線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的超低旁瓣脈壓器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的脈沖壓縮及其旁瓣 抑制處理技術(shù)，是一種具有超低旁瓣的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的脈壓濾波器設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖壓縮技術(shù)可以使雷達(dá)在峰值功率大大降低的情況下，同時(shí)獲得寬脈沖的高能 量和窄脈沖的高距離分辨力兩方面的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了雷達(dá)峰值功率受限和距離分辨力 之間的矛盾。因此，大時(shí)寬帶寬脈沖壓縮技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)中得到了廣泛應(yīng)用。線性調(diào)頻 (Linear Frequency Modulation，LFM)信號(hào)是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種大時(shí)寬帶寬積 脈沖壓縮信號(hào)，是現(xiàn)代高性能雷達(dá)經(jīng)常采用的信號(hào)波形之一。
[0003] 脈沖壓縮過程本質(zhì)上就是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，將接收的寬脈沖信號(hào)壓 縮成窄脈沖輸出。由匹配濾波器理論可知，在白噪聲背景下，匹配濾波能輸出最大信噪比， 從而提高雷達(dá)的檢測(cè)性能。但是，線性調(diào)頻信號(hào)通過匹配濾波器之后，在主瓣的兩側(cè)會(huì)出現(xiàn) 幅度低于主瓣的一系列距離旁瓣。距離旁瓣的存在對(duì)雷達(dá)的檢測(cè)性能有很大影響，因?yàn)榇?目標(biāo)的旁瓣會(huì)將小目標(biāo)的主瓣掩蓋，造成漏警。因此，超低旁瓣脈壓器的設(shè)計(jì)成為線性調(diào)頻 脈沖脈壓處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004] 旁瓣抑制處理可以采用各種失配濾波器，其設(shè)計(jì)方法很多，其中有代表性的當(dāng)屬 Ackroyd提出的基于積累旁瓣電平（Intergrated Side-lobe Level，ISL)最小的最小均 方（Least Square，LS)逆濾波法，Zoraster提出的基于峰值旁瓣電平（peak side-lobe level，PSL)最小的線性規(guī)劃（Linear Programming，LP)法，后來Baden提出的加權(quán)失配濾 波器法（Weighted Mismatched Filtering，WMMF)則是在基于ISL最小的情況下，通過將旁 瓣進(jìn)行迭代加權(quán)來降低PSL，因而具有更低的PSL，但它們本質(zhì)上是屬于LS法。窗函數(shù)加權(quán) 處理也是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用的旁瓣抑制方法，可分別采用時(shí)域加權(quán)或頻域加權(quán)，兩者本 質(zhì)上都是用失配濾波器代替原先的匹配濾波器。這必將導(dǎo)致在獲得旁瓣抑制性能的同時(shí)， 造成主瓣信噪比損失、主瓣展寬，距離分辨力下降。而且，常用的巴特利特（Bartlett)窗、 漢寧（Hanning)窗、海明（hamming)窗、布萊克曼（Blackman)窗、凱瑟（Kaiser)窗、切比雪 夫（Chebyshev)等窗函數(shù)難以在滿足主瓣損失、主瓣展寬要求下，達(dá)到超低旁瓣性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的為：在給定的主瓣損失和主瓣展寬約束下，提供一種超低旁瓣 (_60dB及以上）脈壓濾波器的設(shè)計(jì)方法，可以設(shè)計(jì)出適應(yīng)特定應(yīng)用場(chǎng)合需求的線性調(diào)頻脈 沖信號(hào)的脈壓濾波器，既能滿足距離分辨力的要求，又能極大地降低旁瓣電平，減小虛警和 漏警概率，提高線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的性能。提供一種
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的超低旁瓣脈壓器設(shè) 計(jì)方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，對(duì)所需處理的線性調(diào)頻信號(hào)以時(shí)間間隔T進(jìn)行采樣，得到M點(diǎn)采樣序列；
[0008] 步驟2,以采樣序列點(diǎn)數(shù)為脈壓濾波器初始點(diǎn)數(shù)N = M ;
[0009] 步驟3,以采樣序列脈壓處理的旁瓣峰值為目標(biāo)函數(shù)，以信噪比損失及主瓣展寬為 限制條件，建立凸優(yōu)化模型并求解，得到一組脈壓濾波器系數(shù)；
[0010] 步驟4,由步驟3中的脈壓濾波器系數(shù)求解得到對(duì)應(yīng)的脈壓旁瓣峰值電平，若旁瓣 峰值電平未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求（60dB)，則將步驟2中的脈壓濾波器階數(shù)N+1，重復(fù)步驟3， 若旁瓣電平達(dá)到應(yīng)用要求，則轉(zhuǎn)步驟5。
[0011] 步驟5,輸出脈壓濾波器系數(shù)、最低階數(shù)以及脈壓處理之后的峰值旁瓣電平。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻信號(hào)的超低旁瓣脈沖 壓縮處理，主旁瓣比能達(dá)到60dB及以上；（2)在其他條件相當(dāng)?shù)臈l件下，相比于常規(guī)窗函數(shù) 加權(quán)方式，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的脈壓濾波器能獲得更低的旁瓣電平；（3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈壓濾波 器階數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求靈活變動(dòng)，具有更強(qiáng)的靈活性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的脈壓濾波器設(shè)計(jì)流程圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈壓濾波器輸出與一級(jí)窗函數(shù)（以海明（Hamming)窗為例） 加權(quán)輸出的對(duì)比。線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)寬l〇us，帶寬25MHz，采樣頻率100MHz，濾波器階數(shù)M = 1800〇
[0015] 圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈壓濾波器輸出與二級(jí)窗函數(shù)（以海明（Hamming)窗為例） 加權(quán)輸出的對(duì)比。線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)寬l〇us，帶寬25MHz，采樣頻率100MHz，濾波器階數(shù)M = 1800〇
【具體實(shí)施方式】
[0016] 針對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮及旁瓣抑制，設(shè)計(jì)一種脈壓濾波器，使得信號(hào)經(jīng)過 脈壓濾波器后輸出的主旁瓣電平比達(dá)到60dB及以上。脈壓濾波器的系數(shù)如何確定是本發(fā) 明重點(diǎn)需要解決的問題，本發(fā)明采用的是凸優(yōu)化（Convex Optimization)方法。
[0017] 輸入信號(hào)X(t)以間隔T進(jìn)行采樣，得到采樣復(fù)序列IxJ，寫成N維向量的形式
[0018] X = [X。，X1，…xN Jt
[0019] 現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)M(M多N)階的FIR旁瓣抑制濾波器，使得濾波后的峰值旁瓣電平 能夠滿足主旁瓣電平比的要求。令濾波器系數(shù)為
[0020] w = [w0, W1，…，wM J
[0021] 貝1J，經(jīng)過濾波后的輸出信號(hào){yk}為
[0025] 則輸出信號(hào){yk}可表示為
[0027] 其中，[·]Η為共輒轉(zhuǎn)置。
[0028] 在線性調(diào)頻脈沖壓縮的過程中，除了匹配濾波器之外，其他任何失配濾波器都將 導(dǎo)致主瓣的展寬，本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈壓濾波器也不例外?，F(xiàn)規(guī)定：脈壓峰值點(diǎn)左