新型寬帶數(shù)字接收機(jī)及脈沖壓縮雷達(dá)信號參數(shù)估計算法研究.pdf

1、脈沖壓縮雷達(dá)發(fā)射大時寬-帶寬積的雷達(dá)信號，在接收時采用脈沖壓縮技術(shù)，將長脈沖壓縮成窄脈沖，提高了雷達(dá)的距離分辨率的同時，降低了雷達(dá)信號的被截獲概率。脈沖壓縮雷達(dá)是一種低截獲概率雷達(dá)，對現(xiàn)代反輻射導(dǎo)彈(ARM)導(dǎo)引頭和其他被動偵察接收機(jī)提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的晶體視頻檢波接收機(jī)不再適應(yīng)截獲脈沖壓縮雷達(dá)信號的要求，急需發(fā)展寬帶數(shù)字接收機(jī)。寬帶數(shù)字接收機(jī)直接將中頻信號或射頻信號數(shù)字化，保留了脈沖壓縮雷達(dá)信號的頻率、相位調(diào)制信息，便于進(jìn)行信號檢測

2、、存儲、分析。
　　 對付脈沖壓縮雷達(dá)信號首先是檢測接收，然后是識別。在信號的載頻、帶寬均未知且時變的條件下，如何同時對不同體制的雷達(dá)信號進(jìn)行“盲接收”，是寬帶數(shù)字接收機(jī)首先要解決的問題。數(shù)字信道化接收機(jī)可以處理同時到達(dá)信號，均勻信道化方法可以采用高效的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，是一種較為成熟的寬帶數(shù)字接收機(jī)體制，但是由于信道劃分是嚴(yán)格均勻且固定的，不適應(yīng)電子戰(zhàn)的環(huán)境，需要改進(jìn)。
　　 完整接收到信號后，還需要提取脈沖壓縮雷達(dá)信號的調(diào)制

3、參數(shù)。相位編碼信號、線性調(diào)頻信號、非線性調(diào)頻信號是脈沖壓縮雷達(dá)信號普遍采用的信號類型，其中相位編碼信號又分為二相編碼信號和多相編碼信號，四相編碼信號是最常用的多相編碼信號。相位編碼信號的參數(shù)識別包括估計載頻、碼元速率、編碼規(guī)律等。線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻信號可以建模為多項式相位信號，前者的是二階多項式相位信號，后者是高階多項式相位信號。通過相位建模方法，估計出調(diào)頻信號的相位多項式的系數(shù)就可以完成識別。
　　 本課題圍繞寬帶數(shù)字接收機(jī)

4、平臺截獲和識別脈沖壓縮雷達(dá)信號，對動態(tài)數(shù)字信道化方法、寬帶數(shù)字接收機(jī)的動態(tài)范圍、相位編碼雷達(dá)信號和調(diào)頻雷達(dá)信號的參數(shù)估計算法進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。
　　 在寬帶信道化接收技術(shù)方面，針對接收寬帶信號中存在多個非均勻分布且動態(tài)變化的信道的情況，分析了現(xiàn)有信道化接收機(jī)的缺陷，指出由于信道劃分是嚴(yán)格均勻且固定的，不適應(yīng)電子戰(zhàn)的環(huán)境。提出了動態(tài)數(shù)字信道化方法，結(jié)合濾波器組理論和信號重構(gòu)理論，推導(dǎo)出了兩種高效的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，基于DFT濾波器組的

5、高效結(jié)構(gòu)和基于短時快速傅立葉變換信號分析與綜合的高效結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)可以對時變、非均勻信道進(jìn)行劃分，具有并行，實時的特點(diǎn)，運(yùn)算效率高，具有一定的自適應(yīng)能力。兩種結(jié)構(gòu)可以方便的映射到現(xiàn)有的FPGA器件上，文中給出了關(guān)鍵電路模塊的實現(xiàn)方法。
　　 在擴(kuò)展寬帶數(shù)字接收機(jī)動態(tài)范圍方面，采用中頻數(shù)字AGC技術(shù)。研究了微波前端熱噪聲、放大器鏈路噪聲因數(shù)及非線性特性、超高速ADC有限量化精度等因素對寬帶數(shù)字接收機(jī)動態(tài)范圍的限制。在分析數(shù)字AGC

6、控制算法的基礎(chǔ)上，提出了兩種中頻數(shù)字AGC系統(tǒng)以擴(kuò)展寬帶數(shù)字接收機(jī)動態(tài)范圍。結(jié)合多速率數(shù)字信號處理技術(shù)，提出了高效希爾伯特變換結(jié)構(gòu)提取信號的數(shù)字包絡(luò)，將超高速ADC數(shù)據(jù)流通過采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行降速，給出了適于在FPGA上實現(xiàn)的高效信號包絡(luò)提取電路。
　　 在相位編碼雷達(dá)信號的參數(shù)估計算法方面，綜合運(yùn)用循環(huán)相關(guān)理論和連續(xù)小波變換方法，給出了一種較好的估計流程。根據(jù)PSK信號的循環(huán)平穩(wěn)特性，首先采用循環(huán)譜方法估計其載頻和碼元速率。由

7、于噪聲不具有循環(huán)平穩(wěn)特性，因而該方法具有良好的抗噪性能。利用載頻估計值將PSK信號搬移到基帶，分析了Haar小波變換提取基帶PSK信號相位跳變點(diǎn)的性能，指出當(dāng)殘留載頻趨近于0時，小波模極大值總是出現(xiàn)在相位跳變點(diǎn)處，根據(jù)此特征可以有效的提取相位跳變點(diǎn)的定時信息。在此基礎(chǔ)上，分析了殘留載頻對算法性能的影響以及存在殘留載頻時，小波尺度的選取策略。在編碼序列識別方面，提出了基于定時信息的直接相位法。采用大數(shù)判決對相位函數(shù)進(jìn)行校正，有效地消除噪聲

8、引入的跳周現(xiàn)象，提出采用長度大于1的編碼游程估計殘留載頻引入的累積相位，從而消除累積相位，大大降低了殘留載頻對算法的影響。
　　 在調(diào)頻雷達(dá)信號參數(shù)估計算法方面，運(yùn)用了多項式相位建模法。研究了乘積型高階模糊度函數(shù)(PHAF)算法存在的漏檢問題和誤差傳遞效應(yīng)。推導(dǎo)了PHAF算法漏檢問題產(chǎn)生的條件，在此基礎(chǔ)上提出了PAHAF算法。分析了誤差傳遞效應(yīng)的實質(zhì)，提出通過Chirp-Z變換的方法提高頻率分辨率，從而提高多項式相位信號的高階相