楊 莉，安 紅

（電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610036）

0 引言

常規(guī)脈沖體制雷達(dá)根據(jù)目標(biāo)回波相對于發(fā)射信號的延遲時間來測量目標(biāo)距離，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射高重頻信號來探測目標(biāo)時，目標(biāo)回波延遲時間是高度模糊的，通常需要發(fā)射多組重頻來解距離模糊。而脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)與常規(guī)脈沖體制雷達(dá)測距的方式不同，是利用目標(biāo)回波與發(fā)射信號的頻率差來測量目標(biāo)距離的，所以沒有距離模糊的問題。脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)也是一種脈沖多普勒體制雷達(dá)，與常規(guī)脈沖多普勒體制雷達(dá)處理流程類似，通過信號處理可以檢測出目標(biāo)回波的頻率差，從而得到目標(biāo)距離。

1 脈沖調(diào)頻測距原理

脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)發(fā)射信號通常為脈間線性調(diào)頻的高重頻相參脈沖串，與調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的測距原理類似，根據(jù)回波信號與發(fā)射信號的頻率差來解算目標(biāo)距離。脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)發(fā)射的信號一般分為3個階段，如圖1所示。其中一個階段雷達(dá)發(fā)射信號的頻率固定，其他2個階段雷達(dá)發(fā)射信號的頻率隨時間線性變化。

圖1 脈沖調(diào)頻測距發(fā)射信號頻率

當(dāng)發(fā)射信號頻率成線性變化時，如圖2所示，由于目標(biāo)回波信號與發(fā)射信號存在一個固定延遲td，也就是將發(fā)射信號的調(diào)頻曲線向右平移td即可，所以回波信號與發(fā)射信號之間有一個固定的頻率差，該頻率差與目標(biāo)距離有關(guān)。

圖2 脈沖調(diào)頻測距基本原理

在接收機(jī)混頻器中采用同樣的頻率調(diào)制規(guī)律對回波信號進(jìn)行混頻，即可得到差頻信號。

假設(shè)線性調(diào)頻信號的調(diào)制斜率為K，則回波信號與發(fā)射信號的差頻為：

式中，R為目標(biāo)距離，c為光速，fd為多普勒頻率。

所以目標(biāo)距離為：

2 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)建模仿真

2.1 信號接收處理過程建模

脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)通常采用高重頻脈沖信號，其信號接收處理流程與脈沖多普勒雷達(dá)的信號接收處理流程類似，對脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)建立基于中頻信號流的仿真模型，其信號接收處理流程如圖3所示。雷達(dá)接收機(jī)部分主要包括雷達(dá)的中放帶通濾波及相干檢波功能，接收機(jī)輸入的中頻信號經(jīng)中放濾波和相干檢波后變?yōu)榛鶐У膹?fù)信號。雷達(dá)信號處理部分包括A/D采樣量化、雜波處理、多普勒濾波器組（FFT）、恒虛警處理（CFAR）。

圖3 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)信號接收處理流程示意圖

與常規(guī)脈沖多普勒雷達(dá)的信號處理過程比較，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)需要用同樣的線性調(diào)頻信號與輸入信號進(jìn)行混頻，而相干檢波也有混頻處理，所以在建模仿真時，將線性調(diào)頻信號混頻融入到相干檢波的混頻處理中，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)相干處理如圖4所示。從接收機(jī)中頻放大器輸出的信號與正交的2路相參信號混頻，再經(jīng)過低通濾波器，得到I、Q2路基帶信號。與常規(guī)脈沖多普勒雷達(dá)采用單點(diǎn)頻進(jìn)行混頻不同，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)采用線性調(diào)頻信號與輸入信號進(jìn)行混頻，經(jīng)相干檢波處理后，輸出信號為單點(diǎn)頻信號。

圖4 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)相干檢波處理示意圖

相干檢波后信號經(jīng)FFT處理后，即可檢測出信號的頻率，此頻率即為回波信號與發(fā)射信號的差頻。

發(fā)射的第一階段信號調(diào)制斜率為K1，第二階段信號調(diào)制斜率為K2，第三階段信號頻率不調(diào)制，經(jīng)信號處理后輸出的信號頻率分別為：

式中，fd為目標(biāo)的多普勒頻率，td為目標(biāo)回波相對發(fā)射信號的延遲時間，R為目標(biāo)距離，c為光速。

2.2 消除虛影處理

一般來說，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)只需要發(fā)射2段信號，通過2次檢測的信號頻率即可計(jì)算出目標(biāo)距離。但是如果在雷達(dá)天線波束主瓣內(nèi)存在2個目標(biāo)，或者是由于受到干擾而在一次探測中檢測到多個信號頻率，解算目標(biāo)距離時就會產(chǎn)生虛影。例如當(dāng)雷達(dá)天線波束同時照射2個目標(biāo)時，在三個階段都會分別檢測到2個頻率，如果將其中2個階段分別檢測的頻率配對求解目標(biāo)距離，會出現(xiàn)4個距離數(shù)據(jù)，而其中只有2個距離是目標(biāo)的真實(shí)距離，另外2個就是產(chǎn)生的虛影。要消除虛影就需要用到另外一個階段的檢測結(jié)果來校驗(yàn)解算的目標(biāo)距離，所以脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)通常會發(fā)射三段信號。

假設(shè)第一階段信號調(diào)制斜率為K1，第二階段信號調(diào)制斜率為K2，第三階段信號頻率不調(diào)制，將第一、第二階段的信號分別與第三階段信號配對解算目標(biāo)距離，如果三個階段檢測到的信號頻率分別為f1、f2、f3，則分別解算出的距離為：

如果R1和R2滿足|R1?R2|≤fr c(4N p K m)，則該配對正確，目標(biāo)距離為R=0.5(R1+R2)。其中，fr為雷達(dá)發(fā)射信號的脈沖重復(fù)頻率，N p為相參積累的脈沖個數(shù)，K m為K1、K2中較小的值。

3 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)性能分析

3.1 雷達(dá)測距精度分析

脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的缺點(diǎn)是距離測量誤差大，例如調(diào)制斜率為K為10 MHz/s時，如果雷達(dá)多普勒濾波器組（FFT）頻率測量誤差Δf為100 Hz，則距離誤差為：

影響測距精度的因素主要有FFT的頻率測量精度和發(fā)射信號的調(diào)制斜率。FFT的測頻精度是由雷達(dá)發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率和相參積累的脈沖個數(shù)決定的，在脈沖重頻頻率確定的情況下，增加相參積累的脈沖個數(shù)可以提高FFT的測頻精度。另一個影響因素是調(diào)制斜率，調(diào)制斜率K越大，測距誤差越小。調(diào)制斜率K的取值會影響到回波信號與發(fā)射信號的差頻fe，也就是FFT檢測到的信號頻率，K取值越大，差頻fe越大。當(dāng)fe大于脈沖重復(fù)頻率時，會產(chǎn)生頻率混疊，所以K的取值不能太大。下面通過幾個仿真試驗(yàn)來分析脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的測距精度。

1)仿真試驗(yàn)1

雷達(dá)發(fā)射信號脈寬為1μs，脈沖重復(fù)周期為7μs，相參積累脈沖個數(shù)為1 024，第一階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為3 MHz/s，第二階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為6 MHz/s。仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，雷達(dá)測量距離的均方根誤差約為794 m。

圖5 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)測距誤差統(tǒng)計(jì)圖

2)仿真試驗(yàn)2

雷達(dá)發(fā)射信號脈寬為1μs，脈沖重復(fù)周期為7μs，相參積累脈沖個數(shù)為1 024，第一階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為6 MHz/s，第二階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為?6 MHz/s。仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，雷達(dá)測量距離的均方根誤差約為338 m。

圖6 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)測距誤差統(tǒng)計(jì)圖

從仿真試驗(yàn)結(jié)果來看，信號調(diào)頻斜率越大雷達(dá)距離測量誤差越小，增大調(diào)頻斜率能有效提高雷達(dá)測距精度，但是調(diào)頻斜率由于受到脈沖重復(fù)頻率的制約而不能取值太大。總的來說，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的測距誤差至少為幾百米，與常規(guī)的脈沖延遲測距雷達(dá)幾十米的測距誤差相比，其測距誤差太大，這個缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的應(yīng)用。

3.2 雷達(dá)信號偵察效果分析

脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻信號調(diào)制斜率都不太高，在相參脈沖串持續(xù)時間內(nèi)，調(diào)頻帶寬較小。例如當(dāng)調(diào)制斜率K為10 MHz/s，如果相參脈沖串持續(xù)時間為50 ms，則最后一個脈沖與第一個脈沖頻率差值為500 k Hz。而大多數(shù)的雷達(dá)偵察裝備測頻精度都是兆赫茲量級的，也就是說雷達(dá)偵察裝備測量這種信號的頻率時，會認(rèn)為頻率固定不變，并將這種線性調(diào)頻信號識別為常規(guī)的高重頻信號，因此在引導(dǎo)干擾時有可能會誤導(dǎo)干擾策略的選擇。

3.3 雷達(dá)干擾效果分析

對于噪聲壓制干擾，脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)與脈沖延遲測距雷達(dá)受到干擾后的效果類似，影響干擾效果的主要因素都是干擾信號的強(qiáng)度。由于脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)與脈沖延遲測距雷達(dá)的測距原理不同，在受到欺騙干擾時，干擾效果存在差異，因此本文主要針對欺騙干擾來分析脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的干擾效果。這里通過仿真試驗(yàn)來分析數(shù)字儲頻（DRFM）轉(zhuǎn)發(fā)式假目標(biāo)干擾對脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)性能的影響。

仿真試驗(yàn)中，雷達(dá)發(fā)射信號脈寬為1μs，脈沖重復(fù)周期為7μs，相參積累脈沖個數(shù)為1 024，第一階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為3 MHz/s，第二階段發(fā)射信號調(diào)制斜率為6 MHz/s。干擾信號采用DRFM轉(zhuǎn)發(fā)式假目標(biāo)干擾，干擾脈沖復(fù)制間隔為1μs。目標(biāo)回波信號和雷達(dá)接收的干擾信號波形如圖7所示，頻譜如圖8所示。雷達(dá)探測仿真結(jié)果如圖9所示，從雷達(dá)數(shù)據(jù)處理結(jié)果（探測航跡）來看，在雷達(dá)探測過程中出現(xiàn)了一些假目標(biāo)，有些假目標(biāo)很快就丟失了，但是有些假目標(biāo)（例如2號航跡）能一直穩(wěn)定跟蹤，2號假目標(biāo)航跡與真實(shí)目標(biāo)的距離差約為3 333 m，如圖10所示。雷達(dá)對真實(shí)目標(biāo)始終能穩(wěn)定跟蹤，只是測距誤差增加了，如圖11所示的1號真實(shí)目標(biāo)航跡均方根誤差約為887 m。

圖7 目標(biāo)回波及干擾信號波形圖

圖8 目標(biāo)回波及干擾信號頻譜圖

圖9 脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)探測仿真結(jié)果

圖10 2號航跡（假目標(biāo)）測距誤差統(tǒng)計(jì)圖

圖11 1號航跡（真實(shí)目標(biāo)）測距誤差統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)束語

本文根據(jù)脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)工作原理及信號處理流程，建立了該體制雷達(dá)接收處理的信號級仿真模型，通過仿真試驗(yàn)分析了脈沖調(diào)頻測距雷達(dá)的距離測量精度，以及對雷達(dá)偵察裝備信號類型識別效果的影響，最后探討了DRFM欺騙干擾對該體制雷達(dá)的干擾效果?！?/p>