弹载相控阵探测器距离向回波信号优化方案

高分辨测距过程中，频率步进子脉冲具备瞬时带宽窄、探测系统简单、易于工程实现等优势［71］，但是单一的SF脉冲在远距离探测的过程中，数据率较低、时间积累耗时较长，在高精度探测过程中难以保证信号积累的效率以及成像精度［72］。线性调频脉冲压缩体制具备数据率高且在调制带宽足够的情况下能够保证前视成像时的高分辨率的优势［73］。

因此运用LFM-SF复合体制实现弹载相控阵探测器的前视高分辨成像，以充分利用两种探测信号体制的优势，能够在载弹不同预设任务的执行过程中灵活运用。考虑目标区域的强散射点，将LFM-SF信号［74］向目标区域进行辐射，复合信号每一脉冲的重复间隔（Pulse Repetition Interval，PRI）内，线性调频脉冲向外辐射的时域波形可以表示为Chirp脉冲波形，则第l个脉冲的时域波形可以表示为

式中，A为探测信号幅度参数；τ为脉冲宽度；Tp为脉冲重复周期；tl为时间变量，表示在第l个重复周期内的时间变量；φl为发射信号在第l个重复周期内的初始相位；f0为发射信号频率；K为频率调制斜率。则第l个脉冲的瞬时频率可表示为

式中，A为探测信号幅度参数；τ为脉冲宽度；Tp为脉冲重复周期；tl为时间变量，表示在第l个重复周期内的时间变量；φl为发射信号在第l个重复周期内的初始相位；f0为发射信号频率；K为频率调制斜率。则第l个脉冲的瞬时频率可表示为

式中，fl为第l个脉冲的瞬时频率。设信号的调制带宽为B，则瞬时频率在第l个脉冲内的变化范围为

式中，fl为第l个脉冲的瞬时频率。设信号的调制带宽为B，则瞬时频率在第l个脉冲内的变化范围为

综上，探测器的发射信号时域波形可以表示为

综上，探测器的发射信号时域波形可以表示为

按照雷达系统相关理论［75］，对于线性调频信号进行脉冲压缩后，距离分辨率能够达到c／（2B）。对宽带调频的发射信号而言，当被测目标尺寸大于c／（2B）时，待测目标必然会被认为是多个强散射点组成的目标区域。对于静止的目标区域，假设由M个强散射点组成，令探测天线与第m个强散射点的距离为Rm，且Rm满足

按照雷达系统相关理论［75］，对于线性调频信号进行脉冲压缩后，距离分辨率能够达到c／（2B）。对宽带调频的发射信号而言，当被测目标尺寸大于c／（2B）时，待测目标必然会被认为是多个强散射点组成的目标区域。对于静止的目标区域，假设由M个强散射点组成，令探测天线与第m个强散射点的距离为Rm，且Rm满足

则第m个强散射点在第l个重复周期的回波信号可以表示为

则第m个强散射点在第l个重复周期的回波信号可以表示为

式中，Um为回波信号幅度参数。被接收天线截获后，经过相参混频得到目标回波的中频信号：

式中，Um为回波信号幅度参数。被接收天线截获后，经过相参混频得到目标回波的中频信号：

式中，Sl，m为信号的复数形式参数。考虑回波信号中的杂波以及噪声，则实际的信号输出为

式中，Sl，m为信号的复数形式参数。考虑回波信号中的杂波以及噪声，则实际的信号输出为

式中，ε（tl）为噪声复数形式。为满足前视探测的预设精度与要求，对xl（tl）进行采样，采样间隔为Δt。则实际的采样点数可以表示为(www.xing528.com)

式中，ε（tl）为噪声复数形式。为满足前视探测的预设精度与要求，对xl（tl）进行采样，采样间隔为Δt。则实际的采样点数可以表示为

对于非遮挡目标而言，经过采样后的第m个强散射点回波信号可以表示为

对于非遮挡目标而言，经过采样后的第m个强散射点回波信号可以表示为

同样，若考虑接收机噪声，实际的采样信号可以表示为

同样，若考虑接收机噪声，实际的采样信号可以表示为

由于目标的距离或者目标上包含的强散射点的中心位置，因此回波信号数据的起始时刻未知，在进行脉冲压缩的过程中，需要将匹配滤波器进行周期性拓展，经过匹配滤波后的输出可以表示为

由于目标的距离或者目标上包含的强散射点的中心位置，因此回波信号数据的起始时刻未知，在进行脉冲压缩的过程中，需要将匹配滤波器进行周期性拓展，经过匹配滤波后的输出可以表示为

式中，hl为匹配滤波器。k的取值范围为［0，N-NT］，匹配滤波器可表示为

式中，hl为匹配滤波器。k的取值范围为［0，N-NT］，匹配滤波器可表示为

经过匹配滤波后，最大值位于nm-NT处，则对目标区域内第m个强散射点的距离估计值可以表示为

经过匹配滤波后，最大值位于nm-NT处，则对目标区域内第m个强散射点的距离估计值可以表示为

当目标尺寸大于波束宽度时，会将待测目标或目标区域视为多强散射点的分布式目标或目标区域，目标将占据多个分辨单元，则式（5-31）所反映出的目标距离信息也就是待测目标的完全距离像［76］。如果在距离R处存在目标，则在完全距离像的某些距离分辨单元内，会呈现较大的目标谱线。对于强散射点组成的分布式目标而言，目标在连续分辨单元的完全距离像即为探测器探测目标后得到的目标高分辨定距像［77］。由移相器控制发射波束方向图指向以及每一阵元发射波形的初始相位，相应的子阵的调整能够将探测波束方向图的最大值调整至不同的探测方向，以实现方位向的波束覆盖与扫描，从而能够在视场角范围内实现方位向完全扫描。

遍历整个目标区域后，经过方位向分辨得到每一强散射点方位向位置，再通过距离向高分辨定距，最终形成的距离像包含了目标区域散射点的方位与距离信息。按照第4章推导结果，方位向高分辨体现在每一阵元的发射信号覆盖范围内实现测角，因此最终获得的目标区域强散射点方位-距离像需结合每一阵元的回波信号处理结果并进行方位向拼接，得到弹载相控阵探测器视场范围内的高分辨定距像。

当目标尺寸大于波束宽度时，会将待测目标或目标区域视为多强散射点的分布式目标或目标区域，目标将占据多个分辨单元，则式（5-31）所反映出的目标距离信息也就是待测目标的完全距离像［76］。如果在距离R处存在目标，则在完全距离像的某些距离分辨单元内，会呈现较大的目标谱线。对于强散射点组成的分布式目标而言，目标在连续分辨单元的完全距离像即为探测器探测目标后得到的目标高分辨定距像［77］。由移相器控制发射波束方向图指向以及每一阵元发射波形的初始相位，相应的子阵的调整能够将探测波束方向图的最大值调整至不同的探测方向，以实现方位向的波束覆盖与扫描，从而能够在视场角范围内实现方位向完全扫描。

遍历整个目标区域后，经过方位向分辨得到每一强散射点方位向位置，再通过距离向高分辨定距，最终形成的距离像包含了目标区域散射点的方位与距离信息。按照第4章推导结果，方位向高分辨体现在每一阵元的发射信号覆盖范围内实现测角，因此最终获得的目标区域强散射点方位-距离像需结合每一阵元的回波信号处理结果并进行方位向拼接，得到弹载相控阵探测器视场范围内的高分辨定距像。