LFM连续波雷达差拍测距方法与相关测距方法比较

张冠武连豪史小斌

中图分类号：TM930.9文献标识码：A

摘要：本文基于LFM连续波差拍信号测距原理，分析了差拍信号远距探测中的有能量损失的缺点以及对雷达关键性指标性能的影响；基于LFM连续波相关法测距原理，分析了其没有能量损失的特性。在信号仿真分析的基础上，比较了时域相关处理法和差拍信号处理的特点，得出了相关法较为优良的结论。

关键词：LFM差拍信号相关处理

一、引言

大占空比、高距离分辨率以及产生和处理简单等特点使得LFM连续波信号在现代雷达中广泛使用。它的一般的处理方法是基于中频差拍信号获取目标的距离和速度等信息，在近中程雷达目标探测中，该方法是有效可行的；但在远程雷达目标探测中，利用差拍信号处理方法将会产生较为严重的信号能量使用不充分现象，从而导致雷达部分总体性能的下降。

本文基于LFM连续波差拍信号测距、测速原理，分析了产生信号能量不充分的原因和对雷达威力、分辨力和精度等关键指标性能的影响，进而指出时域相关处理法可充分利用信号能量、信号带宽和时宽，确保了雷达关键指标性的稳定，最后并给出了两种处理方法的仿真结果。

二、LFM连续波差拍信号测距、测速原理

LFM连续波信号差拍法流程如图1所示：

其中为慢拍采样间隔时间。对于一般的非高速目标，在单次波束驻留时间内，目标处于单个距离单元内。因此，可利用两阶傅立叶变换提取目标的距离和多普勒速度信息。另一方面，由于LFM连续波发射信号的低重复频率特点，该体制雷达具有较为严重目标多普勒的模糊，因此解速度模糊也是LFM连续波信号处理需解决的问题之一。

差拍信号处理的本质是目标距离延迟的回波信号和参考信号相混频，然后利用傅立叶氏变换得到目标距离-频率信息。该方法在近中程距离探测时是可行的；但在远距目标探测时会产生信号能量使用不充分的现象，从而导致雷达部分总体指标性能的下降。

三、LFM连续波差拍信号测距法的缺陷

根据理想匹配接收机理论，目标最大输出信噪比为。因此信号能量的不完全利用将直接使得目标输出信号噪声比下降。对于LFM连续波差拍信号，由于回波信号相对于参考信号（发射信号的部分泄漏）有相应的延迟，所以信号混频后输出的差拍信号相应的损失了长度为延迟时间的信号能量。

图2LFM连续波差拍信号测距法原理图

如图2所示，参考信号时间长度为,回波信号的利用时间宽度分别为。随着探测距离（延迟时间）的增加，可利用的回波信号时间宽度逐渐减小。因此差拍信号在远程探测时由于可利用回波信号时间的快速缩减，导致了回波信号能量、带宽的下降，致使雷达系统探测威力、目标分辨能力、目标测量精度的降低。

其中为信号有效带宽、为信号有效时宽。差拍信号的信噪比、信号的有效带宽和有效时宽都随着探测距离的增加而减小，因此测距、测速精度也随着探测距离的增加而变差。

四、数字时域相关法

基于上述理论分析，连续波差拍信号在远距目标探测时回波信号能量未完全利用是导致雷达总体性能指标下降的根本原因。采用数字时域相关处理法可有效地解决该问题，并确保了可利用信号的带宽和时宽的不损失。如图3所示，时域相关法采用了两路信号，一路为参考信号，另一路信号为中频回波信号。其中参考信号为发射激励信号的泄漏，它的

图3相关处理法

信号形式为LFM连续波信号；回波信号为经目标调制的LFM连续波信号。在信号相关时顺序延迟参考信号来匹配回波信号，当延迟时间为时，参考信号和目标回波信号完全对齐时便可得到目标信号峰。数字相关处理法和匹配滤波器对信号的处理具有本质上得一致性，

因此，理想状态下的相关器不存在信号能量使用不充分的现象。

五、信号仿真

系统仿真中采用了调频周期为1ms、带宽为20MHz的LFM连续波信号。仿真目标距离为、目标速度为0。相关法和差拍法两种信号处理方法的仿真结果分别如图4和图5所示。

从图4和图5的比较中可以看出，相关法峰值比差拍信号谱峰值信号能量高约5dB。如原理分析，当目标处于在较远距离时，差拍信号处理的信号能量将有较大损失，而数字相关处理方法的信号能量没有损失，因此可以获得更高的信噪比，从而得到更好的测距效果，是比差拍发更优良的一种连续波雷达测距方法。

六、结论

差拍信号法作为一个经典的LFM连续波雷达测距方法，已经得到了广泛的应用。在较远距离时有较大的能量损失，是差拍信号法固有的一个缺陷。相关处理法由于利用了信号全部时宽、带宽信息，因此避免了差拍信号所具有先天性缺点，确保了LFM连续波信号体制在远程探测时雷达性能的可靠和稳定。随着计算机技术的发展，将能够为相关法提供实时硬件平台，因此相关法在未来的雷达技术应用中将有更广阔的应用前景。

参考文献：

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