2004.endprint

摘 要 線性調(diào)頻脈沖壓縮體制的測(cè)量雷達(dá)，在探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，由于距離-多普勒耦合效應(yīng)的影響，多普勒頻移會(huì)使雷達(dá)產(chǎn)生測(cè)距誤差，且該誤差與目標(biāo)徑向速度成正比。針對(duì)該問(wèn)題，文章在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓影響的基礎(chǔ)上，給出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

關(guān)鍵詞 線性調(diào)頻；脈沖壓縮；距離多普勒耦合；測(cè)距誤差

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0069-02

脈沖壓縮體制的雷達(dá)具有分辨力高、探測(cè)距離遠(yuǎn)和抗有源噪聲干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)測(cè)量雷達(dá)研制過(guò)程中被廣泛采用。線性調(diào)頻脈沖壓縮是最常采用的脈沖壓縮技術(shù)，線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)多普勒頻移不敏感，使得它成為應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號(hào)。但與此同時(shí)引入的問(wèn)題是匹配濾波器輸出響應(yīng)將出現(xiàn)與多普勒頻移成正比的附加延時(shí)，即距離-多普勒耦合現(xiàn)象。這直接影響了雷達(dá)的測(cè)距精度。

為了提高測(cè)量雷達(dá)測(cè)距精度，本文在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)測(cè)距精度影響的基礎(chǔ)上，提出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了良好的試驗(yàn)效果。

1 距離多普勒耦合效應(yīng)分析

1.1 多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓的影響[1-3]

線性調(diào)頻脈沖壓縮體制測(cè)量雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)可表示為：

（1）

式中，為信號(hào)幅度，為脈沖寬度，為載波中心頻率，為調(diào)頻斜率，為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的帶寬。公式（1）也可表示為：

（2）

典型的線性調(diào)頻信號(hào)波形如圖1所示。

圖1 典型線性調(diào)頻信號(hào)的波形

設(shè)匹配濾波器頻率特性為，則根據(jù)匹配條件應(yīng)滿足如下關(guān)系：

（3）

其中，為匹配濾波器產(chǎn)生的延時(shí)。根據(jù)信號(hào)傳遞關(guān)系，當(dāng)不考慮多普勒頻移時(shí)（）匹配濾波器輸出信號(hào)可表示為：

（4）

考慮多普勒頻移時(shí)（），線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器后輸出信號(hào)變?yōu)椋?/p>

（5）

將公式（4）、（5）中信號(hào)與信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)多普勒頻移使得脈壓后信號(hào)的包絡(luò)在時(shí)間軸上發(fā)生了移動(dòng)，產(chǎn)生附加時(shí)延，直接影響雷達(dá)的測(cè)距精度。因?yàn)?，則由多普勒耦合效應(yīng)產(chǎn)生的附加時(shí)延為。

1.2 仿真計(jì)算

為了深入了解多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮體制雷達(dá)的影響，在時(shí)域上對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行仿真。假設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)脈沖寬度為100，信號(hào)帶寬為1 MHz，信號(hào)疊加多普勒率為100 kHz，圖2為多普勒頻率時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形；圖3為時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形。

由仿真結(jié)果可知，對(duì)于正線性調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)多普勒頻率為正時(shí)，回波脈壓后波形峰值前移；當(dāng)多普勒頻率為負(fù)時(shí)，回波脈壓后波形峰值后移。而對(duì)于負(fù)線性調(diào)頻信號(hào)，回波脈壓結(jié)果與正線性調(diào)頻信號(hào)輸出結(jié)果相反。

圖2、圖3的仿真結(jié)果表明當(dāng)信號(hào)疊加100 kHz的多普勒頻率時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)脈壓后產(chǎn)生的時(shí)間偏移量為10，這與1.1節(jié)分析結(jié)果一致。

圖2 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

圖3 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

2 距離多普勒耦合修正及數(shù)據(jù)驗(yàn)證

1）距離多普勒耦合修正參數(shù)的確定。

多普勒頻移引入的附加時(shí)延會(huì)給雷達(dá)測(cè)距帶來(lái)誤差：

（6）

式中，為雷達(dá)信號(hào)中心頻率，為雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的徑向速度。

由公式（6）可知，要消除多普勒耦合引入的測(cè)距誤差，必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：1）確定測(cè)量雷達(dá)工作參數(shù)，包括：中心頻率、脈沖寬度和信號(hào)帶寬；2）獲取目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度。由于雷達(dá)工作參數(shù)可通過(guò)儀器儀表精確測(cè)量，因此目標(biāo)徑向速度的精度決定了最終誤差修正的精度。

為了提高雷達(dá)測(cè)距誤差的修正精度，采用差分GPS數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的徑向速度，計(jì)算公式如下：

（7）

（8）

（9）

其中，為雷達(dá)站的大地坐標(biāo)，為目標(biāo)的大地坐標(biāo)，（）為目標(biāo)在雷達(dá)站切平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；、和為目標(biāo)GPS北、東、天三向速度；，和為目標(biāo)在地心直角坐標(biāo)系下北、東、天三向速度；、和為目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下北、東、天三向速度。

綜上所述，利用GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)獲取不同時(shí)刻下目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度，根據(jù)公式（10）即可得到修正后的雷達(dá)測(cè)量距離。

（10）

2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

某次試驗(yàn)過(guò)程中，飛機(jī)以表速=500 km/h～750 km/h，海拔高度=2000 m～3000 m，相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站作側(cè)站平飛動(dòng)作，地面X波段測(cè)量雷達(dá)實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、測(cè)試。期間，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站的距離及徑向速度變化見(jiàn)圖4，測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行距離多普勒耦合修正前后的測(cè)距誤差見(jiàn)圖5。

圖4 飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)距離及徑向速度變化曲線

圖5 距離多普勒耦合修正前后的雷達(dá)測(cè)距誤差

由圖4可知，雷達(dá)跟蹤過(guò)程中，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度保持在150 m/s左右。圖5表明雷達(dá)測(cè)距精度較多普勒耦合修正前有大幅度提高，其中修正前雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)誤差為9.6 m，隨機(jī)誤差為3.2 m；修正后雷達(dá)測(cè)距的系統(tǒng)誤差為3.5 m，隨機(jī)誤差為3.1 m。有效消除了由多普勒頻移引入的測(cè)距誤差。

3 結(jié)論

本文在分析線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)時(shí)、頻特性的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明由距離-多普勒耦合引入的附加時(shí)延引起的測(cè)距誤差與目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度成正比。在此基礎(chǔ)上，給出了距離-多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

參考文獻(xiàn)

[1]李攀.多普勒頻移對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的影響及其補(bǔ)償研究[D].華中科技大學(xué)，2007.

[2]胡紅軍.脈沖壓縮雷達(dá)距離多普勒耦合對(duì)測(cè)距影響分析[J].現(xiàn)代雷達(dá)[J].2011（12）.

[3]Bassem R.Mahafza Atef Z.Elsherbeni.Matlab Simulations for radar systems design.Chapman & Hall/CRC CRC Press LLC.2004.endprint

摘 要 線性調(diào)頻脈沖壓縮體制的測(cè)量雷達(dá)，在探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，由于距離-多普勒耦合效應(yīng)的影響，多普勒頻移會(huì)使雷達(dá)產(chǎn)生測(cè)距誤差，且該誤差與目標(biāo)徑向速度成正比。針對(duì)該問(wèn)題，文章在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓影響的基礎(chǔ)上，給出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

關(guān)鍵詞 線性調(diào)頻；脈沖壓縮；距離多普勒耦合；測(cè)距誤差

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0069-02

脈沖壓縮體制的雷達(dá)具有分辨力高、探測(cè)距離遠(yuǎn)和抗有源噪聲干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)測(cè)量雷達(dá)研制過(guò)程中被廣泛采用。線性調(diào)頻脈沖壓縮是最常采用的脈沖壓縮技術(shù)，線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)多普勒頻移不敏感，使得它成為應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號(hào)。但與此同時(shí)引入的問(wèn)題是匹配濾波器輸出響應(yīng)將出現(xiàn)與多普勒頻移成正比的附加延時(shí)，即距離-多普勒耦合現(xiàn)象。這直接影響了雷達(dá)的測(cè)距精度。

為了提高測(cè)量雷達(dá)測(cè)距精度，本文在分析多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)測(cè)距精度影響的基礎(chǔ)上，提出了距離多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了良好的試驗(yàn)效果。

1 距離多普勒耦合效應(yīng)分析

1.1 多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈壓的影響[1-3]

線性調(diào)頻脈沖壓縮體制測(cè)量雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)可表示為：

（1）

式中，為信號(hào)幅度，為脈沖寬度，為載波中心頻率，為調(diào)頻斜率，為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的帶寬。公式（1）也可表示為：

（2）

典型的線性調(diào)頻信號(hào)波形如圖1所示。

圖1 典型線性調(diào)頻信號(hào)的波形

設(shè)匹配濾波器頻率特性為，則根據(jù)匹配條件應(yīng)滿足如下關(guān)系：

（3）

其中，為匹配濾波器產(chǎn)生的延時(shí)。根據(jù)信號(hào)傳遞關(guān)系，當(dāng)不考慮多普勒頻移時(shí)（）匹配濾波器輸出信號(hào)可表示為：

（4）

考慮多普勒頻移時(shí)（），線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器后輸出信號(hào)變?yōu)椋?/p>

（5）

將公式（4）、（5）中信號(hào)與信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)多普勒頻移使得脈壓后信號(hào)的包絡(luò)在時(shí)間軸上發(fā)生了移動(dòng)，產(chǎn)生附加時(shí)延，直接影響雷達(dá)的測(cè)距精度。因?yàn)?，則由多普勒耦合效應(yīng)產(chǎn)生的附加時(shí)延為。

1.2 仿真計(jì)算

為了深入了解多普勒頻移對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮體制雷達(dá)的影響，在時(shí)域上對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行仿真。假設(shè)線性調(diào)頻信號(hào)脈沖寬度為100，信號(hào)帶寬為1 MHz，信號(hào)疊加多普勒率為100 kHz，圖2為多普勒頻率時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形；圖3為時(shí)，信號(hào)脈壓后輸出波形。

由仿真結(jié)果可知，對(duì)于正線性調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)多普勒頻率為正時(shí)，回波脈壓后波形峰值前移；當(dāng)多普勒頻率為負(fù)時(shí)，回波脈壓后波形峰值后移。而對(duì)于負(fù)線性調(diào)頻信號(hào)，回波脈壓結(jié)果與正線性調(diào)頻信號(hào)輸出結(jié)果相反。

圖2、圖3的仿真結(jié)果表明當(dāng)信號(hào)疊加100 kHz的多普勒頻率時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)脈壓后產(chǎn)生的時(shí)間偏移量為10，這與1.1節(jié)分析結(jié)果一致。

圖2 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

圖3 時(shí)信號(hào)脈壓后輸出波形

2 距離多普勒耦合修正及數(shù)據(jù)驗(yàn)證

1）距離多普勒耦合修正參數(shù)的確定。

多普勒頻移引入的附加時(shí)延會(huì)給雷達(dá)測(cè)距帶來(lái)誤差：

（6）

式中，為雷達(dá)信號(hào)中心頻率，為雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的徑向速度。

由公式（6）可知，要消除多普勒耦合引入的測(cè)距誤差，必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：1）確定測(cè)量雷達(dá)工作參數(shù)，包括：中心頻率、脈沖寬度和信號(hào)帶寬；2）獲取目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度。由于雷達(dá)工作參數(shù)可通過(guò)儀器儀表精確測(cè)量，因此目標(biāo)徑向速度的精度決定了最終誤差修正的精度。

為了提高雷達(dá)測(cè)距誤差的修正精度，采用差分GPS數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的徑向速度，計(jì)算公式如下：

（7）

（8）

（9）

其中，為雷達(dá)站的大地坐標(biāo)，為目標(biāo)的大地坐標(biāo)，（）為目標(biāo)在雷達(dá)站切平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；、和為目標(biāo)GPS北、東、天三向速度；，和為目標(biāo)在地心直角坐標(biāo)系下北、東、天三向速度；、和為目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下北、東、天三向速度。

綜上所述，利用GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)獲取不同時(shí)刻下目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度，根據(jù)公式（10）即可得到修正后的雷達(dá)測(cè)量距離。

（10）

2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

某次試驗(yàn)過(guò)程中，飛機(jī)以表速=500 km/h～750 km/h，海拔高度=2000 m～3000 m，相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站作側(cè)站平飛動(dòng)作，地面X波段測(cè)量雷達(dá)實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、測(cè)試。期間，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)站的距離及徑向速度變化見(jiàn)圖4，測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行距離多普勒耦合修正前后的測(cè)距誤差見(jiàn)圖5。

圖4 飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)距離及徑向速度變化曲線

圖5 距離多普勒耦合修正前后的雷達(dá)測(cè)距誤差

由圖4可知，雷達(dá)跟蹤過(guò)程中，飛機(jī)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度保持在150 m/s左右。圖5表明雷達(dá)測(cè)距精度較多普勒耦合修正前有大幅度提高，其中修正前雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)誤差為9.6 m，隨機(jī)誤差為3.2 m；修正后雷達(dá)測(cè)距的系統(tǒng)誤差為3.5 m，隨機(jī)誤差為3.1 m。有效消除了由多普勒頻移引入的測(cè)距誤差。

3 結(jié)論

本文在分析線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)時(shí)、頻特性的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)接收多普勒頻移的回波情況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明由距離-多普勒耦合引入的附加時(shí)延引起的測(cè)距誤差與目標(biāo)相對(duì)測(cè)量雷達(dá)的徑向速度成正比。在此基礎(chǔ)上，給出了距離-多普勒耦合修正方法，并利用雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，有效提高了測(cè)量雷達(dá)的測(cè)距精度。

參考文獻(xiàn)

[1]李攀.多普勒頻移對(duì)脈沖壓縮雷達(dá)的影響及其補(bǔ)償研究[D].華中科技大學(xué)，2007.

[2]胡紅軍.脈沖壓縮雷達(dá)距離多普勒耦合對(duì)測(cè)距影響分析[J].現(xiàn)代雷達(dá)[J].2011（12）.

[3]Bassem R.Mahafza Atef Z.Elsherbeni.Matlab Simulations for radar systems design.Chapman & Hall/CRC CRC Press LLC.2004.endprint