CN112130117A - 一种“频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法 - Google Patents

一种“频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达信号产生领域，公开了一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，该方法包括：1)确定信号参数；2)根据编码序列长度k生成N个反馈方式不同的M序列；3)生成两个固定相位φ0、φ1和一个相位序列φm；4)在M1序列的第一个元素前增加几个1或‑1，产生1个新的编码序列；5)根据编码序列的1和‑1的顺序，依次利用φ0和φm进行累加计算，生成新相位序列
Figure DDA0002698638870000011
6)利用相位序列
Figure DDA0002698638870000012
生成信号s1；7)重复步骤3～步骤6，依次生成信号s2～sN；8)利用s1～sN生成所需要的信号s。利用本发明生成”频率编码+相位编码+非线性调频”信号，利用该信号作为雷达信号波形，使雷达的信号处理设计更加灵活，有效提升雷达系统的抗干扰能力。

Description

一种“频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法
技术领域
本发明涉及雷达信号产生领域，尤其涉及一种复杂的雷达信号产生方法。
背景技术
雷达信号波形设计是雷达系统设计的重要环节，设计一种好的信号波形，可有效提升雷达系统的探测性能与抗干扰性能，特别是抗干扰性能是实战条件下，发挥雷达系统作战效能的重要保证。
目前，国内雷达系统设计时，通常采用LFM信号、NLFM信号、相位编码信号等，这些信号调制方式相对比较简单，其信号规律性较强，信号处理方式相对比较固定，信号波形的抗干扰能力方面相对较弱，LFM信号的间歇采样信号的波形如图1所示。
雷达中常用的相位编码信号主要包括Bark码信号和M序列码信号，Bark码序列最长只有13位，用其作为雷达信号，雷达的作用距离会受到很大的限制。而M序列码的长度可达2n-1，但M序列码信号主要具有如下不足：
一是信号调制样式比较简单，现有雷达侦察装备可以快速的对其编码序列进行解析；
二是信号的频谱中有较多的副瓣，这些副瓣信号经过雷达接收机时，会受到抑制，从而使回波信号的脉压增益降低，如图2和图3所示。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题
本发明提出一种“频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，具有算法简单易实现、信号处理方式灵活、较好的抗侦察性能等特点，使用该信号作为雷达信号，可有效提升雷达系统的抗干扰性能。
(二)为解决上述技术问题，本发明所采用的的技术方案
一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，包括以下步骤：
步骤一、确定信号参数
确定子脉冲个数N、子脉冲脉宽τn、编码序列长度k、子脉冲带宽B、子脉冲载频fn和信号的采样频率fs，任意两个子脉冲载频差为B的整数倍，1≤n≤N；
步骤二、M序列产生
根据编码序列长度k，生成N个反馈方式不同的M序列M1，M2，M3…MN，其中M序列长度i满足k-i<5；
步骤三、固定相位和相位序列产生
3.1固定相位
Figure BDA0002698638850000025
和
Figure BDA0002698638850000026
产生
根据子脉冲1的载频f1、子脉冲带宽B和采样频率fs计算两个固定相位
Figure BDA0002698638850000028
和
Figure BDA0002698638850000027
其中
Figure BDA0002698638850000029
3.2相位序列
Figure BDA00026986388500000210
产生
首先生成一个时序序列tm，该时间序列长度为m，其中m＝fs×B，tm＝0：1/fs：1/B-1/fs，再利用该时间序列tm、B、
Figure BDA00026986388500000211
和
Figure BDA00026986388500000212
生成相位序列
Figure BDA00026986388500000213
其中
Figure BDA00026986388500000214
步骤四、编码序列产生
在M1序列的第一个元素前面增加k-i个元素，生成所需要的编码序列，其中k<5；
步骤五、相位序列
Figure BDA0002698638850000021
产生
根据编码序列的1和-1的顺序，依次利用
Figure BDA00026986388500000215
和
Figure BDA00026986388500000216
进行累加计算，生成一个新的相位序列
Figure BDA0002698638850000022
步骤六、子脉冲信号生成
利用步骤五中生成的相位序列
Figure BDA0002698638850000023
生成信号s1，其中
Figure BDA0002698638850000024
步骤七、重复步骤三至步骤六，依次生成信号s2～sN；
步骤八、利用s1～sN生成所需要的信号s，其中s＝[s1,s2,…sN]。
本发明所达到的有益效果是：
1.本发明应用于雷达信号波形设计时，可有效提升雷达信号的抗截获性能，使雷达侦察装备难以准确识别该信号，同时也可有效提升雷达信号处理方式设计的灵活性；
2.利用本发明设计雷达信号波形的雷达系统，可有效提升雷达的抗欺骗性干扰的能力；
3.本发明设计的信号能量集中，可有效降低滤波器对信号能量的抑制；
4.本发明设计的信号是一种抗干扰性能较好的信号波形，脉内正交编码+跳频，可有效提升其抗干扰性能。
附图说明
图1：LFM信号的间歇采样信号的波形图；
图2：M序列信号通过滤波器前后的频谱对比图；
图3：M序列信号通过滤波器前后的脉压结果对比图；
图4：M序列码产生器；
图5：序列M1、M2、M3、M4波形图；
图6：相位序列
Figure BDA0002698638850000031
波形图；
图7：子脉冲信号s1的相位序列
Figure BDA0002698638850000032
波形图；
图8：子脉冲信号s1的多域波形图；
图9：子脉冲信号s2的多域波形图；
图10：子脉冲信号s3的多域波形图；
图11：子脉冲信号s4的多域波形图；
图12：信号s的多域波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明具体实施方式进行详细说明。
为了解决LFM信号、NLFM信号、相位编码等简单调制信号的抗侦察性能和抗干扰性能差的问题，本发明提供一种”频率编码+相位编码+非线性调频”复杂调制信号产生方法，具体实施过程如下：
步骤一、确定信号参数
确定子脉冲个数N、子脉冲脉宽τn、编码序列长度k、子脉冲带宽B、子脉冲载频fn和信号的采样频率fs，任意两个子脉冲载频差为B的整数倍，1≤n≤N；
步骤二、生成M序列信号
根据编码序列长度k，生成N个反馈方式不同的M序列M1，M2，M3…MN，其中M序列长度i满足k-i<5；
步骤三、固定相位和相位序列产生
3.1固定相位
Figure BDA0002698638850000045
和
Figure BDA0002698638850000046
产生
根据子脉冲1的载频f1、子脉冲带宽B和采样频率fs计算两个固定相位
Figure BDA0002698638850000047
和
Figure BDA0002698638850000048
Figure BDA0002698638850000049
3.2相位序列
Figure BDA00026986388500000410
产生
首先生成一个时序序列tm，该时间序列长度为m，其中m＝fs×B，tm＝0：1/fs：1/B-1/fs，再利用该时间序列tm、B、
Figure BDA00026986388500000411
和
Figure BDA00026986388500000412
生成相位序列
Figure BDA00026986388500000413
Figure BDA00026986388500000414
Figure BDA00026986388500000415
步骤四、生成编码序列
在序列信号M1的第一个元素前面增加k-i个元素，其中k<5，生成所需要的编码序列；
步骤五、生成子脉冲信号s1的相位序列
Figure BDA0002698638850000041
根据编码序列的1和-1的顺序，依次利用
Figure BDA00026986388500000416
和
Figure BDA00026986388500000417
进行累加计算，生成一个新的相位序列
Figure BDA0002698638850000042
步骤六、子脉冲信号生成
利用相位序列
Figure BDA0002698638850000043
生成信号s1，其中
Figure BDA0002698638850000044
步骤七、重复步骤三至步骤六，依次生成信号s2～sN；
步骤八、利用s1～sN生成所需要的信号s，其中s＝[s1,2,…sN]。
本发明的一个具体实施例提供一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，具体过程如下：
步骤一、确定信号参数
在雷达信号波形设计时，确定子脉冲个数N＝4、子脉冲脉宽τn＝13μs、编码序列长度k＝130、子脉冲带宽B＝10MHz、子脉冲载频fn＝[20MHz、40MHz、30MHz、50MHz]和信号的采样频率fs＝300MHz，可以看出fn满足max(fn)-min(fn)＝(N-1)×B＝30MHz，任意两个子脉冲载频差为10MHz的整数倍，子脉冲带宽B满足B＝k/τn＝10MHz；
步骤二、M序列产生
根据编码序列长度k＝130，生成N＝4个反馈方式不同的M序列M1，M2，M3，M4，其中M序列长度i＝127满足k-i＝3<5；其中M序列产生器如图4所示，M1，M2，M3，M4如图5所示，其反馈方式分别为[7,6]，[7,4]，[7,3]，[7,1]。
步骤三、固定相位和相位序列产生
3.1固定相位
Figure BDA0002698638850000056
和
Figure BDA0002698638850000057
产生
根据子脉冲1的载频f1＝20MHz、子脉冲带宽B＝10MHz和采样频率fs＝300MHz产生两个固定相位
Figure BDA0002698638850000058
和
Figure BDA0002698638850000059
其中
Figure BDA00026986388500000510
3.2相位序列
Figure BDA00026986388500000511
产生
首先产生一个时序序列tm，该时间序列长度为m，其中m＝fs×B＝30，tm＝0：1/fs：1/B-1/fs，再利用该时间序列tm、B、
Figure BDA00026986388500000512
和
Figure BDA00026986388500000513
生成相位序列
Figure BDA00026986388500000514
该相位序列如图6所示；
步骤四、编码序列产生
在M1序列的第一个元素前面增加k-i＝3个元素[1,-1,1]，生成所需要的编码序列；
步骤五、相位序列
Figure BDA0002698638850000051
产生
根据编码序列的1和-1的顺序，依次利用
Figure BDA00026986388500000515
和
Figure BDA00026986388500000516
进行累加计算，生成一个新的相位序列
Figure BDA0002698638850000052
相位序列
Figure BDA0002698638850000053
如图7所示；
步骤六、子脉冲信号生成
利用相位序列
Figure BDA0002698638850000054
生成信号s1，其中
Figure BDA0002698638850000055
其s1的时域、频域、时间-相位及时间-频率等多域曲线如图8所示；
步骤七、重复步骤三至步骤六，依次生成信号s2～s4，其信号波形依次如图9～图11所示；
步骤八、利用s1～sN生成所需要的信号s，其中s＝[s1,s2,…sN]，其信号波形如图12所示。

Claims (5)

1.一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、确定信号参数
确定子脉冲个数N、子脉冲脉宽τn、编码序列长度k、子脉冲带宽B、子脉冲载频fn和信号的采样频率fs，任意两个子脉冲载频差为B的整数倍，1≤n≤N；
步骤二、M序列产生
根据编码序列长度k，生成N个反馈方式不同的M序列M1，M2，M3…MN，其中M序列长度i满足k-i<5；
步骤三、固定相位和相位序列产生
3.1固定相位φ0和φ1产生
根据子脉冲1的载频f1、子脉冲带宽B和采样频率fs计算两个固定相位φ0和φ1；
3.2相位序列φm产生
首先生成一个时序序列tm，该时间序列长度为m，其中m＝fs×B，tm＝0：1/fs：1/B-1/fs，再利用该时间序列tm、B、φ0和φ1生成相位序列φm；
步骤四、编码序列产生
在M1序列的第一个元素前面增加k-i个元素，生成所需要的编码序列，其中k<5；
步骤五、相位序列
Figure FDA0002698638840000011
产生
根据编码序列的1和-1的顺序，依次利用φ0和φm进行累加计算，生成一个新的相位序列
Figure FDA0002698638840000012
步骤六、子脉冲信号生成
利用步骤五中生成的新的相位序列
Figure FDA0002698638840000013
生成信号s1；
步骤七、重复步骤三至步骤六，依次生成信号s2～sN；
步骤八、利用s1～sN生成所需要的信号s，其中s＝[s1,s2,…sN]。
2.如权利要求1所述的一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，其特征在于：所述步骤三中，计算两个固定相位φ0和φ的公式如下：
φ0＝1/fs×f1×2×π
φ1＝1/fs×(f1+B)×2×π
其中，f1为子脉冲1的载频，B为子脉冲带宽，fs为采样频率。
3.如权利要求2所述的一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，其特征在于：所述步骤三中，利用该时间序列tm、B、φ0和φ1生成相位序列φm的方法如下：
φm＝cos(2×π×B×tm)×(φ0-φ1)/2+(φ0+φ1)/2。
4.如权利要求3所述的一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，其特征在于：所述步骤六中，生成信号s1的公式如下：
Figure FDA0002698638840000021
其中：
Figure FDA0002698638840000022
为相位序列。
5.如权利要求1所述的一种”频率编码+相位编码+非线性调频”信号产生方法，其特征在于：所述步骤一中，子脉冲载频fn满足max(fn)-min(fn)＝(N-1)×B，子脉冲带宽B满足B＝k/τn。
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