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宽带雷达直接解调原理与实时脉压技术研究

王国庆  
【摘要】:大时宽带宽积LFM信号是宽带目标特性测量雷达的主要信号形式,去调频接收方法虽然要求的采样率低,但由于距离开窗导致测量目标范围严重受限,而直接接收则可避免这一问题。本文针对宽带雷达回波直接接收时的工程实现难题,结合1GHz带宽X波段目标特性测量雷达的研制,开展了高精度数字I/Q解调与实时脉冲压缩等研究,主要研究成果如下: 1.针对宽带雷达模拟正交解调工程实现中解调误差较大的难题,构建了具备解调误差自校正功能的双中频采样数字I/Q解调模型,避免了工程实现时对900功率分配器等设备的依赖。进而针对模型的快速工程实现,提出了两种数字I/Q信号快速重构算法,并设计了相应的双中频采样直接解调结构,在易于解调误差自校正的同时,大大减小了逻辑运算量。仿真表明,针对吉赫兹带宽信号时,镜频抑制比指标较模拟正交解调结构改善可达15dB以上。 2.针对单中频采样数字正交解调工程实现时可供选择的中心频率和采样率较少,不利于前端工程设计的难题,提出了基于二阶采样的免混频等效复采样方法,大大拓宽了中心频率与采样率选择范围,减轻了前端工程设计难度。 3.针对宽带雷达单中频采样数字正交解调工程实现时对滤波器阶数和采样率要求高、运算量大等缺陷,提出了单位取样响应移位法和基于频域加权改进的单位取样响应移位法两种采样时差消除方法,不仅避免了采样时差消除滤波器设计、降低了采样率要求、减小了运算量,而且基于频域加权改进的单位取样响应移位法还具有更高的镜频抑制比,与单位取样响应移位法结合使用时还可以直接处理含有任意中心频率的复指数信号。进而设计了相应的单中频采样直接解调结构,比其它单中频采样数字正交解调结构更加适于宽带雷达直接解调。 4.针对大时宽带宽积信号匹配滤波脉压存在的运算量大、实时性差等难题,提出了分块快速脉压方法,进而给出了相应的频域处理流程与频域分块脉压并行处理方案,有效减小了匹配滤波脉压过程中的计算冗余与运算量,提高了脉压处理的实时性。 最后结合1GHz带宽X波段目标特性测量雷达,研制了宽带雷达直接解调与实时脉压处理系统。目前系统已成功应用于该雷达,并将宽带雷达回波高分辨一维距离像成像能力由去调频接收时的几百米大大拓展为5公里。


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