复合探测信号回波分步脉冲压缩的原理分析

LFM-SF信号相对于频率步进（Step Frequency，SF）与线性调频体制的任意一种信号而言，优势体现在总体合成带宽一定的条件下，所需要的调频点更少，因此数据率能够得到进一步提升［64］。显然，LFM-SF信号体制的复杂程度有所提升，对于由目标区域强散射点得到的回波信号数据的处理也会相对复杂［65］。

利用分步脉冲压缩对LFM-SF信号回波进行处理：①第一次脉冲压缩针对每一脉冲内进行线性调频脉冲压缩处理；②第二次脉冲压缩针对每一周期采样单元的第一次脉冲压缩后的输出信号进行脉冲之间的阶梯脉冲压缩处理。无论是在第一次还是第二次的脉冲压缩过程中，都有可能导致压缩后得到的结果频谱产生衍生频谱峰值，在多散射点回波处理过程中，需要尤其考虑降低衍生频谱峰值的补偿算法。

为实现相控阵的高分辨探测，选择线性调频信号和频率步进信号复合体制作为系统的发射信号波形。线性调频信号通过频率调制扩展了信号宽度，回波信号经过脉冲压缩处理后能够得到待测目标区域的较高的距离分辨率［66］，从而保证弹载探测器能够具备较高的测距精度。同时对于发射信号而言，复合探测信号具有更大的脉冲宽度，从而提升了阵面的平均发射功率，增大探测器距离向作用距离。频率步进信号包含一组脉冲信号，脉冲间的工作频率能够按照固定的间隔逐渐增大或减小，通过将多个脉冲回波合成处理，也能提升探测器的距离分辨率［67］。

结合上述推导以及探测器的工作实际，对LFM-SF信号体制的前视高分辨测距探测原理进行推导。线性调频子脉冲频率步进信号可以表示为［68］

式中，fi为第i个脉冲的中心频率；u1为基带线性调频子脉冲；Tτ为脉冲重复周期。fi可以表示为

式中，f0为第1个脉冲的中心频率；BN为每一脉冲带宽，且通常情况下相邻两脉冲间的频率变量取值为BN。而在式（5-1）中，基带线性调频子脉冲可以表示为

式中，Tp为脉冲宽度；K为调频斜率，可表示为

对于前视目标区域内的单一目标而言，由目标区域的强散射点反射产生的回波信号可以表示为

式中，Ai为第i个回波信号幅度；τ（t）为目标回波延迟，可表示为(www.xing528.com)

式中，R为弹目距离；c为电磁波在介质中的传播速度；υ为载弹相对于目标的径向速度。目标回波信号被天线截获后，分步脉冲压缩处理过程如图5-1所示。

图5-1　回波信号处理流程

由图5-1可知，IDFT表示逆离散傅里叶变换（Inverse Discrete Fourier Transform）。回波信号经过相参混频后，输出得到视频信号，可以表示为

式中，假设载弹与目标之间无径向速度，则第一次脉冲压缩后的输出信号可以表示为

则对脉冲压缩后的输出信号进行采样，即可得到第i个脉冲的回波：

为简化推导过程，设Ai＝1，则对式（5-9）进行IDFT处理后可得

由式（5-10）可知，线性调频子脉冲频率步进信号经过脉冲压缩后，输出为类似离散Sinc函数，进一步得到处理后信号的时间分辨率为1／B，且速度分辨率为1／（NTτ）。利用线性调频脉冲步进信号进行前视探测的过程中，会出现被称为“频谱分裂”的现象。在经过脉冲压缩的过程后，回波信号频谱总会呈现多个频谱峰值，这其中能够正确反映目标区域强散射点信息的只有相对较强的峰值，而其他的衍生频谱峰值是“频谱分裂”造成的“虚假”目标［69］。进行分步脉冲压缩的目的就是在最终的信号频谱结果中将“真散射点”频谱峰值与“假散射点”的频谱峰值曲线进行最大化区分。

在进行第一次脉冲压缩后，目标区域的每一强散射点的回波信号被压缩成为Sinc函数形式的脉冲，脉冲主瓣的实际宽度可以表示为c／B；而当二次脉冲压缩之后，3 dB宽度内的不同采样单元的能量可以累积达到相同的频谱积累，而3 dB之外的采样单元的能量则是针对不同的频谱进行叠加，出现“频谱分裂”现象并会形成新的频谱峰值。