CN104991230A - 基于信号自相关特征的雷达脉冲压缩增益均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达信号处理领域，是一种基于信号自相关特征的雷达脉冲压缩增益均衡方法。本发明针对脉冲压缩体制雷达，通过仿真算法直接计算雷达不同信号形式对应I、Q两路脉冲压缩系数组成的复信号的自相关函数的幅度，得到所有的极大值并选取其中的最小值作为参考，修正其它各信号形式相匹配的I、Q两路脉冲压缩系数，使得不同信号形式下雷达脉冲压缩增益均衡，从而保证不同信号形式下脉冲压缩输出的底噪保持平衡。

Description

基于信号自相关特征的雷达脉冲压缩增益均衡方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，为一种脉冲压缩体制雷达不同信号形式下的脉冲压缩增益均衡方法，用于实现雷达不同信号形式下的脉冲压缩输出的底噪保持平衡。
背景技术
现代脉冲压缩体制雷达的发射调制信号趋向复杂化和多样化。为此，雷达的信号产生通常需要产生多种信号形式的发射调制信号，在雷达的工作过程中随时进行选择使用。针对不同的信号形式，需要在雷达的脉冲压缩模块中预置相应的脉冲压缩系数组，根据信号形式的变化调用相应的脉冲压缩系数，才能实现脉冲压缩处理。但是由于每组脉冲压缩系数不同，在没有经过处理的情况下，脉冲压缩后底噪的差异较大，工作方式的切换导致雷达的虚警率控制门限需要不断进行调整。为避免不断对虚警率控制门限进行调整，一般要求在脉冲压缩模块输出端首先实现不同工作方式下的底噪平衡。通常，控制脉冲压缩系数的线性缩放比例就可以实现不同工作方式下的底噪平衡。为了平衡底噪，一般对脉压输出噪声采样并进行幅度信息的比较，然后根据比较后的结果直接调整脉冲压缩系数的缩放比例，从而控制输出幅度。此类方法的缺点主要是对底噪的控制不够精确，在不同信号形式下较易产生明显的差别；随着发射调制信号趋向复杂化、多样化，常规方法变得比较繁琐，调试工作量较大。
基于信号自相关特征的雷达脉冲压缩增益均衡方法，通过MATLAB仿真直接计算雷达不同信号形式下对应的I、Q两路脉冲压缩系数组成的复信号自相关幅度极大值，根据自相关信号特征求得调整权值，根据调整权值对脉冲压缩系数组进行调整，最终使得各信号形式下的脉冲压缩增益均衡，从而达到不同工作方式下脉冲压缩输出底噪保持平衡的目的。此方法的最大特点是可以精确控制雷达脉冲压缩增益，保证噪声在多个信号形式下的脉冲压缩系数下获得相同的增益，可以一次性得到多个信号形式下的脉冲压缩系数，省大量的噪声采样反复调整的麻烦，有效实现切换不同信号形式时噪声电平的稳定并且实现简便。
发明内容
本发明解决了雷达脉冲压缩时不同信号形式下脉冲压缩输出底噪不平衡的问题，在仿真环境下直接调整每种信号形式下的脉冲压缩系数，使各对应信号形式下脉冲压缩增益均衡，从而使得不同信号形式下脉冲压缩的输出底噪保持平衡。由于每种信号形式下的脉冲压缩系数的调整是线性的，所以对脉冲压缩的效果没有显著影响。
本发明采用的技术方案是：雷达信号的脉冲压缩处理即匹配滤波过程实质是一个时域卷积过程，通道噪声与不同脉冲压缩系数进行时域卷积运算，根据信号与系统理论，时域卷积即频域相乘，因为不同脉冲压缩系数对应的脉冲压缩增益不同，所以各信号形式下的脉冲压缩输出的噪声电平不一致。在相同的量化位数的前提下，通过计算I路脉冲压缩系数和Q路脉冲压缩系数组成的复信号的自相关结果极大值，选取其中的最小值作为参考，计算并调整雷达各种信号形式下的I、Q路脉冲压缩系数，调整后的脉冲压缩系数存储在FPGA的BlockRAM中，脉冲压缩处理模块根据发射的信号形式选取已存储的相应脉冲压缩系数，使各脉冲压缩系数对应的脉冲压缩增益保持相同，从而实现在不同信号形式下脉冲压缩输出底噪保持平衡。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明涉及的雷达信号处理流程图。
图2是脉宽为4μs、10μs、100μs线性调频脉冲信号的脉冲压缩系数IQ波形示意图。
图3是图2对应的脉冲压缩输出的噪声电平示意图。
图4是图2对应的脉冲压缩系数构成的滤波器的频谱图。
图5是脉宽为图2脉冲压缩系数经本发明算法调整后的IQ波形示意图。
图6是经本发明算法调整后的脉冲压缩输出的噪声电平示意图。
图7是图5对应的脉冲压缩系数构成的滤波器的频谱图。
具体实施方式
结合图1对本发明进行具体说明。
根据脉冲压缩体制雷达的信号处理流程，在数字正交、低通滤波后进行脉冲压缩处理，应用本发明产生的脉冲压缩系数存储在FPGA的BlockRAM中，脉冲压缩处理模块根据发射的信号形式相应地选取已存储的脉冲压缩系数实现雷达信号的脉冲压缩。
本发明各信号形式下的脉冲压缩系数的产生步骤为：根据雷达的各个信号形式的参数产生用于脉冲压缩的同相、正交分量信号；选择加权窗函数，进行时域加权；对同相、正交分量进行量化处理；量化后的同相、正交分量组成复信号，计算各信号形式下复信号的自相关函数的幅度并求极大值；以所有极大值中的最小值为基准，得到每种信号形式下的脉冲压缩系数加权因子，并据此计算各信号形式下的脉冲压缩系数。
具体步骤如下：
1.根据匹配滤波器理论和发射信号相关参数产生对应的脉冲压缩系数组，同相分量组记为signal_Ii、正交分量组signal_Qi，其中下标i表示第i种信号形式；
2.对系数进行时域加权，时域加权后同相分量组记为signal_Ii’、正交分量组记为signal_Qi’；
3.对signal_Ii’和signal_Qi’取绝对值，比较并得到其中的最大值为signal_maxi，根据signal_maxi分量对signal_Ii’和signal_Qi’进行归一化处理。然后根据设定的量化阶数K，对signal_Ii’、signal_Qi’量化，并向下取整后得到signal_Ii’_nor、signal_Qi’_nor：
4.计算量化后复信号组signal_Ii’_nor+j×signal_Qi’_nor的自相关结果signal_xcorri(单位：dB)，比较并得到其中的最大值为xcorr_maxi(单位：dB)；
5.比较不同信号形式下的xcorr_maxi，得到其中的最小值，记为xcorr_maxmin，以xcorr_maxmin为基准，计算每种信号形式下的脉冲压缩系数加权因子k：
k＝(xcorr_maxi－xcorr_maxmin)/40
6.根据加权因子k调整每种信号形式下的I路脉冲压缩系数coeff_Ii、Q路脉冲压缩系数coeff_Qi为：
coeff_Ii＝round(signal_Ii′_nor×10-k)i＝1，2，...n
coeff_Qi＝round(signal_Qi′_nor×10-k)i＝1，2，...n
其中n为信号形式总数，round()表示取整。

Claims (1)

1.基于信号自相关特征的雷达脉冲压缩增益均衡方法，其特征在于：针对脉冲压缩体制雷达，根据雷达的各个信号形式的参数产生用于脉冲压缩的同相、正交分量信号；选择加权窗函数，进行时域加权；对同相、正交分量进行量化处理；量化后的同相、正交分量组成复信号，计算各信号形式下复信号的自相关函数的幅度并求极大值；以所有极大值中的最小值为基准，得到每种信号形式下的脉冲压缩系数加权因子，并据此计算各信号形式下的脉冲压缩系数；计算后的脉冲压缩系数存储在FPGA的BlockRAM中，脉冲压缩处理模块根据发射的信号形式选取已存储的相应脉冲压缩系数，使各脉冲压缩系数对应的脉冲压缩增益保持相同，从而实现在不同信号形式下脉冲压缩输出底噪保持平衡。
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