相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

1、第一章 相控陣?yán)走_(dá)系發(fā)射信號的設(shè)計(jì)與分析1.1 雷達(dá)工作原理雷達(dá)是radar（radio detection and ranging）的音譯詞，意為“無線電檢測和測距”，即利用無線電波來檢測目標(biāo)并測定目標(biāo)的位置，這也是雷達(dá)設(shè)備在最初階段的功能。典型的雷達(dá)系統(tǒng)如圖1.1，它主要由發(fā)射機(jī)，天線，接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理，定時(shí)控制，顯示等設(shè)備組成。利用雷達(dá)可以獲知目標(biāo)的有無，目標(biāo)斜距，目標(biāo)角位置，目標(biāo)相對速度等。現(xiàn)代高分辨雷達(dá)擴(kuò)展了原始雷達(dá)概念，使它具有對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(飛機(jī)，導(dǎo)彈等)和區(qū)域目標(biāo)(地面等)成像和識別的能力。雷達(dá)的應(yīng)用越來越廣泛。 圖1.1：簡單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)框圖 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)是產(chǎn)生符合要求的雷達(dá)

2、波形（radar waveform），然后經(jīng)饋線和收發(fā)開關(guān)由發(fā)射天線輻射出去，遇到目標(biāo)后，電磁波一部分反射，經(jīng)接收天線和收發(fā)開關(guān)由接收機(jī)接收，對雷達(dá)回波信號做適當(dāng)?shù)奶幚砭涂梢垣@知目標(biāo)的相關(guān)信息。 假設(shè)理想點(diǎn)目標(biāo)與雷達(dá)的相對距離為r，為了探測這個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)發(fā)射信號,電磁波以光速向四周傳播，經(jīng)過時(shí)間后電磁波到達(dá)目標(biāo)，照射到目標(biāo)上的電磁波可寫成：。電磁波與目標(biāo)相互作用，一部分電磁波被目標(biāo)散射，被反射的電磁波為，其中為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面（radar cross section ,簡稱rcs），反映目標(biāo)對電磁波的散射能力。再經(jīng)過時(shí)間后，被雷達(dá)接收天線接收的信號為。如果將雷達(dá)天線和目標(biāo)看作一個(gè)系統(tǒng)，便得到

3、如圖1.2的等效，而且這是一個(gè)lti（線性時(shí)不變）系統(tǒng)。 圖1.2：雷達(dá)等效于lti系統(tǒng)等效lti系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)可寫成: (1.1)m表示目標(biāo)的個(gè)數(shù)，是目標(biāo)散射特性，是光速在雷達(dá)與目標(biāo)之間往返一次的時(shí)間， (1.2)式中，為第i個(gè)目標(biāo)與雷達(dá)的相對距離。雷達(dá)發(fā)射信號經(jīng)過該lti系統(tǒng)，得輸出信號(即雷達(dá)的回波信號)： (1.3) 那么，怎樣從雷達(dá)回波信號提取出表征目標(biāo)特性的(表征相對距離)和(表征目標(biāo)反射特性)呢？常用的方法是讓通過雷達(dá)發(fā)射信號的匹配濾波器，如圖1.3。 圖1.3：雷達(dá)回波信號處理 的匹配濾波器為： (1.4)于是， （1.5）對上式進(jìn)行傅立葉變換： (1.6)如果選取合適的，使它

4、的幅頻特性為常數(shù)，那么1.6式可寫為： (1.7)其傅立葉反變換為： (1.8)中包含目標(biāo)的特征信息和。從 中可以得到目標(biāo)的個(gè)數(shù)m和每個(gè)目標(biāo)相對雷達(dá)的距離： （1.9）這也是線性調(diào)頻（lfm）脈沖壓縮雷達(dá)的工作原理。1.2線性調(diào)頻（lfm）信號脈沖壓縮雷達(dá)能同時(shí)提高雷達(dá)的作用距離和距離分辨率。這種體制采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠大的作用距離；而接受時(shí)采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得窄脈沖，以提高距離分辨率，較好的解決雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。脈沖壓縮雷達(dá)最常見的調(diào)制信號是線性調(diào)頻（linear frequency modulation）信號,接收時(shí)采用匹配濾波器（match

5、ed filter）壓縮脈沖。lfm信號(也稱chirp 信號)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (1.10)式中為載波頻率，為矩形信號， （1.11） ，是調(diào)頻斜率，于是，信號的瞬時(shí)頻率為，如圖1.4 圖1.4 典型的chirp信號（a）up-chirp(k0)（b）down-chirp(k0)將1.10式中的up-chirp信號重寫為： （1.12）式中， （1.13）是信號s(t)的復(fù)包絡(luò)。由傅立葉變換性質(zhì)，s(t)與s(t)具有相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而以，因此，matlab仿真時(shí)，只需考慮s(t)。以下matlab程序產(chǎn)生1.13式的chirp信號，并作出其時(shí)域波形和幅頻特性，如圖1.5。%

6、demo of chirp signalt=10e-6; %pulse duration10usb=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30mhzk=b/t; %chirp slopefs=2*b;ts=1/fs; %sampling frequency and sample spacingn=t/ts;t=linspace(-t/2,t/2,n);st=exp(j*pi*k*t.2); %generate chirp signalsubplot(211)plot(t*1e6,real(st);xlabel(time in u sec);ti

7、tle(real part of chirp signal);grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-fs/2,fs/2,n);plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(st);xlabel(frequency in mhz);title(magnitude spectrum of chirp signal);grid on;axis tight;仿真結(jié)果顯示： 圖1.5：lfm信號的時(shí)域波形和幅頻特性1.3 lfm脈沖的匹配濾波信號的匹配濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)為： （1.14）是使濾波器物理可實(shí)現(xiàn)所附加的時(shí)延。理論分析時(shí)

8、，可令0，重寫1.14式， （1.15）將1.10式代入1.15式得: (1.16 ) 圖1.6：lfm信號的匹配濾波如圖1.6,經(jīng)過系統(tǒng)得輸出信號， 當(dāng)時(shí), (1.17)當(dāng)時(shí), (1.18)合并1.16和1.17兩式： （1.19）1.19式即為lfm脈沖信號經(jīng)匹配濾波器得輸出,它是一固定載頻的信號。當(dāng)時(shí)，包絡(luò)近似為辛克（sinc）函數(shù)。 （1.20）圖1.7：匹配濾波的輸出信號如圖1.7，當(dāng)時(shí)，為其第一零點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)時(shí)，習(xí)慣上，將此時(shí)的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。 (1.21)lfm信號的壓縮前脈沖寬度t和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比d， （1.22）1.22式表明，壓縮比也就是lfm

9、信號的時(shí)寬頻寬積。由2.1,3.3,3.6式，s(t),h(t),so(t)均為復(fù)信號形式，matab仿真時(shí)，只需考慮它們的復(fù)包絡(luò)s(t),h(t),so(t)。以下matlab程序段仿真了圖1.6所示的過程，并將仿真結(jié)果和理論進(jìn)行對照。%demo of chirp signal after matched filtert=10e-6; %pulse duration10usb=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30mhzk=b/t; %chirp slopefs=10*b;ts=1/fs; %sampling frequency and

10、sample spacingn=t/ts;t=linspace(-t/2,t/2,n);st=exp(j*pi*k*t.2); %chirp signalht=exp(-j*pi*k*t.2); %matched filtersot=conv(st,ht); %chirp signal after matched filtersubplot(211)l=2*n-1;t1=linspace(-t,t,l);z=abs(sot);z=z/max(z); %normalize z=20*log10(z+1e-6);z1=abs(sinc(b.*t1); %sinc functionz1=20*log

11、10(z1+1e-6);t1=t1*b; plot(t1,z,t1,z1,r.);axis(-15,15,-50,inf);grid on;legend(emulational,sinc);xlabel(time in sec timesitb);ylabel(amplitude,db);title(chirp signal after matched filter);subplot(212) %zoomn0=3*fs/b;t2=-n0*ts:ts:n0*ts;t2=b*t2;plot(t2,z(n-n0:n+n0),t2,z1(n-n0:n+n0),r.);axis(-inf,inf,-50

12、,inf);grid on;set(gca,ytick,-13.4,-4,0,xtick,-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3);xlabel(time in sec timesitb);ylabel(amplitude,db);title(chirp signal after matched filter (zoom);仿真結(jié)果如圖1.8： 圖1.8：chirp信號的匹配濾波圖1.8中，時(shí)間軸進(jìn)行了歸一化，（）。圖中反映出理論與仿真結(jié)果吻合良好。第一零點(diǎn)出現(xiàn)在（即）處，此時(shí)相對幅度-13.4db。壓縮后的脈沖寬度近似為（），此時(shí)相對幅度-4db,這理論分析（圖1.7）一致。上面

13、只是對各個(gè)信號復(fù)包絡(luò)的仿真，實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)中，lfm脈沖的處理過程如圖1.9。 圖1.9： lfm信號的接收處理過程雷達(dá)回波信號（1.4式）經(jīng)過正交解調(diào)后，得到基帶信號，再經(jīng)過匹配濾波脈沖壓縮后就可以作出判決。正交解調(diào)原理如圖1.10，雷達(dá)回波信號經(jīng)正交解調(diào)后得兩路相互正交的信號i(t)和q(t)。一種數(shù)字方法處理的的匹配濾波原理如圖1.11。圖1.10：正交解調(diào)原理圖1.11：一種脈沖壓縮雷達(dá)的數(shù)字處理方式1.4matlab仿真結(jié)果（1）任務(wù)：對以下雷達(dá)系統(tǒng)仿真。雷達(dá)發(fā)射信號參數(shù)：幅度：1.0信號波形：線性調(diào)頻信號頻帶寬度：30兆赫茲（30mhz）脈沖寬度：10微妙（20us）中心頻率：1gh

14、z（109hz）雷達(dá)接收方式：正交解調(diào)接收距離門：45km50km目標(biāo)：tar1：45.5kmtar2：46kmtar3：47kmtar4：47km5mtar5：48kmtar6：48km2m（2）系統(tǒng)模型：結(jié)合以上分析，用matlab仿真雷達(dá)發(fā)射信號，回波信號，和壓縮后的信號的復(fù)包絡(luò)特性，其載頻不予考慮（實(shí)際中需加調(diào)制和正交解調(diào)環(huán)節(jié)），仿真信號與系統(tǒng)模型如圖1.12。 圖1.12：雷達(dá)仿真等效信號與系統(tǒng)模型（3）線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)仿真程序lfm_radar 仿真程序模擬產(chǎn)生理想點(diǎn)目標(biāo)的回波，并采用頻域相關(guān)方法（以便利用fft）實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮。函數(shù)lfm_radar的參數(shù)意義如下：t：chir

15、p信號的持續(xù)脈寬；b：chirp信號的調(diào)頻帶寬；rmin：觀測目標(biāo)距雷達(dá)的最近位置；rmax：觀測目標(biāo)距雷達(dá)的最遠(yuǎn)位置；r：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個(gè)目標(biāo)相對雷達(dá)的斜距；rcs：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個(gè)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。在matlab指令窗中鍵入：lfm_radar(10e-6,30e6,45000,50000,45500,46000,47000,47005,48000,48002,1,1,1,1,1,1)得到的仿真結(jié)果如圖1.13。（4）分辨率(resolution)仿真 改變兩目標(biāo)的相對位置，可以分析線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的分辨率。仿真程序默認(rèn)參數(shù)的距離分辨率為： (1.23)圖1.14為分

16、辨率仿真結(jié)果，可做如下解釋：(a) 圖(a)為單點(diǎn)目標(biāo)壓縮的波形；(b) 圖(d)中，兩目標(biāo)相距2m，小于，因而不能分辨；(c) 圖(e)中，兩目標(biāo)相距5m，等于，實(shí)際上是兩目標(biāo)的輸出sinc包絡(luò)疊加，可以看到他們的副瓣相互抵消；(d) (h)圖中，兩目標(biāo)距離大于雷達(dá)的距離分辨率，可以觀察出，它們的主瓣變寬，直至能分辨出兩目標(biāo)。 圖1.13：仿真結(jié)果圖1.14：線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)分辨率仿真附錄：lfm_radar.m%demo of lfm pulse radar%=function lfm_radar(t,b,rmin,rmax,r,rcs)if nargin=0 t=10e-6; %pu

17、lse duration 10us b=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30mhz rmin=10000;rmax=15000; %range bin r=10500,11000,12000,12008,13000,13002; %position of ideal point targets rcs=1 1 1 1 1 1; %radar cross sectionend%=%parameterc=3e8; %propagation speedk=b/t; %chirp sloperwid=rmax-rmin; %receive win

18、dow in metertwid=2*rwid/c; %receive window in secondfs=5*b;ts=1/fs; %sampling frequency and sampling spacingnwid=ceil(twid/ts); %receive window in number%=%gnerate the echo t=linspace(2*rmin/c,2*rmax/c,nwid); %receive window %open window when t=2*rmin/c %close window when t=2*rmax/c m=length(r); %nu

19、mber of targets td=ones(m,1)*t-2*r/c*ones(1,nwid);srt=rcs*(exp(j*pi*k*td.2).*(abs(td)t/2);%radar echo from point targets %=%digtal processing of pulse compression radar using fft and ifftnchirp=ceil(t/ts); %pulse duration in numbernfft=2nextpow2(nwid+nwid-1)； %number needed to compute linear %convol

20、ution using fft algorithmsrw=fft(srt,nfft); %fft of radar echot0=linspace(-t/2,t/2,nchirp); st=exp(j*pi*k*t0.2); %chirp signal sw=fft(st,nfft); %fft of chirp signalsot=fftshift(ifft(srw.*conj(sw); %signal after pulse compression%=n0=nfft/2-nchirp/2;z=abs(sot(n0:n0+nwid-1);z=z/max(z);z=20*log10(z+1e-

21、6);%figuresubplot(211)plot(t*1e6,real(srt);axis tight;xlabel(time in u sec);ylabel(amplitude)title(radar echo without compression);subplot(212)plot(t*c/2,z)axis(10000,15000,-60,0);xlabel(range in meters);ylabel(amplitude in db)title(radar echo after compression);%=第二章 天線陣列設(shè)計(jì)雷達(dá)波形和信號的時(shí)間寬度通常與雷達(dá)的距離分辨率和速

22、度分辨率相關(guān)，而雷達(dá)分辨率除了包括距離分辨率和速度分辨率，還包括角度分辨率，角度分辨率，亦稱為橫向距離分辨率。距離和速度分辨率由雷達(dá)信號的模糊函數(shù)確定。由模糊函數(shù)理論可知，信號的距離測量精度和分辨率取決于信號的頻率結(jié)構(gòu)，為了提高距離分辨率，信號必須有大的持續(xù)帶寬，距離分辨率與信號帶寬的關(guān)系滿足下式 (2.1) r為距離分辨率，c為光速，b為信號持續(xù)帶寬。所以現(xiàn)代雷達(dá)幾乎都要求大帶寬甚至超寬帶工作能力。速度測量精度和速度分辨率同樣由模糊函數(shù)可知，它取決于信號的時(shí)域結(jié)構(gòu)，即速度分辨率越高，要求信號具有大的持續(xù)時(shí)寬，二者關(guān)系由下式確定 (2.2)為速度分辨率，為載波頻率，為信號持續(xù)時(shí)寬。高性能雷達(dá)中

23、常常使用大時(shí)寬帶寬積的雷達(dá)信號以獲得多方面的優(yōu)越性能，所以普通相控陣列雷達(dá)將受到限制。而光控相控陣?yán)走_(dá)由于采用光真實(shí)延時(shí)技術(shù)能夠在大的瞬時(shí)信號帶寬下工作，故在現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)中，它將更加值得重視和深入研究。而角度分辨率取決于天線波束的寬度，其表達(dá)式為 (2. 3)表示角度分辨率，為載波波長，r為斜距，l為天線孔徑。為了提高角度分辨率，可以采用更短的波長，以及使天線孔徑更大，更為實(shí)用和先進(jìn)的改進(jìn)角分辨能力的方法是采用具有超分辨處理能力的陣列技術(shù)，故相控陣列雷達(dá)具備了這方面的優(yōu)勢。陣列天線有一個(gè)由大量相同輻射單元（例如裂縫或偶極子）組成的孔徑，每個(gè)單元在相位和幅度上是獨(dú)立控制的。能得到精確可預(yù)測的輻

24、射方向圖和波束指向。由此處給出并將在以后還要詳細(xì)討論的一些簡單公式，很容易得到一般平面陣的特性。按間距l(xiāng)/2排列單元（l為波長）以避免產(chǎn)生被稱為柵瓣的多個(gè)波束。對筆形波束而言，輻射單元個(gè)數(shù)n與波束寬度的關(guān)系為 (2.4)或 (2.5)式中，qb是以度為單位的3 db波束寬度。當(dāng)波束指向孔徑法線方向時(shí)，相應(yīng)的天線增益為 (2.6)式中，h計(jì)入由天線損耗hl和由于單元不等加權(quán)帶來的幅度分布不均勻而產(chǎn)生的增益下降ha。當(dāng)掃描到角度q0時(shí)，平面陣列增益減少到與投影孔徑相對應(yīng)的值： (2.7)同樣，掃描波束寬度由法線波束寬度增加到（端射q0=90附近除外） (2.8)填滿全空間的波束總數(shù)m（波束寬度為法

25、線波束寬度且半功率點(diǎn)重疊）近似地等于增益，當(dāng)h1，它與n的簡單關(guān)系為 (2.9)在波束寬度隨掃描角度變化的平面陣列中，實(shí)際上能夠產(chǎn)生并填滿全空間的波束數(shù)為 (2.10)由于寬帶工作需要的是等路徑長度而不是等相位，所以用以2p為周期的移相掃描時(shí)，單元并聯(lián)饋電的天線陣列其帶寬將受到限制（參見7.8節(jié)）。其極限如下式所示： (2.11)這等效于帶寬極限由下式給出：用上述標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)頻率在帶寬內(nèi)改變時(shí)，掃描的輻射方向圖將被控偏移1/4的60處的波束寬度。如果帶寬范圍內(nèi)的所有頻率均等加權(quán)使用，那么帶寬允許增加一倍（脈沖寬度減半）。當(dāng)掃描角為q 0 時(shí)，波束隨頻率的改變而掃描q 角度，即 (2.12)對于較寬

26、的帶寬，必須引入時(shí)間延遲網(wǎng)絡(luò)以補(bǔ)償移相器。綜上所述雷達(dá)天線參數(shù)：頻帶寬度等于30兆赫茲（30mhz）角度分辨率等于載波波長等于0.3m雷達(dá)系統(tǒng)本身是一個(gè)大型的復(fù)雜系統(tǒng)，從信號角度來講，雷達(dá)的性能與其任何部分特性指標(biāo)息息相關(guān)，因?yàn)槿魏尾糠侄紩Πl(fā)射與接收的信號在頻域和時(shí)域產(chǎn)生影響。信號被發(fā)射或接收經(jīng)過天線時(shí)，天線將使信號產(chǎn)生失真，特別是陣列天線仍然可以看作一個(gè)存在某種頻率響應(yīng)特性的濾波器，只是它的頻響特性會隨著陣列的方向矢量改變而不同;同時(shí)，不同目標(biāo)也存在不同的頻率響應(yīng)特性，不同的雷達(dá)工作環(huán)境引起的回波雜波特性也不同，所以，研究雷達(dá)目標(biāo)回波特性與雜波建模分析十分重要。在多功能相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，由

27、于天線波束在較大空域內(nèi)掃描以及對付多個(gè)或多種目標(biāo)，所以相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，信號、天線、目標(biāo)和環(huán)境相互作用觀在實(shí)際的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)尤為重要。第三章 相控陣?yán)走_(dá)信號處理單元系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一部先進(jìn)的雷達(dá)必定要具有先進(jìn)的信號處理系統(tǒng)。由于相控陣?yán)走_(dá)要處理多批、高速目標(biāo)，因此對信號波形設(shè)計(jì)與處理設(shè)備提出了更多、更高的要求。與相控陣天線波束掃描的靈活性與自適應(yīng)能力相適應(yīng)，信號處理機(jī)應(yīng)具有更強(qiáng)的自適應(yīng)信號處理能力。相控陣天線的多通道特性使相控陣?yán)走_(dá)信號處理機(jī)具有多通道并行處理的特點(diǎn)。3.1 相控陣?yán)走_(dá)信號處理單元系統(tǒng)分析本文研究的相控陣?yán)走_(dá)是固定式多目標(biāo)單脈沖體制測量雷達(dá)，主要用來完成某戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈試驗(yàn)和火控雷

28、達(dá)精度實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)目標(biāo)的跟蹤測量任務(wù)。它具備自動(dòng)搜索、截獲和跟蹤多目標(biāo)，具有較強(qiáng)的低空跟蹤性能，能提供多種探測波形和與之相對應(yīng)的應(yīng)答式、反射式、應(yīng)答和反射混合等多種工作方式，以便達(dá)到最大的跟蹤距離和最佳的分辨率。雷達(dá)視頻信號處理單元用來完成雷達(dá)系統(tǒng)的雙三通道距離信息和角誤差信息的提取工作。其承擔(dān)的主要的信號處理任務(wù)如下:l 恒虛警率(cacfar和自適應(yīng)cfar)處理;l 雙門限檢測(cacfar檢測器和自適應(yīng)cfar檢測器);l 動(dòng)目標(biāo)顯示(數(shù)字雙脈沖單對消dmti);l 動(dòng)目標(biāo)檢測(dmtd:8點(diǎn)fft和恒虛警率處理);l 角誤差信號處理。3.1.1視頻信號處理單元技術(shù)指標(biāo)根據(jù)雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)和技

29、術(shù)指標(biāo)的要求，可得到視頻信號處理系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下:1 、a/d采樣頻率和量化字長:根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)對測距精度(隨機(jī)誤差延3m)和系統(tǒng)帶寬(l.7mhz、5mhz和10mhz)的要求，將a/d采樣頻率選取為=50mhz。此時(shí)，距離門的寬度為3m。又根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)測距范圍(4000km)的要求，若距離的最小表示單位為lm，則輸出的距離數(shù)據(jù)須用21位來表示。根據(jù)系統(tǒng)對材刀改善因子的要求和芯片采購的限制，a/d芯片的量化字長取12位。2、最大數(shù)據(jù)緩存深度: 最大不模糊距離如下:(重復(fù)頻率為) (3.1)根據(jù)雷達(dá)的最大不模糊距離(1000km)和距離門(3m)的寬度，可知每個(gè)重復(fù)周期所需的最

30、大數(shù)據(jù)緩存深度為個(gè)采樣數(shù)據(jù)(當(dāng)重復(fù)頻率150hz時(shí))。考慮到在脈沖發(fā)射的前后均存在盲區(qū)(和)，實(shí)際長度要略少一些。由于重復(fù)頻率=150hz是用于探測遠(yuǎn)距離小目標(biāo)的，為了保持較高的數(shù)據(jù)率，不做mti和mtd，因此，最多只需要一個(gè)周期長度的緩存空間，且緩存深度小于512k個(gè)采樣數(shù)據(jù)。，當(dāng)重復(fù)頻率取=1800hz2000hz時(shí)，每個(gè)重復(fù)周期所需的最大數(shù)據(jù)緩存深度為個(gè)采樣數(shù)據(jù)。由于重復(fù)頻率=1800hz2000hz是用于探測低空目標(biāo)的，需要做mti和mtd，因此，如果mti采用三脈沖雙對消，mtd采用8點(diǎn)fft，則需要緩存10個(gè)重復(fù)周期的采樣數(shù)據(jù)，相應(yīng)地，最大數(shù)據(jù)緩存空間為277777個(gè)采樣數(shù)據(jù)，其緩

31、存深度也小于512k個(gè)采樣數(shù)據(jù)。3.1.2雷達(dá)信號分析 由于相控陣?yán)走_(dá)采用了應(yīng)答和反射兼容的工作方式，它有兩套接收機(jī)，視頻信號處理系統(tǒng)要對兩種工作方式下的回波信號分別進(jìn)行處理。該雷達(dá)的角度測量方法采用的是單脈沖幅度比較法。它首先形成“和通道”()、“方位差通道”( )及“仰角差通道”()信號，然后用“和通道”信號對差通道信號進(jìn)行歸一化處理，最終確定角誤差信號。同時(shí)，為了消除信號的盲相，確保得到的信號無損失，動(dòng)目標(biāo)檢測采用i、q雙路檢測方案，相位檢波器輸出的i、q兩路正交信號經(jīng)過高速a/d變換后送到視頻信號處理系統(tǒng)。由此可見，最終送至視頻信號處理系統(tǒng)的信號有六個(gè)通道共十二路。反射方式的三個(gè)通道信

32、號是調(diào)頻脈沖經(jīng)過脈沖壓縮后的檢波信號，而應(yīng)答方式的三個(gè)通道信號是單頻脈沖經(jīng)過窄帶濾波后的檢波信號，雖然二者在中頻段的處理方法有所區(qū)別，但其視頻信號的處理方式是類似的。具體情況如下表所示:采樣頻率率量化字長重復(fù)周期壓縮脈寬處理方式反射方式50mhz12150hz0.3scfar300hz、1818hz0.15s50mhz12150hz0.3scfar300hz、1818hz0.15s50mhz12150hz0.3scfar300hz、1818hz0.15s應(yīng)答方式50mhz12150hz0.8scfar300hz0.8s50mhz12150hz0.8s300hz0.8s50mhz12150hz0

33、.8s300hz0.8s注:150hz和300hz的脈沖重復(fù)周期用于探測遠(yuǎn)距離小目標(biāo)及中距離多目標(biāo);而1818hz的脈沖重復(fù)周期只用于探測低空目標(biāo)，此時(shí)，為了解盲速，須進(jìn)行頻率參差。當(dāng)探測遠(yuǎn)程小目標(biāo)和中高空多目標(biāo)時(shí)，只對和通道做cfar處理。而當(dāng)探測低空目標(biāo)時(shí)，才對這三個(gè)通道做mti、mtd、cfar等一系列處理;對應(yīng)答方式下的信號不做mtd處理。當(dāng)雷達(dá)處于全程搜索狀態(tài)時(shí)，為了降低信號處理機(jī)的負(fù)載，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的能力，可將采樣頻率成倍數(shù)降低，最低采樣頻率可低至每個(gè)脈沖間隔12個(gè)取樣。這樣，在搜索方式下，采樣頻率可取=25mhz、12.5 mhz。3.1.3視頻信號處理單元的接口視頻信號處理

34、單元與其他單元共有三個(gè)接口:采樣數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)通信接口、控制與狀態(tài)信號接口(包含時(shí)鐘與同步信號)。數(shù)據(jù)輸入接口:用于進(jìn)行a/d采集數(shù)據(jù)的讀取，a/d采集的數(shù)據(jù)由輸入緩存板通過數(shù)據(jù)輸入接口傳輸至處理單元;由采樣數(shù)據(jù)輸入端口輸入16位采樣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信接口:數(shù)據(jù)通信端口任務(wù)是向坐標(biāo)測量計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)記錄機(jī)發(fā)送視頻信號處理板的運(yùn)算結(jié)果(包括距離信息和角誤差數(shù)據(jù))，并接收來自中央控制單元的系統(tǒng)控制字，向坐標(biāo)測量計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)記錄機(jī)傳送運(yùn)算結(jié)果均采用塊傳輸方式，系統(tǒng)控制字的讀取采用中斷方式。控制與狀態(tài)信號端口:控制與狀態(tài)信號端口主要是根據(jù)系統(tǒng)控制字定義的工作模式，向同步器、a/d控制信號產(chǎn)生器、模擬器等

35、外設(shè)發(fā)出相應(yīng)的控制命令，同時(shí)還讀取上述設(shè)備的狀態(tài)字和檢測字;處理單元有自己的時(shí)鐘，也可使用外部時(shí)鐘，外時(shí)鐘信號頻率為10mhz;并向組合提供8個(gè)10 mhz的時(shí)鐘信號供其他插件使用;數(shù)據(jù)記錄同步器模擬器波門調(diào)制a/d數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出int2int116bit16bit雷達(dá)信號處理單元控制信號圖3.1雷達(dá)信號處理單元基本框圖3.1.4雷達(dá)信號處理單元的體系結(jié)構(gòu)雷達(dá)信號處理具有以下特點(diǎn):l 多任務(wù)性：現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)往往要做多種處理工作，如前所述，單是信號處理可能就有同時(shí)進(jìn)行脈沖壓縮、多普勒濾波、恒虛警檢測等多種類型的處理;l 實(shí)時(shí)性：雷達(dá)信號處理系統(tǒng)要求是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，不能發(fā)生數(shù)據(jù)堆積，影響雷達(dá)的反應(yīng)速度;l 周期性：雷達(dá)的工作一般是周期性的，最小的周期是脈沖重復(fù)周期，大一點(diǎn)的周期為相參處理區(qū)間、波束駐留時(shí)間，天線掃描周期;l 并