巴克码信号处理的计算机仿真

巴克码信号处理的计算机仿真

侯民胜

(北京航空工程技术研究中心　北京　100076)

摘　要:巴克码信号是二相编码信号的一种,在PD 雷达中得到了广泛应用。对巴克码信号进行匹配滤波处理可使输出信噪比达到最大。介绍了匹配滤波器的设计原理,给出白噪声匹配滤波器的传递函数模型。在Matlab/Simulink 平台上,建立雷达发射信号为巴克码信号时匹配滤波器的仿真模型。计算机仿真表明,巴克码信号经匹配滤波器后脉冲宽度被压缩,信噪比得到了显著提高。该滤波器的脉冲压缩功能,解决了一般脉冲雷达通过增加脉冲宽提高作用距离与距离分辨力下降的矛盾。

关键词:巴克码信号;信号处理;匹配滤波器;信噪比;计算机仿真

中图分类号:TN95312 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)232075203

Computer Simulation of Signal Processing of B arker Code

HOU Minsheng

(Beijing Aeronautical Technology Research Center ,Beijing ,100076,China )

Abstract :Barker code signal ,one of the two 2phase code signal ,is used widely in PD radar.Matched filter processing can make the output SNR reach the maximum.The design principle of matched filter is introduced ,and the model of transfer func 2tion of matched filter for white noise is given.Based on Matlab/Simulink ,the simulation model of matched filter for Baker code signal is setup.The simulation show that the pulse width is pressed when the Baker code signal through a matched filter ,and the SNR is enhanced evidently.This matched filter solved the conflict between the raising of detection range and the falling of the range resolution in common pulse radar by pulse pressing.

K eywords :Barker code signal ;signal processing ;matched filter ;SNR ;computer simulation

收稿日期:2008205212

现代雷达要求既能探测远距离目标,又要有高的距离分辨力[1]。高的距离分辨力要求有极窄的脉冲宽度,这就限制了发射功率的增加,从而影响雷达的探测距离。采用脉冲压缩技术,发射宽脉冲信号,接收时经脉冲压缩后变成窄脉冲,可以解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾[2]。脉冲压缩雷达的发射信号一般为调频信号和二相编码信号。在有限的二相编码序列中,巴克码序列为最佳序列,它具有理想的自相关特性,在PD 雷达中得到了广泛的应用[3]。1　巴克码特性

相位编码信号的一般表达式为[4]:

　s (t )=∑N -1

n =0

rect 1T

(

t -nT )exp (j2πf 0t +θn )

(1)

式中,f 0为信号频率,N 为码长度,T 为子脉冲宽度,θn

为巴克码相位,取0或π。

其复包络信号为:

u (t )=∑N -1

n =0

rect 1T

(

t -nT )exp (j θn )

(2) 巴克码序列是相位编码信号的一种,具有理想的自

相关特性。巴克码的自相关函数的主峰和旁瓣均为底边宽度为2T 的等腰三角形,主瓣峰值是旁瓣峰值的13倍。目前能够找到的巴克码只有7种,子脉冲长度分别为:2,3,4,5,7,11,13。已经证明巴克码的最大长度为13位。

对式(1)取傅里叶变换可得到巴克码信号的频谱:

U (f )=T sinc (f T )

∑

N -1

n =0

c n

exp (-j2πf n T )(3)

式中,c n =exp (θn ),取1或-1。2　巴克码信号的匹配处理

现代雷达信号处理系统的设计一般都采用匹配滤波

器,使输出信噪比达到最大。根据最佳匹配理论,白噪声环境下,巴克码信号最佳匹配滤波器的传输函数为[5]:

H (f )=kU 3

(f )

(4)式中,k 为常数,U (f )为巴克码信号的频谱。

巴克码信号最佳匹配滤波器的组成如图1所示。第一级为子脉冲匹配滤波器,第二级为一个延迟加权网络。

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7《现代电子技术》2008年第23期总第286期 通信与信息技术

图1　巴克码信号最佳匹配滤波器的组成框图

上述方案对于不同的雷达信号,匹配滤波器的结构

不同。采用数字信号处理技术,可使匹配处理器具有通用性,即适用不同的雷达信号。数字信号处理方案是在频域进行的,通过对雷达信号进行快速傅里叶变换FF T 和共轭变换,求匹配滤波器传输函数然来实现。3　巴克码信号处理的计算机仿真3.1　仿真模型

随着计算机技术和仿真技术的发展,计算机仿真技术被广泛应用于雷达系统设计领域,在一定程度上可以替代外场测试,降低雷达研制的成本和周期[6]。本文在Matlab/Simulink 平台上建立了巴克码信号处理的计算机仿真模型[7]。图2是采用数字信号处理方案的仿真模型组成框图

。

图2　巴克码匹配滤波仿真模型

由于采用数字处理技术,信号源需表示成离散形

式。巴克码信号的仿真模型为:

u (n )=exp (j φ(n ))

(5)φ(n )=00

000

ππ00π0π0

mod (n ,13Δ

)≤ΔΔ

)≤5Δ5Δ

)≤6Δ6Δ

)≤7Δ7Δ

)≤8Δ8Δ

)≤9Δ9Δ

)≤10Δ10Δ

)≤11Δ11Δ

)≤12Δ12Δ

)≤13Δ(6) 式(6)中:Δ=fix (T/T s ),T 为子脉冲宽度,T s 为

采样周期,fix 取趋于零的最近整数。

噪声模型可由DSP 工具箱直接给出。

巴克码信号进行FF T 变换(先补零)和共轭变换后可得到巴克码信号匹配滤波器的传输函数。信号+噪声进行FF T 变换(先补零)后得到其频谱函数,与传输函数相乘后即为频率响应,再经IFF T 变换输出时域波形。3.2　仿真结果

图3是子脉冲宽度T =1μs 的巴克码信号波形,图4是不加噪声信号时匹配滤波器的输出波形。仿真结果表明,巴克码信号经匹配滤波器后,主瓣幅度为副瓣幅度的13倍,即:副瓣电平为2213dB ,

脉冲宽度压缩为原来的1/13

。采用组合巴克码的方法,即对每一个码元再进行编码,可进一步提高压缩比。

图3　巴克码信号波形

图4　滤波器输出巴克码信号波形

图5

是信噪比为-10dB 时匹配滤波器的输出波形。在输入端信号已完全淹没在噪声中,而由输出信号

波形可知,信噪比得到了很大提升。

图5　滤波器输出的信号+噪声波形

为进一频抑制副瓣电平,可增加一级与图1相似的延迟加权网络,延迟时间为2倍的子脉冲宽度(图4所示)。由于主瓣和旁瓣之间有良好的相似性,通过加权网络可消除主瓣旁边的旁瓣。由于信号的对称性,加权

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