一种新的步进频率编码信号及其处理

一种新的步进频率编码信号及其处理

王华强，罗丰

（西安电子科技大学，陕西省西安市 710071）

摘 要：提出一种高分辨测速和测距的步进频率编码信号形式---复合步进频信号。该信号交

替发射一组单载频脉冲信号和一组载频以固定频率步长步进的脉冲信号。用单载频脉冲回波

信号做FFT 综合对目标初测速，再用载频步进脉冲回波信号做去速度模糊处理，完成对目标

速度的侦测。对速度补偿后的载频步进脉冲回波做类IFFT 综合完成目标的高分辨测距。文中

同正负步进频率编码信号进行了性能比较，表明该信号形式有较好的测速、测距性能。

关键词：雷达；频率步进；编码信号；速度高分辨；距离高分辨

1 引 言

频率步进脉冲雷达是一种重要的高分辨率雷达体制，通过对同一距离单元多个不同频率脉冲

回波信号的非相干积累[1], 在接收端通过信号合成实现对目标的一维高分辨成像。步进频体制降

低了系统的瞬时带宽, 从而减轻了数字信号处理的负担。

步进频率信号一般用于高分辨测距雷达，高距离分辨特性使得目标运动特性不能被忽略，必

须先对目标运动参数加以精确补偿,再进行测距信号处理。目标同雷达平台间的径向速度会导致

合成目标的径向一维距离像产生距离徙动和波形失真。 如果使用一种距离与多普勒耦合小的

步进频信号形式则可以减弱步进频的速度多普勒影响。文献[2]所提出的就是一种同时具有较高

测速、测距分辨力，模糊函数为“图钉”形的正负步进频率编码信号形式，提高了目标距离－速

度联合分辨能力。

]3[本文也提出了一种同正负步进频率步进频类似的频率编码步进频信号形式---复合步进频信

号，并对这种信号形式做了分析，给出了利用此种信号形式的步进频雷达的信号处理方法。比较

表明，这种信号编码形式在相近的工作参数下较正负步进频率编码信号有更宽的测速范围、更高

的测速分辨和相对短的相干积累时间。

2 常规步进频率编码信号 步进频率编码信号是一组载频按固定频率递增的信号，其信号形式为

])0(2exp[)(1)(10t f k f j kT t u N t s r N k c ∆+−=∑−=π (1)

式中为编码脉冲串个数，为递增频率，是步进频率编码信号的起始步进频率，

N f ∆0f ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤=thers

0t 0 1)(o T T t u p p c 是能量归一的矩形脉冲，为脉冲持续时间。 p T 步进频率编码体制雷达通过对相同距离单元不同频率脉冲回波的相干积累处理，获得高分辨

的距离信息。当目标与雷达平台有相对运动时，二者的径向速度对雷达测距的影响显著，使得目

标在一维距离像上出现目标距离像的平移即距离走动和像的波形展宽、峰值降低即目标发散，甚

至使目标成像失败。步进频率编码信号在目标距离像综合前一般要进行速度补偿。

王华强 男，1980年5月生，江苏南京人，西安电子科技大学信号与信息处理专业硕士在读。

3 复合步进频编码信号及其在雷达系统中的信号处理

3.1 信号分析：

复合步进频编码信号是一种交替发射一组频率为的单频脉冲序列和一组以为频率步

长从步进到的正向步进脉冲序列的雷达信号编码形式。

0f f ∆0f f N f ∆−+)1(0单频脉冲序列个数为N-1，同正向步进脉冲序列的第一个同样载频为的脉冲构成N个测速

序列，表示为

0f ∑−=−=011)02exp()(1

)(N k r c t f j kT t u N t s π (2)

N个以为步进步长从步进到f ∆0f f N f ∆−+)1(0的正向步进脉冲序列构成测距序列

∑−=∆+−=

102])0(2exp[)(1)(N k r c t f k f j kT t u N t s π (3)

复合步进频的发射信号为 )()()(21t s t s t s += (4)

若信号的零中频信号的相应正型模糊函数)(),(),(21t s t s t s ),(),,(),,(21ξτχξτχξτχ，类型

于文献[2],有矢量关系式

),(),(),(21ξτχξτχξτχ+≈ (5)

图1 复合步进频信号的模糊函数 图2 从另外一个角度的模糊函数 作模糊函数所有参数为MHz f T T us T N p r p 2,3,2.0,32=∆===

由图1-2可知复合步进频信号的模糊函数是由几条同0=ξ平面相交的“斜脊”和同0

=ξ平面平行的“平脊”构成。实际上，“斜脊”是),(2ξτχ的模糊函数，“平脊”则是),(1ξτχ的

模糊函数。),(1ξτχ有很高的测速精度。),(2ξτχ却存在着明显的距离－多普勒耦合问题。

),(ξτχ因为),(1ξτχ和),(2ξτχ的叠加，使用在)0,0(),(=ξτ处出现一个很高的主峰，即形成

所谓的“图钉”形模糊函数，相对普通步进频编码信号降低了距离与多普勒耦合。

3.2 复合步进频信号在雷达系统中的处理

图3是复合步进频体制雷达测速测距的框图。分路器实现测速脉冲序列和测距正向步进频率

脉冲序列的分离。输入分路器信号为去中频后的雷达回波信号。

当雷达信号遇到一个初始距离为

径向速度为的目标，则雷达在

0R v )r 22(0kT v R −)(1k )(2k m c c 时刻处接收到的回波 信号，经分路器将雷达回波信号分路为测速序列m 和测距序列。

图3 复合步进频信号处理框图

)]22(02exp[)(01r kT c v c R f j k m −−=π 0,...,2,1N N k −−= (6) )]22)(

0(2exp[)(02r kT c

v c R f k f j k m −∆+−=π 1,...,1,0−=N k (7) 3.2.1. 复合步进频信号的测速处理：

类似普通步进频信号测距，用式(8)对回波信号进行预测速综合处理,

1()m k ∑=−=−−=10011)202exp()2exp()()(N k c R f j N

kn j k m n p ππ

− )2exp()20

2exp(0N

kn j kT c v f j r k ππ−−⋅∑=1N − 1,...,1,0−=N n (8) 式(8)可由FFT快速实现。综合后的一维像与目标与雷达平台径向速度相对应：综合后得到N点

的目标一维速度像，当目标以径向速度向线雷达运动时，定义，速度使成像左移

了)(n p v 0v >v 1v N T f 20⋅r 个像点，定义测速分辨力

r

v T Nf c 02=δ (9) 即大于0的径向速度v 使成像左移)(n p 1v v δ个像点,当速度v v N δ>v 0<时，因为FFT的周期特性而

导致测速度的模糊，如果不判模糊将不能得到真实的目标速度。同样，当目标以径向速度背向

雷达平台时，定义此时的速度v ，目标速度成像循环右移v v δN v 个像点，当速度值v

δ−<时因FFT的周期性导致测速度模糊。如果可确定雷达平台与目标的运动方向，当目标与雷达平台

间径向速度位于式(10)范围之内时，其速度是可测的。定义复合步进频体制雷达的测速范围

[)v v N N δδ,− (10)

但是如果目标同雷达平台的运动方向未知就无法准确获知目标同雷达平台的径向速度，原因

很简单，当目标同雷达平台的径向速度在式(10)的速度范围内变化时，速度v导致的目标一维速