一种基于调频调相混合调制信号抗干扰性能分析.doc

1引  言

电子技术的飞速发展使得电磁环境日趋复杂、恶劣，现代雷达面临着电台、雷电和静电放电等自然界的干扰以及来自敌方的有意干扰。而雷达之间的相互干扰有时会造成更严重的危害，一部雷达发射的电磁波可能会被另一部雷达接收，从而干扰其正常工作。

在脉冲压缩雷达中，线性调频(LFM)信号是在工程上应用最广泛、技术最成熟的一种脉冲压缩信号。其优点是可以实现大的时宽带宽，匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感。但由于其信号形式比较简单，产生方法单一，所以易受到其他雷达和噪声干扰。为了克服LFM信号上述缺点，本文提出了一种脉内线性调频加相位调制的混合调制信号。这种信号产生和处理简单，在保持了LFM信号原有优点的基础上，使其信号形式可以有多种变化，从而增加了抗干扰能力，降低了被干扰的概率。文中对这种混合调制信号的脉冲压缩及抗干扰性能进行了Matlab仿真和分析，验证了相关结论的正确性。

2调频调相混合调制信号及其脉冲压缩处理

2.1  调频调相混合调制信号

2.2脉冲压缩处理

由于该混合调制信号的复包络表达式可以简写为：

所以按照一般线性调频信号脉冲压缩的理论可知，其所对应的匹配滤波器函数为：

在实际工程中，对脉冲压缩的处理往往是在频域实现的，因为这样可以利用FFT算法提高计算速度。这里也采用频域处理算法，即利用FFT和逆FFT实现脉冲压缩，其算法如图1所示。图1中，X(n)为一个重复周期雷达回波的离散采样信号，L为采样点数，S(n)为理想回波信号，M为采样点数，y(n)为脉压输出。FFT的点数N必须满足N≥L。在实际处理中，往往取2的整数次幂。

3抗干扰仿真及性能分析

由于脉冲宽度、调频带宽、中心载频和相位调制码的不同，这种混合调制信号有多种形式。在这里取混合调制信号的脉冲宽度T=10 μs，调频带宽B=5 MHz，中心载频取0 MHz，P=13，Cm={1，1，1，1，1，-1，-1，1，1，-1，1，-1，1}，采样频率fs=10 MHz为例进行仿真分析。其时域波形和理想回波脉压仿真输出如图2所示。

混合调制信号兼有线性调频和相位编码信号的特点，其距离分辨率、速度分辨率和脉压增益都明显高于纯线性调频或相位编码信号。同相同参数的LFM信号相比，采用这种调相后的线性调频信号，脉冲压缩处理后的主瓣位置和宽度保持不变，主瓣电平增加了约1.33 dB，第一旁瓣电平下降了9.08 dB，最大旁瓣远离了主瓣，这就易于采用加权技术抑制旁瓣。

在压缩后指标相同的条件下混合信号所需的码长比纯相位编码的小，所以混合信号的多普勒影响比纯相位编码的小，所需的时宽带宽积比纯线性调频的小，避免了大时宽、大带宽带来的问题，减小了雷达系统的中频带宽，使系统的信噪比得以提高。

3.1噪声干扰

噪声干扰可用窄带噪声表示，即：

式中：其中包络函数Un(t)服从瑞利分布，θn(t)在(0，2π)内服从均匀分布，且与Un(t)相互独立，载频ωc=2πfj为常数，且远大于n(t)的谱宽。

图3中干扰的中心频率fj=5 MHz，平均功率为σ2=1。混合调制信号的中心频率f0=5 MHz，脉冲宽度T=10μs，频带宽度B=5 MHz，采样频率fs=10 MHz。干扰和信号混合之后，信号完全淹没在噪声干扰之中，经过匹配滤波之后，信号出现了峰值，而干扰却没有形成峰值，如图3所示。此时输出干扰强度明显小于输入干扰强度，这是由于匹配滤波器对干扰的失配造成的。数据表明噪声干扰和信号混合匹配处理后信干比改善了33.84 dB，与线性调频信号相比信干比有所提高。

3.2线性调频干扰

线性调频干扰是指干扰信号的带宽、时宽和调频斜率均与雷达发射信号相同的线性调频干扰。图4为混合调制信号在这种线性调频干扰下的脉压输出信号仿真，其中所加的线性调频干扰带宽为5 MHz，与混合信号内的线性调频信号带宽一致，时宽等于混合信号的整个时宽，即干扰信号的线性斜率为μ1=B／13τ，干扰信号的表达式如下：

仿真结果表明，虽然干扰信号也获得了部分的压缩增益，但由于其与脉压系统中的匹配滤波器部分失配，所以压缩增益显著小于目标回波。LFM信号在这种干扰下，会出现两个完全相同的主瓣，无法区分目标。与LFM信号相比，混合调制信号对这种线性调频干扰的抑制能力提高了约22.67 dB。

3.3巴克码干扰

设给混合调制信号施加了一个巴克码干扰信号，该干扰信号的单个码元宽度为τ=10μs，与混合调制信号内子码宽度一致，干扰信号的表达式为：

由图5可以看出混合调制信号具有抗巴克码信号的干扰性能。匹配前后信干比共改善了17.66 dB，第一旁瓣电平很小，远离主瓣。可见，混合调制信号具有较强的抗噪声干扰、线性调频干扰和巴克码干扰的性能。这是由于混合调制信号除了是脉冲压缩信号，具有脉冲压缩信号的特性之外，还采用了脉内线性调频、脉间相位编码相混合的缘故，它不仅具有线性调频信号的特性还具有相位编码信号的特性。混合调制信号这些抗干扰性能，从而提高了其他雷达信号和噪声干扰。

4结  语

本文提出的调频调相混合调制信号产生和处理，保持了LFM信号的优点，在时宽、带宽和相位调制码码长一定的条件下，可以任意选择相位调制码的编码规律，实现输出波形的多种变化，具有比LFM信号、相位编码信号，更为优良的抗干扰性，在这基础上研究了噪声干扰信号，常见雷达信号包括线性调频信号，巴克码信号对混合调制信号的干扰，并通过仿真得到了一些定量的数据，画出了干扰输出的时域波形。干扰信号可能导致信号检测的背景估值上升，引起检测损失，淹没有用信号。但仿真分析表明，从它们经过匹配滤波器输出的数据，可以看出，信干比改善了十几至三十几分贝。因此，雷达通过在时域上对使用的信号进行控制，可以克服其他雷达信号和噪声干扰影响。