一種基于多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達(dá)信號檢測技術(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)信號撿測技術(shù)，在提出接收機(jī)具體實現(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，分析了不同形式雷達(dá)信號的檢測方法，并對信號檢測中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了討論。仿真結(jié)果驗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)；信號檢測

在電子戰(zhàn)環(huán)境中，信號一般都具有復(fù)雜化、密集化的特點，占用的頻譜越來越寬，從而對雷達(dá)信號的檢測技術(shù)也提出了更高的要求。信道化接收技術(shù)是解決寬帶信號檢測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帶寬、能夠檢測和處理同時到達(dá)的信號、具有準(zhǔn)確的參數(shù)測量能力和一定的信號識別能力等優(yōu)點而得到廣泛應(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x(n)通過一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)將原信號分到每個信道上，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D點的DFT，使不同頻率的信號在不同的頻帶輸出。

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

2 多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達(dá)信號檢測技術(shù)
隨著信號產(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)信號環(huán)境日益復(fù)雜，信號形式多變，在同一時間可能有多個信號同時出現(xiàn)。利用多相濾波信道化的方法，將時域重疊但頻域不重疊的信號劃分到各個子信道上，可以實現(xiàn)對此類信號的檢測。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)計有特定的信道阻帶衰減帶，相鄰?fù)ǖ辣仨氂幸粋€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現(xiàn)。但這種設(shè)計方法會導(dǎo)致一個窄帶信號的輸出跨越一個或多個輸出通道，這種情況在分析任意帶寬和任意中心頻率譜時經(jīng)常發(fā)生，因此必須采用一定的判定方法對信號進(jìn)行檢測。
對于同時在信道中出現(xiàn)的信號，說明信號的到達(dá)時間相同，這可能是幾個同時到達(dá)的獨立信號，也可能是一個窄帶信號在兩個信道同時有輸出。若信號均在不相鄰的信道出現(xiàn)，則認(rèn)為是同時到達(dá)的幾個獨立信號；若信號在相鄰兩個信道出現(xiàn)，則認(rèn)為是一個窄帶信號在相鄰兩個信道同時有輸出。對于這種信號的判別方法有兩種：當(dāng)相鄰兩個信道的信號幅值大小相差很遠(yuǎn)時，則將幅值大的信號輸出信道作為真實信號所在的信道；當(dāng)相鄰兩個信道的信號幅值大小相近時，可以采用兩個信道中心頻率取平均的方法，即取兩個信道中心頻率之和的1／2，此時的測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。
對于不同時在信道中出現(xiàn)的信號，說明信號的到達(dá)時間不同，這可能是幾個獨立的信號，也可能是一個跨越幾個信道的寬帶線性調(diào)頻信號。若為單個寬帶線性調(diào)頻信號，設(shè)其初始頻率為f0；調(diào)頻斜率為μ；t0時刻到達(dá)，每個子信道帶寬為B；第i個信道的中心頻率為fi，則這個信號在第i個信道的結(jié)束時間為

因為fi+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)頻信號會按時間順序依次出現(xiàn)在各子信道。但一般情況下濾波器不是理想的矩形，而會有一個過渡帶，過渡帶的大小與濾波器的具體設(shè)計有關(guān)，在此設(shè)為△B。由于過渡帶的影響，使得信號不會嚴(yán)格的按時間順序依次出現(xiàn)在各子信道，子信道內(nèi)出現(xiàn)的信號時域會有重疊部分，重疊時間△t≈△B／μ，所以若滿足|ton-toff|△t，則可認(rèn)為是按時間順序依次出現(xiàn)在每個信道的。
由以上分析可知，若要判斷信號為單個寬帶線性調(diào)頻信號需要滿足兩個條件：一是信號應(yīng)按時間順序依次出現(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)時間不連續(xù)或幅值有明顯差異，均認(rèn)為是兩個獨立的信號。

3 多相濾波結(jié)構(gòu)雷達(dá)信號檢測仿真
仿真中采樣率設(shè)為200 MHz，信道數(shù)為16，有效信號頻率范圍為-100～100 MHz，所以每個通道的帶寬為12．5 MHz。注意到相鄰兩個信道間會有一定的交疊，這樣設(shè)計可以保證不會丟失頻點，但同時也會對信號的檢測產(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通道的時域包絡(luò)，相應(yīng)的圖4是各通道的頻譜分析。