一種基于多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)

摘要 研究了基于多相濾波結(jié)構(gòu)數(shù)字信道化接收機(jī)的雷達(dá)信號(hào)撿測(cè)技術(shù)，在提出接收機(jī)具體實(shí)現(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，分析了不同形式雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)方法，并對(duì)信號(hào)檢測(cè)中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了討論。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞 信道化；多相濾波；接收機(jī)；信號(hào)檢測(cè)

在電子戰(zhàn)環(huán)境中，信號(hào)一般都具有復(fù)雜化、密集化的特點(diǎn)，占用的頻譜越來越寬，從而對(duì)雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)也提出了更高的要求。信道化接收技術(shù)是解決寬帶信號(hào)檢測(cè)等問題的一種有效方式。信道化接收機(jī)因其具備較大的瞬時(shí)帶寬、能夠檢測(cè)和處理同時(shí)到達(dá)的信號(hào)、具有準(zhǔn)確的參數(shù)測(cè)量能力和一定的信號(hào)識(shí)別能力等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

1 基于多相濾波結(jié)構(gòu)的數(shù)字信道化
基于多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)數(shù)學(xué)模型如圖1所示。信號(hào)x(n)通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)開關(guān)將原信號(hào)分到每個(gè)信道上，相當(dāng)于按因子D進(jìn)行下采樣，經(jīng)過每一路的子濾波器濾波后，通過一個(gè)D點(diǎn)的DFT，使不同頻率的信號(hào)在不同的頻帶輸出。

其中，hk(m)是由高階的低通濾波器原型h(n)分解得到；h(n)按照每個(gè)信道的帶寬來設(shè)計(jì)，h(n)與hk(n)滿足關(guān)系hk(n)=h(k+nD)，k=0，1，…，D-1。實(shí)際中常選擇D為2的N次冪，以便用FFT算法代替DFT。
設(shè)信道數(shù)為D，原型低通濾波器階數(shù)為N，當(dāng)每個(gè)信道都輸出一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)所需的乘法運(yùn)算量為
S=D×(N／D)+(D／2)×log2D (1)
經(jīng)運(yùn)算可知，此類接收機(jī)的運(yùn)算量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中具有更高的效率。

2 多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)
隨著信號(hào)產(chǎn)生和處理技術(shù)的發(fā)展，一部雷達(dá)往往能根據(jù)需要產(chǎn)生多種不同樣式的波形，而且現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)環(huán)境日益復(fù)雜，信號(hào)形式多變，在同一時(shí)間可能有多個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)。利用多相濾波信道化的方法，將時(shí)域重疊但頻域不重疊的信號(hào)劃分到各個(gè)子信道上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)此類信號(hào)的檢測(cè)。信道劃分形式的示意圖如圖2所示。

由圖2可以看出，信道交疊處設(shè)計(jì)有特定的信道阻帶衰減帶，相鄰?fù)ǖ辣仨氂幸粋€(gè)重疊區(qū)域，這可以通過設(shè)置濾波器的帶寬和過渡帶來實(shí)現(xiàn)。但這種設(shè)計(jì)方法會(huì)導(dǎo)致一個(gè)窄帶信號(hào)的輸出跨越一個(gè)或多個(gè)輸出通道，這種情況在分析任意帶寬和任意中心頻率譜時(shí)經(jīng)常發(fā)生，因此必須采用一定的判定方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
對(duì)于同時(shí)在信道中出現(xiàn)的信號(hào)，說明信號(hào)的到達(dá)時(shí)間相同，這可能是幾個(gè)同時(shí)到達(dá)的獨(dú)立信號(hào)，也可能是一個(gè)窄帶信號(hào)在兩個(gè)信道同時(shí)有輸出。若信號(hào)均在不相鄰的信道出現(xiàn)，則認(rèn)為是同時(shí)到達(dá)的幾個(gè)獨(dú)立信號(hào)；若信號(hào)在相鄰兩個(gè)信道出現(xiàn)，則認(rèn)為是一個(gè)窄帶信號(hào)在相鄰兩個(gè)信道同時(shí)有輸出。對(duì)于這種信號(hào)的判別方法有兩種：當(dāng)相鄰兩個(gè)信道的信號(hào)幅值大小相差很遠(yuǎn)時(shí)，則將幅值大的信號(hào)輸出信道作為真實(shí)信號(hào)所在的信道；當(dāng)相鄰兩個(gè)信道的信號(hào)幅值大小相近時(shí)，可以采用兩個(gè)信道中心頻率取平均的方法，即取兩個(gè)信道中心頻率之和的1／2，此時(shí)的測(cè)頻誤差為信道帶寬的1／2，只要誤差在允許范圍內(nèi)，這種方法是具有可行性的。
對(duì)于不同時(shí)在信道中出現(xiàn)的信號(hào)，說明信號(hào)的到達(dá)時(shí)間不同，這可能是幾個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，也可能是一個(gè)跨越幾個(gè)信道的寬帶線性調(diào)頻信號(hào)。若為單個(gè)寬帶線性調(diào)頻信號(hào)，設(shè)其初始頻率為f0；調(diào)頻斜率為μ；t0時(shí)刻到達(dá)，每個(gè)子信道帶寬為B；第i個(gè)信道的中心頻率為fi，則這個(gè)信號(hào)在第i個(gè)信道的結(jié)束時(shí)間為

因?yàn)閒i+1-fi=B，所以在理想情況，即濾波器為理想濾波器的情況下，有ton=toff，也就是說寬帶線性調(diào)頻信號(hào)會(huì)按時(shí)間順序依次出現(xiàn)在各子信道。但一般情況下濾波器不是理想的矩形，而會(huì)有一個(gè)過渡帶，過渡帶的大小與濾波器的具體設(shè)計(jì)有關(guān)，在此設(shè)為△B。由于過渡帶的影響，使得信號(hào)不會(huì)嚴(yán)格的按時(shí)間順序依次出現(xiàn)在各子信道，子信道內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)時(shí)域會(huì)有重疊部分，重疊時(shí)間△t≈△B／μ，所以若滿足|ton-toff|△t，則可認(rèn)為是按時(shí)間順序依次出現(xiàn)在每個(gè)信道的。
由以上分析可知，若要判斷信號(hào)為單個(gè)寬帶線性調(diào)頻信號(hào)需要滿足兩個(gè)條件：一是信號(hào)應(yīng)按時(shí)間順序依次出現(xiàn)在各相鄰子信道；二是要滿足各子信道的幅值相近。若到達(dá)時(shí)間不連續(xù)或幅值有明顯差異，均認(rèn)為是兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)。

3 多相濾波結(jié)構(gòu)雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)仿真
仿真中采樣率設(shè)為200 MHz，信道數(shù)為16，有效信號(hào)頻率范圍為-100～100 MHz，所以每個(gè)通道的帶寬為12．5 MHz。注意到相鄰兩個(gè)信道間會(huì)有一定的交疊，這樣設(shè)計(jì)可以保證不會(huì)丟失頻點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)產(chǎn)生一定的影響。
圖3給出了多相濾波結(jié)構(gòu)的信道化接收機(jī)正頻域8通道的時(shí)域包絡(luò)，相應(yīng)的圖4是各通道的頻譜分析。