一種基于多相濾波結構的雷達信號檢測技術(shù)

摘要 研究了基于多相濾波結構數字信道化接收機的雷達信號撿測技術(shù)，在提出接收機具體實(shí)現模型的基礎上，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的問(wèn)題進(jìn)行了討論。仿真結果驗證了該算法的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞 信道化；多相濾波；接收機；信號檢測

在電子戰環(huán)境中，信號一般都具有復雜化、密集化的特點(diǎn)，占用的頻譜越來(lái)越寬，從而對雷達信號的檢測技術(shù)也提出了更高的要求。信道化接收技術(shù)是解決寬帶信號檢測等問(wèn)題的一種有效方式。信道化接收機因其具備較大的瞬時(shí)帶寬、能夠檢測和處理同時(shí)到達的信號、具有準確的參數測量能力和一定的信號識別能力等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應用。

1 基于多相濾波結構的數字信道化
基于多相濾波結構的信道化接收機數學(xué)模型如圖1所示。信號x(n)通過(guò)一個(gè)旋轉開(kāi)關(guān)將原信號分到每個(gè)信道上，相當于按因子D進(jìn)行下采樣，經(jīng)過(guò)每一路的子濾波器濾波后，通過(guò)一個(gè)D點(diǎn)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(gè)信道的帶寬來(lái)設計，h(n)與hk(n)滿(mǎn)足關(guān)系hk(n)=h(k+nD)，k=0，1，…，D-1。實(shí)際中常選擇D為2的N次冪，以便用FFT算法代替DFT。
設信道數為D，原型低通濾波器階數為N，當每個(gè)信道都輸出一個(gè)數據時(shí)，多相濾波結構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(lèi)接收機的運算量遠小于傳統結構的信道化接收機，在實(shí)際應用中具有更高的效率。

2 多相濾波結構的雷達信號檢測技術(shù)
隨著(zhù)信號產(chǎn)生和處理技術(shù)的發(fā)展，一部雷達往往能根據需要產(chǎn)生多種不同樣式的波形，而且現代雷達信號環(huán)境日益復雜，信號形式多變，在同一時(shí)間可能有多個(gè)信號同時(shí)出現。利用多相濾波信道化的方法，將時(shí)域重疊但頻域不重疊的信號劃分到各個(gè)子信道上，可以實(shí)現對此類(lèi)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(gè)重疊區域，這可以通過(guò)設置濾波器的帶寬和過(guò)渡帶來(lái)實(shí)現。但這種設計方法會(huì )導致一個(gè)窄帶信號的輸出跨越一個(gè)或多個(gè)輸出通道，這種情況在分析任意帶寬和任意中心頻率譜時(shí)經(jīng)常發(fā)生，因此必須采用一定的判定方法對信號進(jìn)行檢測。
對于同時(shí)在信道中出現的信號，說(shuō)明信號的到達時(shí)間相同，這可能是幾個(gè)同時(shí)到達的獨立信號，也可能是一個(gè)窄帶信號在兩個(gè)信道同時(shí)有輸出。若信號均在不相鄰的信道出現，則認為是同時(shí)到達的幾個(gè)獨立信號；若信號在相鄰兩個(gè)信道出現，則認為是一個(gè)窄帶信號在相鄰兩個(gè)信道同時(shí)有輸出。對于這種信號的判別方法有兩種：當相鄰兩個(gè)信道的信號幅值大小相差很遠時(shí)，則將幅值大的信號輸出信道作為真實(shí)信號所在的信道；當相鄰兩個(gè)信道的信號幅值大小相近時(shí)，可以采用兩個(gè)信道中心頻率取平均的方法，即取兩個(gè)信道中心頻率之和的1／2，此時(shí)的測頻誤差為信道帶寬的1／2，只要誤差在允許范圍內，這種方法是具有可行性的。
對于不同時(shí)在信道中出現的信號，說(shuō)明信號的到達時(shí)間不同，這可能是幾個(gè)獨立的信號，也可能是一個(gè)跨越幾個(gè)信道的寬帶線(xiàn)性調頻信號。若為單個(gè)寬帶線(xiàn)性調頻信號，設其初始頻率為f0；調頻斜率為μ；t0時(shí)刻到達，每個(gè)子信道帶寬為B；第i個(gè)信道的中心頻率為fi，則這個(gè)信號在第i個(gè)信道的結束時(shí)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(shuō)寬帶線(xiàn)性調頻信號會(huì )按時(shí)間順序依次出現在各子信道。但一般情況下濾波器不是理想的矩形，而會(huì )有一個(gè)過(guò)渡帶，過(guò)渡帶的大小與濾波器的具體設計有關(guān)，在此設為△B。由于過(guò)渡帶的影響，使得信號不會(huì )嚴格的按時(shí)間順序依次出現在各子信道，子信道內出現的信號時(shí)域會(huì )有重疊部分，重疊時(shí)間△t≈△B／μ，所以若滿(mǎn)足|ton-toff|△t，則可認為是按時(shí)間順序依次出現在每個(gè)信道的。
由以上分析可知，若要判斷信號為單個(gè)寬帶線(xiàn)性調頻信號需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是信號應按時(shí)間順序依次出現在各相鄰子信道；二是要滿(mǎn)足各子信道的幅值相近。若到達時(shí)間不連續或幅值有明顯差異，均認為是兩個(gè)獨立的信號。

3 多相濾波結構雷達信號檢測仿真
仿真中采樣率設為200 MHz，信道數為16，有效信號頻率范圍為-100～100 MHz，所以每個(gè)通道的帶寬為12．5 MHz。注意到相鄰兩個(gè)信道間會(huì )有一定的交疊，這樣設計可以保證不會(huì )丟失頻點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì )對信號的檢測產(chǎn)生一定的影響。
圖3給出了多相濾波結構的信道化接收機正頻域8通道的時(shí)域包絡(luò )，相應的圖4是各通道的頻譜分析。