一種基于多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達信號檢測技術

摘要 研究了基于多相濾波結(jié)構(gòu)數(shù)字信道化接收機的雷達信號撿測技術，在提出接收機具體實現(xiàn)模型的基礎上，分析了不同形式雷達信號的檢測方法，并對信號檢測中可能出現(xiàn)的問題進行了討論。仿真結(jié)果驗證了該算法的正確性和有效性。
關鍵詞 信道化；多相濾波；接收機；信號檢測

在電子戰(zhàn)環(huán)境中，信號一般都具有復雜化、密集化的特點，占用的頻譜越來越寬，從而對雷達信號的檢測技術也提出了更高的要求。信道化接收技術是解決寬帶信號檢測等問題的一種有效方式。信道化接收機因其具備較大的瞬時帶寬、能夠檢測和處理同時到達的信號、具有準確的參數(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)的信道化接收機數(shù)學模型如圖1所示。信號x(n)通過一個旋轉(zhuǎn)開關將原信號分到每個信道上，相當于按因子D進行下采樣，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計，h(n)與hk(n)滿足關系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。
設信道數(shù)為D，原型低通濾波器階數(shù)為N，當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，此類接收機的運算量遠小于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信道化接收機，在實際應用中具有更高的效率。

2 多相濾波結(jié)構(gòu)的雷達信號檢測技術
隨著信號產(chǎn)生和處理技術的發(fā)展，一部雷達往往能根據(jù)需要產(chǎn)生多種不同樣式的波形，而且現(xiàn)代雷達信號環(huán)境日益復雜，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，信道交疊處設計有特定的信道阻帶衰減帶，相鄰通道必須有一個重疊區(qū)域，這可以通過設置濾波器的帶寬和過渡帶來實現(xiàn)。但這種設計方法會導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行檢測。
對于同時在信道中出現(xiàn)的信號，說明信號的到達時間相同，這可能是幾個同時到達的獨立信號，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)，則認為是同時到達的幾個獨立信號；若信號在相鄰兩個信道出現(xiàn)，則認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：當相鄰兩個信道的信號幅值大小相差很遠時，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，設其初始頻率為f0；調(diào)頻斜率為μ；t0時刻到達，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計有關，在此設為△B。由于過渡帶的影響，使得信號不會嚴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。若到達時間不連續(xù)或幅值有明顯差異，均認為是兩個獨立的信號。

3 多相濾波結(jié)構(gòu)雷達信號檢測仿真
仿真中采樣率設為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)的信道化接收機正頻域8通道的時域包絡，相應的圖4是各通道的頻譜分析。