连续波雷达及信号处理技术研究

沈佳琪



连续波雷达及信号处理技术研究

沈佳琪

中国船舶重工集团公司第七二三研究所， 江苏 扬州225001

在现阶段雷达常用体制中，多以连续波体制和脉冲多普勒体制为多。连续波雷达本身所具有的发射功率小、隐蔽性能好以及抗反辐射导弹能力强等特点，在增大了雷达作用距离的同时，也使雷达具有低截获率和抗有源干扰的能力。

连续波；雷达；信号；处理技术

引言

连续波雷达由于瞬时发射功率低，具有低截获概率性能，所以应用日益广泛。对连续波信号进行截获，并对它的调制参数进行精确估计是电子侦察的重要内容。由于连续波雷达发射功率低，作用时间长，在其作用时间内会不可避免地掺杂若干功率较大，持续时间较短的脉冲雷达信号，因此必须考虑在连续波背景下的多信号处理。连续波雷达信号的形式有许多种，包括单频连续波信号、调频连续波信号和伪随机二相码连续波信号等，其中使用较为广泛的是调频连续波信号。调频连续波信号包括线性调频连续波（LFMCW）信号、三角波调频连续波信号、正弦调频连续波信号和平方律调频连续波信号等多种形式。[1]

1 连续波雷达的工作原理

在雷达发射线性三角调频连续波信号时，雷达载频f0，调频带宽为B、调频间隔为T。信号的频率与时间关系如图1所示，细实线代表的是发射信号，粗实线代表的是目标回波信号。粗虚线则代表的是有多普勒频率时的目标回波信号。而发射与目标回波信号频率差如图2所示，图2中用实线来表示固定目标回波与发射信号的频率差，用虚线来表示运动目标回波与发射信号的频率差。因此在发射信号一个扫频周期内，三角线性调频信号正向调制段可以示为Bt，up（t）=A0cos[2π（f0t+μt2/2）+0， up]，其中f0、A0和0、up则分别代表的是发射信号的频率、幅度和初始相位，其中的μ=B/T是调制斜率。

图1发射信号与频率的时间关系

图2差拍信号瞬间频率

2 连续波雷达的特点

1924年，人们利用连续波调频测距的原理研究和观测了电离层。二次世界大战中又利用它观测了飞机与地面的高度。不久，收发开关解决了连续波雷达的收发隔离问题。今天，连续波雷达的接收和发射已经可以公用一个天线[2]。

在近程雷达系统或次级雷达中，连续波雷达与脉冲雷达相比具有独特的优点。特别是随着当今世界微波固态器件的发展，利用连续波雷达能使雷达更为简单，其原因在于连续波雷达的发射机无需甚高压，不会产生高压打火，并且调制信号可以多样化，这在相同体积和重量下有利于发射功率的提高。目前，主振放大式行波管的平均功率/重量为4.4W/kg，而连续波雷达发射机则是7.9W/kg。于是，连续波雷达可以做到体积小和重量轻，而且其发射机容易实现，馈线损耗也较低。连续波雷达接收机的带宽窄于脉冲雷达接收机。因此，它有利于抗杂波，并在电磁干扰环境下具有更好的下视和抗干扰能力。特别是只实现测速时，连续波雷达显得更为优越。测距时也不存在脉冲雷达的距离遮挡现象。

连续波雷达比脉冲雷达的反隐身、抗背景杂波和抗干扰能力更好：

第一，发射机功率较低，有利于反侦察。譬如，连续波雷达采用伪随机码调相或随机码调相，使对方的侦察接收机无法利用快速傅里叶变换跟踪雷达的瞬时频率，对方要想干扰伪随机或随机二相码连续波雷达是很困难的。因此，连续波雷达容易实现低截获概率。

第二，连续波雷达接收机的带宽较窄，在杂波背景下具有良好的检测能力。

第三，从雷达距离方程来看，增大发射功率和收发天线的增益，减小接收机噪声系数和微波损耗，有可能检测出较小的隐身目标，使雷达探测或跟踪距离满足战术技术要求。连续波雷达与脉冲雷达相比，其唯一障碍是连续波雷达的收发隔离[3]。

3 连续波雷达的信号处理

在连续波雷达数字信号的处理系统方面主要可以分为I、Q这两个支路，连续波雷达的数字信号系统的两个支路分别由杂波对消、匹配滤波、最大熵外推、FFT、恒虚警判决等电路进行组成。在雷达发射信号时，信号需要经脉冲调制器来进行相关调制，在这个过程当中就会产生占空比为0.5的高稳定射频信号。目标反射后形成信号的回波利用天线经T/R开关转换器将其信号送到接收机当中，接收机中接收到的信号会经过混频电路将其中的中频信号再数字信号处理系统输入端。在达到输入端的熟悉信号之后再经过A/D变换，就会在保持中频相位信息的状态下将其并送入到杂波对消器。通过这样的方式来对其消除地（海）杂波的影响，从而在很大程度上可以减少数字信号的动态范围。伪码匹配滤波器实对伪码实行解扩的行为动作的同时，还可以完成对多普勒失谐的补偿。将数字信号进行解扩动作之后，信号频谱就会变窄，并且解扩后的信号波形成为了含有多普勒信息的近似正弦的断续周期信号。在这个时候的最大熵外推主要是应用最大熵前后向预测外推。通过这样的动作就会使得k个周期的呈现出断续波形的信号逐渐连接成为kT连续时间的连续波，从而提高频率的分辨能力来对间断信号所造成的加窗影响进行消除以及中断。

4 结论

综上所述，通过对连续波雷达数字信号处理系统的分析和实现，可以看出在很大程度上连续波雷达具有明显的优势。因此，在未来的高科技的战争条件下，连续波雷达具有广阔的应用前景。在今后的发展研究过程中，要不断进行广泛的研究，使得连续波雷达技术得到更加广泛的发展。

[1]刘国岁，孙光民，顾红，朱晓华.连续波雷达及其信号处理技术[J].现代雷达，2014（6）：20-36.

[2]史林，张琳.调频连续波雷达频谱配对信号处理方法[J].西安电子科技大学学报，2013（4）：534-538.

[3]万红进，刘辉，杨石玲.调频间断连续波雷达信号处理分析与仿真[J].火控雷达技术，2014（2）：30-34.

The continuous wave radar and signal processing technology research

ShenJiaqi

Research institute of China shipbuilding industry corporation DiQiErSan，Jiangsu Yangzhou 225001

at present commonly used radar system， how to cw system and pulse doppler system. Inherent in continuous wave radar transmitted power of small， good concealment performance， and strong ability of resisting characteristics， while increasing the radar range， also make the radar with low intercept rate and ability to resist active jamming.

continuous wave; Radar; Signal; Processing technology

TN957.51

A

1009-6434(2016)09-0033-02