超宽带调频连续波雷达性能分析

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1、2004年3月第1期探测与定位·23·超宽带调频连续波雷达性能分析胡小全(中国电子科技集团公第一二}‘研究所两安7l0068)摘要提出一种近程超宽带调频连续波雷达，分析了经典调频连续波(FMCW)雷达存在的问题，阐述了超宽带调频连续波雷达的优越性能及对雷达“四抗”的贡献．关键词超宽带调频连续波雷达；低截获概率1引言电子侦察及有源干扰，低空、超低空目标的多路径效应，反辐射导弹，抗隐身目标等，这些都对雷达的生存产生了极大的威胁，尤其是在海湾战争和南联盟战争中，美国等西方国家在战前采用电子侦察，战时施以有源干扰和反辐射导弹，结果使伊拉克和南联盟

2、90％的防空雷达处于瘫痪，因此。如何使探测和跟踪器在电子战环境中具有良好的低空、超低空性能以及对抗反辐射导弹及隐身目标的能力就显得尤为重要。为此，本文把超宽带技术与FMCW雷达结合起来，形成一种低截获概率雷达，希望能有效提高雷达的“四抗”能力。2FMCW雷达所特有的问题2．1收／发隔离问题对收／发采用单一天线的连续波雷达，不能象脉冲雷达那样采用时间分割的方法来解决发射信号的泄露问题。因而对接收机而言，不能简单地采用超外差式接收机。2．2从多目标(固定目标及动目标)回波中测量所需目标的距离问题经典的连续波雷达通常情况下是测量单一目标，例如飞

3、机的高度表，这时，大地便是单一目标，而将调频连续波雷达用于战术雷达中，除了所关心的动目标回波外，还存在有同距离的地物，海浪等回波及波束宽度范围内其它动回波信号，在接收机中存在许多差频谱线，从而影响所需目标的距离测量。2．3对目标的四维跟踪问题经典的连续波雷达要么测距(采用调频连续波或相位编码连续波等)，要么测速(无调收稿日期：2004一o3一O2．·24·探测与定位2004芷制连续波)，然而，火控雷达需要对目标完成方伉、仰角、距离及速度的四维跟踪。超宽带调频连续波雷达3．1调频连续波雷达的基本原理及性能分析连续波雷达调频的目的主要是为测量

4、目标的距离，通常采正弦波、三角波及锯齿波等对其发射信号的频率进行调制，如图l所示，按一定波形调频的发射机射频信号通过与环形器两端相连的喇叭向空间辐射，同时，环形器l一3端之间泄露的高频信号与2—3端之间接收回来的高频回波信号在混频器中混频，由于信号调频的结果，此时两个高频信号的频率是不相等的，设t。时刻发射信号的频率为，到，，时刻，频率为的射频信号反射回来，但t时刻的发射信号频率已变为，此时泄露信号的频率为，，因此，混频器输出的差频信号就与目标的距离有一定关系。图l连续波雷达的原理圈3．2超宽带调频连续波雷达的四维跟踪3．2．1角度跟踪及

5、速度跟踪图2示出了超宽带调频连续波雷达的原理框图，在这一系统中，采用时间分割的方法完成角度跟踪、速度测量和距离测量，即一半时间雷达发射调频信号完成距离测量，另一半时间发射信号不调制，以简便的方法直接测莓目标的多普勒速度，在提取速度分量后，按照常规比幅单脉冲雷达的跟踪模式进行角度跟踪误著信号的处理，使天线的电轴始终对准目标，完成在轴稳定跟踪，这里不再赘述。3．2．2距离测量正象前面所述，如何完成目标的距离测最是连续波雷达的关键所在，本文提出了采用正弦波调制对差频信号进行FFT处理后求得调制因子D的方法测量目标距离。A．正弦波调频信号的频谱发

6、射信号为：(22f]第l期胡小全：超宽带调频连续波雷达性能分析·25·图2超宽带调频连续波雷达原理框图式中：——发射载频频率：——最大调制频偏：——调制频率。对于距离为的固定目标，回波信号为s；n(2+s；n2](2)式中：T--2R／C，C为光速。单一固定目标，混频器输出的差频信号为：=。snst呱c。s[2(，一)]+2(3)=Kv,oosin{Dcos(2nf,．t一)+)·26·探测与定位2004年式中：D：sin(7’)称为调制因子：jm=T=2nfor。将差频信号展开为付氏级数，幅度归一后，则有下式：=o(D)co一2l(D)

7、sin‰co(2一)一22(D)co‰co2(2矿朋一m)(4)+2J3(D)sinocos(2nfmt一)+2J4(D)cos~PoCOS4(2~fot一)+25(D)由式(4)可以看出，差频信号由零频及调制频率的各次谐波构成，各次谐波幅度与目标距离有关。这一点与发射信号是不同的，发射信号(或回波)频谱中各谱线相对幅度完全由调制系数／2决定，图3和图4分别给出了发射信号和差频信号的频谱·以1)af=300kHzf_A+2f．图3发射信号频谱J=300kHz厂用=150kD】(D】(D)IlJ4CD)ll～．，A+2f．图4差频信号频谱对

8、于速度为的运动目标，其差频信号为：第l期胡小全：超宽带调频连续波雷达性能分析·27·=0(D)COS(2nfdt一九)+21(D)sin(2nfat一九)cos(2刀r一)一2J2(D)cos