摘 要： 脈沖壓縮技術(shù)在現(xiàn)在雷達系統(tǒng)中具有越來越重要的應(yīng)用，而抑制副瓣是脈沖壓縮技術(shù)中的一個重要課題。本文研究了線性調(diào)頻信號脈沖壓縮的副瓣抑制問題。由于在壓縮過程中，會在窄脈沖兩側(cè)不可避免地產(chǎn)生以辛格函數(shù)為包絡(luò)的副瓣，副瓣的存在會大大降低多目標分辨能力，故采用了副瓣抑制的加權(quán)處理方法即通過海明加權(quán)，使副瓣明顯的得到抑制，改善了濾波器的性能，所以在現(xiàn)代雷達中得到廣泛應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞： 線性調(diào)頻 脈沖壓縮信號 副瓣 加權(quán) 控制方法
　　
　　線性調(diào)頻信號通過匹配濾波器后，輸出壓縮脈沖的包絡(luò)近似為sinc（x）形狀。其中最大的第一對副瓣為主瓣電平的-13.2dB，其他副瓣隨其離主瓣的時隔x按1/x規(guī)律衰減，副瓣零點間隔為1/B。在多目標環(huán)境中，這些副瓣會埋沒附近教小目標的主信號，引起目標丟失。為了提高分辨多目標的能力，必須采用副瓣抑制或簡稱加權(quán)技術(shù)。加權(quán)可以在發(fā)射端、接收端或收、發(fā)兩端上進行，分別稱為單向加權(quán)或雙向加權(quán)。其方式可以是頻率域幅度或相位加權(quán)，也可以是時間域幅度或相位加權(quán)。此外，加權(quán)可在射頻、中頻或視頻級中進行。為了使發(fā)射機工作在最佳功率狀態(tài)，一般不在發(fā)射端進行加權(quán)。目前應(yīng)用最廣泛的是在接收端中頻級采用頻率域幅度加權(quán)。本文用的是時間域進行加權(quán)。
　　加權(quán)網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是對信號進行失配處理。所以它不僅使副瓣得到抑制，而且使輸出信號包絡(luò)主瓣降低、變寬。換句話說，副瓣抑制是以信—噪比損失及距離分辨力變壞作為代價的。如何選擇加權(quán)函數(shù)，這涉及最佳準則的確定?？紤]到信號波形和頻譜的關(guān)系與天線激勵和遠場的關(guān)系具有本質(zhì)上的共性，人們應(yīng)用天線設(shè)計中的副瓣抑制理論，提出多爾夫-切比雪夫（Dolph-Chebyshive）函數(shù)作為最佳加權(quán)函數(shù)。但是這種理想的加權(quán)函數(shù)甚至其近似函數(shù)臺勞（Taylor）函數(shù)都是難以實現(xiàn)的。我們只能在副瓣抑制、主瓣加寬、信-噪比損失、副瓣衰速度，以及技術(shù)實現(xiàn)難易等幾個方面折中考慮，選擇合適的加權(quán)函數(shù)。如海明（Hamming）［１］加權(quán)函數(shù)、余弦平方、余弦立方、預(yù)選四次方加權(quán)函數(shù)，等等。本文采用了海明加權(quán)函數(shù)。用下列一般形式表示加權(quán)函數(shù)［2］：
　　K、n為不同值時，表示為不同的加權(quán)函數(shù)。
　　一、線性調(diào)頻脈壓信號的加權(quán)處理［3］
　　線性調(diào)頻脈沖信號通過匹配濾波器之后，被壓縮成窄脈沖，取得最大信噪比。但是在壓縮過程中，不可避免地會在窄脈沖兩側(cè)產(chǎn)生以辛格函數(shù)為包絡(luò)的逐漸遞減的副瓣。副瓣的存在將大大降低其多目標的分辨能力，使得處于接近位置的多個目標可能分辨不清。如果不存在多目標，一個大目標的距離副瓣也可能超過檢測門限而產(chǎn)生虛警。因此，必須采取一些措施來抑制副瓣。衡量一個脈沖壓縮處理系統(tǒng)的性能指標主要有三條：壓縮比、多普勒容限和輸出信號的相對副瓣電平。抑制副瓣的最佳有效辦法就是采用加權(quán)技術(shù)。
　　加權(quán)處理實際上就是將匹配濾波器的頻率響應(yīng)乘上適當?shù)腻F削函數(shù)，如漢寧函數(shù)、海明函數(shù)，等等。加權(quán)分為頻域加權(quán)和時域加權(quán)。通過調(diào)整頻譜的幅度來得到壓縮脈沖形狀的方法稱為頻域加權(quán)；通過控制波形包絡(luò)形狀來獲得多普勒響應(yīng)形狀的方法稱為時域加權(quán)。無論是時域加權(quán)還是頻域加權(quán)，都是為了降低在另外一個域的副瓣。需要指出的是：加權(quán)處理實質(zhì)上是一種失配處理，他是以主瓣加寬和信噪比降低為代價的。本文采用了時域加權(quán)。原理圖如圖4所示。下表為特定條件下的主要性能指標。
　　一些常用的加權(quán)函數(shù)及其主要性能指標如下表所示。
　　而本次實驗仿真是用了海明時域加權(quán)。并且加權(quán)后的最大副瓣值達到-40d以下［4］。
　　二、海明加權(quán)
　　進行脈沖壓縮處理時，會產(chǎn)生副瓣，抑制副瓣的最佳有效辦法就是采用加權(quán)技術(shù)。而根據(jù)上表所示的加權(quán)函數(shù)及其性能指標，我們則選擇了海明加權(quán)。
　　海明窗的窗函數(shù)為：
　　幅度函數(shù)為：
　　主瓣寬度為4×2π/N=8π/N，過渡帶寬Vw=3.3×2π/N。
　　根據(jù)上圖，匹配濾波器h（n）與加權(quán)函數(shù)w（n）可以看成是一個新的濾波器即：
　　三、MATLAB仿真程序
　　根據(jù)上面的原理和分析推導過程，我們結(jié)合MATLAB相關(guān)知識，再根據(jù)所給的仿真參數(shù)。編寫了MATLAB程序，并通過計算機仿真得出結(jié)果，并分析結(jié)果。
　　選取的仿真參數(shù)為：脈沖寬度為150us，調(diào)頻帶寬為2MHz，A/D采樣周期為0.1us。分析加權(quán)對主副比的改善及信號損失。MATLAB仿真程序見附錄。
　　四、MATLAB仿真運行結(jié)果：
　　>> max1，max2，signalmiss=
　　ans =
　　 89.2650 87.9185 1.3465
　　 1.0e-006 *
　　 0.5000 0.7000
　　經(jīng)過處理后的輸出結(jié)果為：
　　處理后實驗結(jié)果圖2 沒加權(quán)的輸出信號
　　處理后實驗結(jié)果圖3 加權(quán)后的輸出信號
　　由實驗結(jié)果可以得出：沒加權(quán)的主副比為-13.3584dB，下降-3dB的展寬tk1為0.5us；加權(quán)后的主副比為-42.4815dB，下降-3dB的展寬tk2為0.7us，信號損失signalmiss為1.3465dB。上面的數(shù)字結(jié)論表明，通過海明加權(quán)，主副比大大改善，即副瓣得到了顯著的抑制。雖然在加權(quán)后帶來了一定的信噪比損失，但匹配濾波器的性能得到了大大的提高。證明了加權(quán)技術(shù)在提高主副比上是提高雷達信號處理性能的一項關(guān)鍵技術(shù)。
　　五、結(jié)語
　　在雷達系統(tǒng)中，脈沖壓縮技術(shù)可以較好地解決作用距離和分辨力之間的矛盾，從而提高了雷達距離分辨力。LFM信號是雷達體制中常用的一種信號形式，脈沖壓縮系數(shù)的設(shè)計就是匹配濾波器的設(shè)計。同時，副瓣峰值過高可能會淹沒鄰近主小目標的信息，故為了提高分辨小目標的能力，文中采用了窗函數(shù)加權(quán)技術(shù)。因為沒加權(quán)的匹配濾波器，主副比都不盡如人意。尋找或選擇恰當?shù)募訖?quán)函數(shù)（網(wǎng)絡(luò)）來降低副瓣。提高主副比設(shè)計最佳濾波器是提高雷達信號處理性能的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文則是選擇了海明加權(quán)，由實驗結(jié)果可以看出。副瓣得到大大的改善，并且主瓣變寬。雖然信號有一定的損失，但是性能卻大大改善了。
　　LFM脈沖壓縮是雷達中應(yīng)用廣泛的技術(shù)之一。降低壓縮脈沖的旁瓣電平在超分辨力信號處理技術(shù)中顯得日益重要。本文從理論及實驗仿真上論證了加權(quán)技術(shù)實現(xiàn)希望的低旁瓣電平的脈沖壓縮信號處理方法。雷達中的匹配濾波器通常是失配的。失配的結(jié)果是輸出峰值下降、主瓣展寬、距離分辨力下降。如何選擇加權(quán)函數(shù)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場合的需要，依據(jù)最佳準則能在旁瓣抑制、主瓣展寬、信噪比損失、旁瓣衰減速度，以及技術(shù)實現(xiàn)難易等幾個方面折中考慮。
　　
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