調頻信號超低副瓣脈沖壓縮算法

王傳志 李學華 孫清 秦正霞

摘 要： 討論雙向加權超低副瓣脈沖壓縮算法，針對其存在的缺點在譜修正技術基礎上進行算法改進。試驗了線性調頻信號和非線性調頻信號在改進算法中旁瓣抑制的效果，通過 Matlab仿真結果表明，改進的雙向加權脈壓方法對調頻信號具有很好的旁瓣抑制能力。

關鍵詞： 雙向加權； 旁瓣抑制； 譜修正； Kaiser窗； 調頻信號； 脈沖壓縮

中圖分類號： TN957.51?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）13?0025?04

Abstract： The ultralow side?lobe pulse compression algorithm with bidirectional weighting is discussed， and is improved on the basis of spectrum correction technique. The side?lobe suppression effect of LFM signal and NLFM signal in the improved algorithm was tested. The results of Matlab simulation show that the improved bidirectionally?weighted pulse compression method has high side?lobe suppression ability for the frequency?modulated signal.

Keywords： bidirectional weighting； side?lobe suppression； spectrum correction； Kaiser window； frequency?modulated signal； pulse compression

0 引 言

脈沖壓縮技術是現代雷達系統中主要用于解決雷達作用距離和距離分辨率這一矛盾的常用措施，脈沖壓縮實際就是一種較大的時寬帶寬積（BT）信號經過匹配濾波的過程。

通常情況下，脈沖壓縮后信號的距離旁瓣會比較高，這將會導致在信號檢測中發生虛警或在弱目標存在的環境中直接導致目標信號被淹沒，所以在實際的脈沖壓縮過程中需要設計有效的旁瓣抑制方法。影響脈沖壓縮的峰值旁瓣比（PSLR）的主要因素有菲涅爾波紋存在的大小和信號幅度譜邊緣躍變程度，菲涅爾波紋和幅度譜邊緣躍變程度越小，脈壓之后的PSLR越高。所以脈沖信號的BT越大，其菲涅爾波紋越小，脈壓之后的距離旁瓣越低。目前常用的旁瓣抑制方法大多采用失配加權或者對濾波器進行譜修正的旁瓣抑制方法[1]，能把旁瓣抑制到-40 dB左右，但是在一些特殊的雷達系統中可能需要更低的旁瓣要求，比如，星載降水雷達中希望脈壓副瓣至少能夠達到-60 dB甚至更低才能夠滿足雜波抑制的要求[2]。文獻[3]提出了一種雙向加權的脈沖壓縮算法，有比較好的旁瓣抑制效果，但是由于需要對發射信號進行加權，加權的發射信號頻譜不再接近矩形形狀，而雷達系統中這樣的信號經過功率放大器等一些非線性特性器件的影響很容易產生失真[4?5]。本文針對此問題，利用恒等變換原理，對匹配濾波器進行改進以獲得等效于雙向加權脈壓的效果，從而避免因為對發射信號加權而帶來的影響。不僅如此，還對改進的匹配濾波器進行譜修正以獲得更好的脈壓性能。

本次仿真設計的NLFM信號使用的是Hamming窗，在仿真試驗中取信號BT=60，采樣頻率[Fs=]10 MHz，則經過脈沖壓縮之后的仿真圖如圖5所示?？梢钥闯雒}壓之后的第一副瓣（-27.98 dB）明顯要比LFM信號脈壓之后的第一副瓣（-13.5 dB）更低。

采用窗函數設計的NLFM信號頻譜邊緣相比于LFM信號更加平滑，其具有比LFM信號脈壓之后更低的副瓣。NLFM匹配濾波器的頻譜與雙向加權改進后的匹配濾波器的頻譜如圖6所示，可以看出NLFM信號的頻譜相比圖2中LFM信號的頻譜邊緣更加平滑，菲涅爾波紋更少，改進后的匹配濾波器頻譜效果更加明顯。

在對線性調頻信號的分析中可知，用Kaiser窗比用Hamming窗具有更好的旁瓣抑制能力，因此這里用調整參數[β=6]的Kaiser窗對非線性調頻信號的旁瓣抑制能力進行分析。圖7所示為NLFM信號經過改進的雙向加權脈壓和對其進行譜修正之后的脈壓結果，可以看出，在進行譜修正情況下的脈壓性能更好，不僅旁瓣抑制效果更低，其主瓣展寬和信噪比的損失也較小。

3 結 語

通過本文的分析，在譜修正的基礎上改進的雙向加權副瓣抑制方法對于調頻信號脈壓旁瓣抑制具有較好的效果，分別對LFM信號和NLFM信號做脈壓仿真試驗和性能比較，NLFM信號具有較小的主瓣展寬和較低的旁瓣抑制能力，但是在實際應用中，由于NLFM信號脈沖壓縮對多普勒頻移較為敏感，因此不如LFM信號應用廣泛。脈沖壓縮作為現代雷達系統中一種重要的技術，相信隨著現代科學技術的日新月異，其面臨的很多難點均會得以解決。非線性調頻信號具有很多優異的性能，隨著脈沖壓縮技術的日趨成熟，相信其將會越來越多地應用在工程問題中。

參考文獻

[1] 張云雷，龔誠，盧建斌，等.一種基于譜修正數字脈壓旁瓣抑制的改進方法[J].艦船電子工程，2013，33（2）：61?63.