本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種超低旁瓣的脈沖壓縮方法。

背景技術(shù)：

場面監(jiān)視雷達是監(jiān)視機場中飛行區(qū)域的飛機及車輛等地面移動目標或固定障礙物的雷達，幫助塔臺和站坪的管制員借助場面監(jiān)視雷達顯示器清楚地了解地面飛機和車輛的位置，為機場復(fù)雜變化的態(tài)勢提供全天時全天候的狀態(tài)感知。

場面監(jiān)視雷達要求覆蓋范圍為6km，距離分辨力為12m，根據(jù)雷達方程計算，為增加雷達作用距離，需要提高雷達發(fā)射能量，對于采用發(fā)射單脈沖信號的雷達來說，意味著提升發(fā)射功率或加寬發(fā)射信號，而脈沖功率的增加受到硬件系統(tǒng)的限制，而僅僅增加脈沖寬度，則會導(dǎo)致雷達距離分辨力隨之變差。

脈沖壓縮技術(shù)是一種能同時提高雷達的作用距離和距離分辨率的技術(shù)，具有大時寬大帶寬。在發(fā)射端設(shè)計采用大時寬信號，通過增加發(fā)射信號的時寬來降低發(fā)射功率，減小對發(fā)射機的要求，降低成本，并易于工程實現(xiàn)；在接收端通過脈沖壓縮處理將大帶寬信號轉(zhuǎn)為窄脈沖，達到較高的距離分辨能力。脈沖壓縮技術(shù)解決了雷達的距離分辨能力和作用距離之間的矛盾，但是脈壓通過匹配濾波后，無法避免的會在主瓣的兩側(cè)出現(xiàn)幅度低于主瓣的一系列的距離旁瓣。旁瓣是脈沖壓縮處理中最不樂見卻又無法避免的問題，旁瓣是有害的，如果大目標的旁瓣較高，在信號處理時會被誤認為是主瓣，從而造成虛假目標的誤判；并且較強散射點(大目標)的旁瓣會壓制或者掩蓋臨近的弱散射點(較小目標)的主瓣，導(dǎo)致小目標被淹沒，從而引起目標漏判。因此如何降低旁瓣，提高主旁瓣比，成為脈沖壓縮的重點和難點。

普通脈沖壓縮降低旁瓣的方法是加窗函數(shù)，即在脈沖壓縮濾波器后面級聯(lián)一個具有某種錐削函數(shù)頻率響應(yīng)的旁瓣抑制濾波器。通過加窗函數(shù)進行加權(quán)處理可以降低旁瓣，然而不可避免會對主瓣展寬，犧牲一定的距離分辨和信噪比，主瓣展寬會降低雷達探測距離的分辨能力，而信噪比損失會降低雷達作用距離。為了減少匹配濾波后旁瓣對系統(tǒng)性能的影響，需要獲得最優(yōu)的幅頻特性函數(shù)，在對造成干擾的旁瓣信號進行最大抑制的同時，最小限度地影響到距離分辨力和信號檢測能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供了一種超低旁瓣的脈沖壓縮方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種超低旁瓣的脈沖壓縮方法，具體包括以下過程：

步驟1、發(fā)射端根據(jù)發(fā)射的線性調(diào)頻信號s(t)，設(shè)計加權(quán)窗函數(shù)w(t)，將發(fā)射信號變?yōu)閟(t)×w(t)；

步驟2、根據(jù)發(fā)射信號，在接收端設(shè)計對應(yīng)的脈沖壓縮匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)，所述旁瓣抑制濾波器w(t)是根據(jù)加權(quán)窗函數(shù)w(t)設(shè)計；

步驟3、根據(jù)接收端匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)，計算回波信號的脈沖壓縮結(jié)果y(t)＝[s(t)×w(t)]*[h(t)×w(t)]；

步驟4、將發(fā)射端的加權(quán)窗函數(shù)取消，在接收端設(shè)計等效的濾波器h_w(t)，并根據(jù)頻域?qū)崿F(xiàn)方法計算等效濾波器h_w(n)；

步驟5、在發(fā)射端發(fā)射線性調(diào)頻信號s(t)，接收端設(shè)計脈沖壓縮等效濾波器h_w(n)，獲得超低旁瓣。

進一步的，所述步驟1的具體過程為：

步驟11、根據(jù)系統(tǒng)要求的覆蓋范圍，設(shè)計發(fā)射線性調(diào)頻信號s(t)，設(shè)計時寬為T，帶寬為B，中心頻率為f₀的線性調(diào)頻信號；

步驟12、在發(fā)射端設(shè)計加權(quán)窗函數(shù)w(t)；通過加權(quán)窗函數(shù)進行加權(quán)，經(jīng)過加窗處理，除去發(fā)射信號中原有的線性調(diào)頻的頻譜特點；

步驟13、將設(shè)計的線性調(diào)頻信號經(jīng)過加權(quán)窗函數(shù)w(t)之后再發(fā)射，即發(fā)射信號設(shè)置為s(t)×w(t)。

進一步的，所述步驟2的具體過程為：

步驟21、根據(jù)發(fā)射信號，設(shè)計接收端的脈沖壓縮匹配濾波器h(t)，匹配濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)為輸入信號s(n)的鏡像再共軛，即h(n)＝s*(N－l－n)，0＜n＜N-1，所述N為匹配濾波器的階數(shù)，取自然數(shù)；

步驟22：在脈沖壓縮濾波器h(t)后面級聯(lián)一個具有錐削函數(shù)頻率響應(yīng)的旁瓣抑制濾波器w(t)，設(shè)計旁瓣抑制濾波器w(t)是與發(fā)射端的加權(quán)窗函數(shù)w(t)相同。

進一步的，所述加權(quán)窗函數(shù)為海明窗或者凱撒窗或者布萊克曼窗。

進一步的，所述步驟3的具體過程為：將發(fā)射端發(fā)送來的信號通過脈沖壓縮匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)后輸出，將回波信號與脈沖壓縮濾波器進行時域線性卷積運算，獲得回波信號的脈沖壓縮信號輸出

y(t)＝[s(t)×w(t)]*[h(t)×w(t)]。

進一步的，所述步驟4的具體過程為：

步驟41、將發(fā)射端加權(quán)窗函數(shù)取消，發(fā)射信號恢復(fù)為線性調(diào)頻信號s(t)；

步驟42、在接收端設(shè)計等效的濾波器h_w(t)，時域?qū)崿F(xiàn)時，將脈沖壓縮信號輸出等價為y(t)＝s(t)*h_w(t)；

步驟43、通過離散傅里葉變換在頻域完成循環(huán)積，時域卷積對應(yīng)頻域相乘，所以在頻域?qū)崿F(xiàn)脈沖壓縮輸出，則

FFT[y(n)]＝FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]＝FFT[s(n)]×FFT[h_w(n)]

其中，F(xiàn)FT為快速傅氏變換，y(n)、s(n)、w(n)、h(n)分別為y(t)、s(t)、w(t)、h(t)在頻域時的函數(shù)表達式，獲得等效濾波器h_w(n)的傅里葉變換

FFT[h_w(n)]＝FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]/FFT[s(n)]

求傅里葉逆變換可以得出

h_w(n)＝IFFT{FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]/FFT[s(n)]}。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的有益效果為：

1.本發(fā)明提出了脈沖壓縮技術(shù)，在發(fā)射端設(shè)計采用大時寬信號，通過增加發(fā)射信號的時寬來降低發(fā)射功率，減小對發(fā)射機的要求，降低成本，并易于工程實現(xiàn)；在接收端通過脈沖壓縮處理將大帶寬信號轉(zhuǎn)為窄脈沖，達到較高的距離分辨能力；

2.在發(fā)射端和接收端分別設(shè)計窗函數(shù)進行加權(quán)，降低信號的邊緣階躍效應(yīng)，有效降低旁瓣，并提高被大旁瓣淹沒的較弱散射點(較小目標)的目標識別概率，降低目標閃爍；

3.將在發(fā)射端和接收端分別加窗函數(shù)進一步改進設(shè)計為在發(fā)射端不加窗函數(shù)加權(quán)，發(fā)射信號仍為LFM信號，只在接收端將發(fā)射的窗函數(shù)進行等效加權(quán)，通過頻域?qū)崿F(xiàn)方法計算等效濾波器，保障超低旁瓣性能的同時有利于工程的實際應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明超低旁瓣的脈沖壓縮方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。

如圖1所示，一種超低旁瓣的脈沖壓縮方法，具體包括以下過程：

步驟1、發(fā)射端根據(jù)發(fā)射的線性調(diào)頻信號s(t)，設(shè)計加權(quán)窗函數(shù)w(t)，將發(fā)射信號變?yōu)閟(t)×w(t)；

步驟2、根據(jù)發(fā)射信號，在接收端設(shè)計對應(yīng)的脈沖壓縮匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)，所述旁瓣抑制濾波器w(t)是根據(jù)加權(quán)窗函數(shù)w(t)設(shè)計；

步驟3、根據(jù)接收端匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)，計算回波信號的脈沖壓縮結(jié)果y(t)＝[s(t)×w(t)]*[h(t)×w(t)]；

步驟4、將發(fā)射端的加權(quán)窗函數(shù)取消，在接收端設(shè)計等效的濾波器h_w(t)，并根據(jù)頻域?qū)崿F(xiàn)方法計算等效濾波器h_w(n)；

步驟5、在發(fā)射端發(fā)射線性調(diào)頻信號s(t)，接收端設(shè)計脈沖壓縮等效濾波器h_w(n)，獲得超低旁瓣。

在接收端和發(fā)射端分別設(shè)計窗函數(shù)進行加權(quán)，降低信號的邊緣階躍效應(yīng)，有效降低旁瓣，并且處理的主瓣展寬幅度很小，幾乎沒有展寬，主副瓣比得到了明顯的提升，有效降低由旁瓣引起的虛假目標的誤判概率，并提高被大旁瓣淹沒的較弱散射點(較小目標)的目標識別概率，降低目標閃爍接收端通過脈沖壓縮處理將大帶寬信號轉(zhuǎn)為窄脈沖，達到較高的距離分辨能力。

進一步的，所述步驟1的具體過程為：

步驟11、根據(jù)系統(tǒng)要求的覆蓋范圍，設(shè)計發(fā)射線性調(diào)頻信號s(t)，設(shè)計時寬為T，帶寬為B，中心頻率為f₀的線性調(diào)頻信號；在發(fā)射端設(shè)計采用大時寬信號，通過增加發(fā)射信號的時寬來降低發(fā)射功率，減小對發(fā)射機的要求，降低成本，并易于工程實現(xiàn)；

步驟12、在發(fā)射端設(shè)計加權(quán)窗函數(shù)w(t)；通過加權(quán)窗函數(shù)進行加權(quán)，經(jīng)過加窗處理，除去發(fā)射信號中原有的線性調(diào)頻的頻譜特點；發(fā)射信號通過加權(quán)窗函數(shù)處理后不再具有原LFM的頻譜特點，邊緣的階躍性大大減小，菲涅爾紋波也減小，從而有效降低旁瓣；

步驟13、將設(shè)計的線性調(diào)頻信號經(jīng)過加權(quán)窗函數(shù)w(t)之后再發(fā)射，即發(fā)射信號設(shè)置為s(t)×w(t)。

所述步驟2的具體過程為：

步驟21、根據(jù)發(fā)射信號，設(shè)計接收端的脈沖壓縮匹配濾波器h(t)，匹配濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)為輸入信號s(n)的鏡像再共軛，即h(n)＝s*(N－l－n)，0＜n＜N-1，所述N為匹配濾波器的階數(shù)，取自然數(shù)；

步驟22：由于脈沖壓縮會不可避免的引起旁瓣，在脈沖壓縮濾波器h(t)后面級聯(lián)一個具有錐削函數(shù)頻率響應(yīng)的旁瓣抑制濾波器w(t)，設(shè)計旁瓣抑制濾波器w(t)是與發(fā)射端的加權(quán)窗函數(shù)w(t)相同。

所述加權(quán)窗函數(shù)為海明窗或者凱撒窗或者布萊克曼窗等，可以采用的加權(quán)窗函數(shù)優(yōu)選但不限于上述3種。

所述步驟3的具體過程為：將發(fā)射端發(fā)送來的信號通過脈沖壓縮匹配濾波器h(t)和旁瓣抑制濾波器w(t)后輸出，將回波信號與脈沖壓縮濾波器進行時域線性卷積運算，獲得回波信號的脈沖壓縮信號輸出

y(t)＝[s(t)×w(t)]*[h(t)×w(t)]。

所述步驟4的具體過程為：

步驟41、將發(fā)射端加權(quán)窗函數(shù)取消，發(fā)射信號恢復(fù)為線性調(diào)頻信號s(t)；在實際工程中，發(fā)射信號需要通過功放放大后輸出，而功放的工作點在很多情況下設(shè)在飽和或者接近飽和區(qū)，所以加窗函數(shù)后發(fā)射信號回出現(xiàn)嚴重的幅度失真，因此，需要將發(fā)射端加權(quán)窗函數(shù)取消，達到降低旁瓣的目的；

步驟42、在接收端設(shè)計等效的濾波器h_w(t)，時域?qū)崿F(xiàn)時，將脈沖壓縮信號輸出等價為y(t)＝s(t)*h_w(t)；

步驟43、通過離散傅里葉變換在頻域完成循環(huán)積，時域卷積對應(yīng)頻域相乘，所以在頻域?qū)崿F(xiàn)脈沖壓縮輸出，則

FFT[y(n)]＝FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]＝FFT[s(n)]×FFT[h_w(n)]

其中FFT為快速傅氏變換，y(n)、s(n)、w(n)、h(n)分別為y(t)、s(t)、w(t)、h(t)在頻域時的函數(shù)表達式，由于線性調(diào)頻信號為大時寬帶寬積信號，其時寬T與帶寬B都比較寬，需要使用高階復(fù)數(shù)濾波器實現(xiàn)數(shù)字壓縮處理，實現(xiàn)比較麻煩，時域線性卷積效率較低，轉(zhuǎn)化成頻域能提高效率；獲得等效濾波器h_w(n)的傅里葉變換

FFT[h_w(n)]＝FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]/FFT[s(n)]

求傅里葉逆變換可以得出

h_w(n)＝IFFT{FFT[s(n)×w(n)]×FFT[h(n)×w(n)]/FFT[s(n)]}。

本方案步驟1-5的實施例中，在發(fā)射端和接收端均加窗函數(shù)，通過加雙窗函數(shù)獲得超低旁瓣。對不加窗函數(shù)與普通脈沖壓縮加單窗函數(shù)進行仿真測試，不加窗函數(shù)時主副瓣比約17dB，加了單窗函數(shù)之后主瓣展寬但副瓣大幅度壓縮，主副瓣比明顯增加，達到50dB以上，且不同的窗函數(shù)主瓣展寬程度和旁瓣的壓縮程度不同，過渡帶和第一旁瓣的位置也不同。對該實施例中的加雙窗函數(shù)和加單窗函數(shù)進行仿真測試，與加單窗函數(shù)比較，加雙窗函數(shù)時主瓣展寬幅度很小，幾乎沒有展寬，但主副瓣比繼續(xù)明顯增加，增加20dB以上；并且，與加雙海明窗函數(shù)比較，加雙凱撒窗函數(shù)展寬幅度更小，且近距的旁瓣明顯降低，過渡帶寬更窄，副瓣更加大幅度的壓縮。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實質(zhì)性改變或改進，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護的范圍。