基于信号峰脊陡变调制的雷达测距算法

石鑫　周勇　胡光波

摘 要：通过雷达准确测距，控制飞机对目标的攻击距离。传统的雷达测距算法受到目标回波信号的峰脊陡变效应的影响，测距精度不准确。提出一种基于雷达目标回波信号峰脊陡变调制的雷达测距算法。构建雷达目标回波信号模型，设计自适应滤波器，进行雷达信号的噪声干扰抑制，求得峰脊陡变信息分量回波相对于发射信号的时延，采用幅度调制方法，根据观测数据实时准确地估计目标的运动状态，实现峰脊陡变调制，得到了最优无偏的测距全局估计结果。仿真结果表明，该算法具有较高的雷达测距精度，误差较传统方法减少，在雷达目标检测和识别等领域具有较好的应用性能，对提高空中打击的精度具有重要意义。

关键词：雷达；测距；信号处理；峰脊陡变

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

雷达技术在目标搜索、敌我识别、多目标跟踪等军事方面得到各国的广泛应用。随着精确制导武器的发展，以及飞机空中打击的准确性需求，对雷达信号处理技术的研究受到人们的关注。雷达测距是雷达信号处理的一个重要分支，它主要利用微波波段电磁波对目标进行探测的电子设备，通过雷达测距技术的应用，提高对攻击目标的距离分辨能力，对提高空中打击的精度具有重要意义。研究准确的雷达测距技术受到雷达信号处理领域专家的重视。

传统的雷达测距算法主要有宽带线性调频信号采用匹配滤波方法和智能仿群算法等[1]，其中，文献[2]提出一种基于PSO的分布式传感器节点迭代定位测距算法，在实现雷达信号检测和定位识别中具有一定的应用价值，但算法复杂，对目标的实时跟踪不好。文献[3]提出基于蝙蝠声波信号处理的测距算法应用到雷达测距系统当中，提高了雷达信号分辨能力，但算法在低比特通信带宽下的测距效果不好。传统的雷达测算法受到目标回波信号的峰脊陡变效应的影响，测距精度不准确[4，5]。针对上述问题，提出一种基于雷达目标回波信号峰脊陡变调制的雷达测距算法。通过系统设计和算法改进，提高了测距性能，仿真实验验证了此算法在实现雷达目标测距和距离参数估计等方法优越的应用性能。

1 雷达目标回波信号模型及预处理

1.1 雷达目标回波信号模型构建

图1中，假设输入为单频信号cos 2πf0t，其中f0为信号频率，基于信息分配原则，并采用方差上界技术对滤波过程进行高维状态空间重构，实现信号滤波和噪声抑制，提高测距精度，但是综合分析上述信号模型构建可知，传统的测距算法受到目标回波信号的峰脊陡变效应的影响，测距精度不准确。因此本文进行算法改进设计。

2 信号峰脊陡变调制及测距算法实现

3 仿真实验

为了测试本文算法在实现雷达测距中的性能，进行仿真实验，设定雷达目标信号的垂直线列阵的基元间距为1 m；通信距离为3 km，码元宽度为0.4ms。首先进行雷达目标回波信号采集和噪声滤波处理，采用BPSK调制，仿真得到连续5个1s时间点对应的雷达目标回波通信信道，其中雷达目标回波信号多径扩展时间最大值可达到170 ms，所有主路径均出现在前100 ms时间内，接收信号时间扩展产生冲激响应陡变效应，各雷达回波信号接收阵元的冲击响应特征波形如图5所示。

以上述目标回波信号为样本，进行雷达测距仿真实验，为对比算法性能，采用文献[3]中的测距算法和本文算法进行对比，得到在不同信噪比下采用10 000次蒙特卡罗实验得到的雷达测距结果如图3所示。从图3可见，采用本文算法，具有较高的雷达测距精度，距离估计误差比传统方法减少12%，具有更好的检测和距离估计性能。

4 结 语

本文提出一种基于雷达目标回波信号峰脊陡变调制的雷达测距算法。首先进行雷达目标回波信号模型构建，设计自适应滤波器，进行雷达信号的噪声干扰抑制，求得峰脊陡变信息分量回波相对于发射信号的时延，采用幅度调制方法，实现峰脊陡变调制，最后得到了最优无偏的测距全局估计结果，仿真结果表明，本文算法具有较高的雷达测距精度，在雷达目标检测和识别等领域具有较好的应用性能。

参考文献

[1]刘昊晨，梁红. 线性调频信号参数估计和仿真研究[J]. 计算机仿真， 2011， 28（2）： 157-159.

[2]石鑫， 周勇， 甘新年， 等. 机载多源飞行数据资料的非线性检验[J]. 计算机与数字工程， 2013， 41（5）：729-732.

[3]于海斌， 曾鹏， 王忠锋. 雷达测距技术研究[J]. 科技通报， 2011， 25（10）： 102-110.

[4]王瑞，马艳. 基于分数阶傅里叶变换的线性调频脉冲信号波达方向估计[J].兵工学报，2014，35（3）：421-427.

[5]白曜铭， 蒋建中， 孙有铭，等. 采用FFT方法的抗阶数过估计信道盲辨识算法[J].信号处理，2014，30（1）：65-71.