线性调频连续波雷达抗干扰设计

赵艳秋，李　伟

(1.中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001;2.中国重工海博威(江苏)科技发展有限公司，扬州 225001)



线性调频连续波雷达抗干扰设计

赵艳秋1,2，李伟1,2

(1.中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001;2.中国重工海博威(江苏)科技发展有限公司，扬州 225001)

摘要：线性调频连续波(LFMCW)雷达与脉冲雷达相比具有独特的优点，应用的领域越来越广泛。以锯齿波为例，分析了LFMCW雷达抗干扰采取的措施，对LFMCW雷达抗同频干扰设计具有指导意义。

关键词：线性调频连续波；锯齿波频率调制；三角波频率调制；抗干扰

0引言

频率调制连续波雷达(LFMCW)与脉冲雷达相比具有独特的优点，如距离分辨力高、发射功率低且结构简单。同时LFMCW雷达要求较低的发射功率，而信号处理系统更为简单，具有体积小、重量轻的优势[1]。虽然随着技术的进步，连续波雷达应用的领域越来越广泛，如场面监视、防撞、导航等，但难免在某种条件下或时间段出现多部雷达的载频基本相同。如果不采取任何措施，这2部雷达都会把对方雷达所发射的电磁波显示在各自的雷达画面上形成严重的干扰，影响雷达的正常使用。如果有多条安装同一型号雷达的作战舰艇在一起执行任务，相互之间的同频干扰会达到十分严重的程度，各自都无法正常发现、录取目标。参考文献[2]详细分析了LFMCW雷达的各种干扰源情况，对LFMCW雷达面临的各种干扰进行了详细的分析。在参考文献[2]的基础上，对LFMCW雷达如何抗干扰进行了进一步的分析设计。

1LFMCW雷达基本工作原理

依据调频方式不同，调频连续波可分为锯齿波、三角波，它们均为线性调频连续波。

LFMCW雷达的组成框图如图1所示[3]，发射机产生连续高频等幅波，其频率在时间上按锯齿或三角形规律变化，目标回波和发射机直接耦合过来的信号加到接收机混频器内。在无线电波传输到目标并返回天线的这段时间内，发射机频率较回波频率已有了变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。当在不同距离处存在多个目标时，差拍信号为各个目标差拍信号的线性叠加，但在频率上却是分离的。所以，无论是单目标或多目标情况，都可以从差拍信号中获取目标的距离信息[4-5]。

锯齿波、三角波线性调频连续波的发射波形与目标回波的波形如图2和图3所示。其中f0(t)表示发射的波形，f0(t-td)表示目标回波，fb表示目标回波的差频。

图1　LFMCW雷达方框图

图2　锯齿调频连续波雷达频率时间关系

图3　三角调频连续波雷达频率时间关系

下面以锯齿调频连续波为例分析LFMCW雷达的抗干扰设计。

2LFMCW雷达抗干扰设计

考虑到波形调整、信号处理时间等因素，LFMCW雷达的发射波形设计如图4所示，T为调频时宽(信号持续时间)，Tr为重复周期，Tr-T为逆程时间，Δt为整个发射波形的周期，Δt约等于波束驻留时间，即完成单个波束内目标测量的时间，Δt内包含n个连续发射周期为T的锯齿波形或三角波。

图4　线性调频波形

干扰源为脉冲雷达和不同型号的连续波雷达时，根据参考文献[2]的计算结果，连续波的回波能量与干扰源的能量的量级大约在10-3。连续波雷达做完差频后，在接收端要做模拟带通滤波器设计(如图5)，把差频信号滤出。滤波器的设计根据连续波回波信号的最大频偏设计。根据图4，可以通过调节发射信号的起始时间来控制两者的差频，只要两者的差频大于连续波雷达的目标回波的最大频偏，则该干扰即落在滤波器带外，且滤波器带外的设计一般可以达到-30 dB。干扰信号即可滤掉。

图5　模拟滤波器

对干扰源为同型号连续波雷达的干扰影响：

(1) 2部雷达工作在相同量程下

混频后干扰信号对应2段差频,即图6所示的AB段和BC段。其中AB段为一固定的差频，BC段的斜率与干扰fi(t-tdi)的斜率相同，且该段的最小频点f(B)远大于目标的最大频偏。只要2部雷达发射触发之间相差一定时延，同一时刻干扰与本雷达之间的频差f(AB)超过目标回波的最大频偏，干扰信号经过滤波器后即可滤掉。

图6　2部雷达工作在相同量程下的差频

(2) 2部雷达工作在不同量程下

2部雷达的调频斜率不同，混频后干扰信号如图7中AB段和BC段所示。其中BC段的斜率与干扰fi(t-tdi)的斜率相同，且该段的最小频点f(B)远大于目标的最大频偏。根据滤波器的设计，AB段的频偏为f(A)，大于该量程下目标回波的最大频偏约1.1倍，可保证回波信号不被干扰。

图7　2部雷达工作在不同量程下的差频

假设该雷达有5个工作量程，则同型号雷达的干扰存在5种，该雷达工作在第1个量程下，则5种干扰的时延td1、td2、td3、td4、td5，回波信号最大频偏(即差频信号)为:

(1)

干扰与本雷达的频偏为:

(2)

雷达设计时，每种量程下有最大的工作量程，对

因此，在多部相同连续波雷达工作时，可以通过延时发射触发时间的方式进行抗干扰，延时时间可以设置成连续变换的或者固定抗干扰等级，对应不同的调频速度，既保证抗同频效果，又不影响雷达工作。以参考文献[2]中图6(a)为例，本雷达与同型雷达在相同工作量程下，改变本雷达的发射触发时间后，干扰的变化情况如图8所示；以参考文献[2]中图6(c)为例，本雷达与同型雷达在不同工作量程下，改变本雷达的发射触发时间后，干扰的变化情况如图9所示。其中，B0为雷达的调频带宽，Bi为干扰雷达的调频带宽。

图8　同型雷达相同工作量程下干扰的时域图与频域图

图8(a)为在相同工作量程下，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图8(d)为图8(a)对应的距离图，其中本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt；图8(b)为在相同工作量程下，改变本雷达的发射触发时间后，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图8(e)为图8(b)对应的距离图，本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt1;图8(c)为在相同工作量程下，改变本雷达的发射触发时间后，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图8(f)为图8(c)对应的距离图，其中本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt2。Δt2>Δt1>Δt。

图9　同型雷达不同工作量程下干扰的时域图与频域图

图9(a)为在不同工作量程下，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图9(d)为图9(a)对应的距离图，其中本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt；图9(b)为在不同工作量程下，改变本雷达的发射冲触发时间后，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图9(e)为图9(b)对应的距离图，本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt1;图9(c)为在不同工作量程下，改变本雷达的发射触发时间后，本雷达的射频信号f0(t)与其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)的时域图及两者差频信号的频域图；图9(f)为图9(c)对应的距离图，其中本雷达的射频信号f0(t)相比其他同型雷达的射频信号fi(t-tdi)，在时间上提前Δt2。Δt2>Δt1>Δt。

从图8、图9的仿真结果可以看出，变化发射触发的时间，可以最终达到抑制干扰的效果。

3结束语

近些年因为国内外学者对LFMCW雷达的深入研究，LFMCW雷达有了长足的发展，LFMCW雷达的应用越来越广泛。通过上述理论分析，该方法可以有效抑制同频干扰。在后续开展的雷达设计中，将进一步验证该方法的实际可行性及抗同频干扰的有效性。

参考文献

[1]凌太兵.LFMCW雷达运动目标检测与距离速度去耦合[D].成都：电子科技大学，2013.

[2]赵艳秋.LFMCW雷达干扰源分析[J].舰船电子对抗，2014，37(6)：33-35.

[3]丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4]杨帆.LFMCW雷达信号处理算法及研究[D].西安：西安电子科技大学，2007.

[5]王月鹏.对称三角线性调频连续波雷达技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2005.

Anti-jamming Design of LFMCW Radar

ZHAO Yan-qiu1,2,LI Wei1,2

(1.The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China；2.CSIC Haibowei (Jiangsu) Technology Development Co.Ltd，Yangzhou 225001,China)

Abstract:Linear frequency modulation continuous wave (LFMCW) radar has especial advantages comparing with pulse radar,and has been applied more and more widely.Taking the sawtooth wave as example,this paper analyzes the anti-jamming measures of LFMCW radar,which is of guidance meaning for the design of anti-synchronous jamming of LFMCW radar.

Key words:linear frequency modulation continuous wave;sawtooth wave frequency modulation;triangle wave frequency modulation,anti-jamming

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.01.011

中图分类号：TN958.94

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2016)01-0054-04

收稿日期:2015-02-06