线性调频信号旁瓣抑制技术研究新.docx

线性调频信号旁瓣抑制技术研究摘要：本文在分析线性调频信号的脉冲床缩过程，研究了比较经典的直接加 窗旁瓣抑制技术，分析了直接利用经典窗函数进行加权的方法，考虑到矩形窗对 主瓣宽度无展宽影响的性能，选择与其他旁瓣抑制性能较强的窗函数进行组合， 利用组合窗函数对脉冲压缩信号进行旁瓣抑制处理，并用MATLAB针对线性调 频（LFM）信号进行了脉冲床缩与旁瓣抑制仿真，给出了不同参数下组合窗函数 对脉冲压缩信号的旁瓣抑制与主瓣展宽的结果，并对结果进行了分析，可知组合 窗在一定程度抑制旁瓣的同时，也大大的降低了对主瓣宽度的影响关键词：线性调频信号，组合窗函数，脉冲压缩，旁瓣抑制1引言现代雷达要求雷达发射的信号具有大的带宽和时宽，前者用以获得高距离分 辨力和测距精度，后者用来提高速度分辨力和测速精度线性调频信号是研究最 早、应用最广泛的一种大吋宽带宽积信号线性调频通过匹配滤波器后，输出压 缩脉冲的包络近似为辛格函数sinc（x）形状其中最大的第一对旁瓣为主瓣电平的 -13.2dB,高的旁瓣会使小信号淹没在大信号里，同吋也可能把大信号的旁瓣卅 作小信号来检测，而引起漏警和虚警为了提高分辨多H标的能力，必须采用旁 瓣抑制技术。

H前应用较为广泛的是采用窗函数抑制旁瓣（即加权），加权抑制旁瓣的方法 可分别采用时域加权和频域加权长期以來多采用频域方法实现匹配滤波，而对 时域匹配滤波的各种技术很少研究而现如今实现高速卷积运算己非难事且由 于频域加权吋需要知道信号功率谱的解析式，所以其应用受到了一定的限制，因 此更多的是采用吋域加权的方式旁瓣抑制技术还有采用递归吋变滤波器以及人 工神经网络进行旁瓣抑制的方法，以上这些方法都是以某种方式逼近输入编码的 理想逆滤波器除此之外还有谱修正抑制旁瓣技术，它可将原来不是矩形频谱的 信号等效为一矩形频谱，谱修正技术对于TB<100时的线性调频信号十分有用本文采用的是吋域加权法，但传统的经典窗函数（例如海明窗）加权，虽然 可以很好的抑制旁瓣，但却使主瓣宽度展宽近乎为原来的两倍，距离分辨力下降 而本文提出的组合窗函数加权在选定合适参数吋可在保持一定旁瓣抑制效果的同 时降低主瓣展宽的影响2 LFM脉冲压缩与加权吋域加权结构上是设计一个FIR滤波器，来达到旁瓣抑制的FI的旁瓣抑制 滤波器的设计方法通常有两种：一种是在匹配滤波器之后级联-个旁瓣抑制滤波 器，另一种是直接设计失配滤波器代替匹配滤波器。

如图1所示输入 1 ＞匹配滤波器^旁瓣抑制滤波器输出(a)输入 ( A 失配滤波器输出(b)(a)匹配滤波器之后级联一个旁瓣抑制滤波器 (b)直接设计失陪滤波器图1旁瓣抑制滤波器设计示意图本文采用匹配滤波器与加权窗函数级联的方法，即第一种方法LFM信号的 脉冲床缩即为兀配滤波的过程，由兀配滤波器的理论可知，信号s⑴的匹配滤波 器的吋域脉冲响应为：/?(r) = 5(r0-r)(I)式中心是使滤波器物理可实现所附加的延时，理论分析可使之为零，则(2)s(t) = Arect(—) exp( j ± j7rKt2)(3)式中T为脉冲宽度，九为载波频率，B为调制带宽，K = B/T为调频斜率将(2)式代入(3)式，并令A = \,可得:h ⑴=rect(-) exp( - ]7tKv)(4)如图1所示，火)经过系统％)得输岀信号$()(/)为:Irlsin 欣s°(r) = s(t) * /?(r) = T -丁—石)exp(J2 对JiTKt 2T输出信号$⑴当"T时，包络近似为辛克函数，即So ⑴=TSa^KOrect^—) = TSa(7rBt)rect(—) (6)回波信号经过匹配滤波器后得到脉冲圧缩信号，在时域进行窗函数加权，即为信 号$0⑴与窗函数信号表达式的时域乘积：式中W⑴为时域窗函数。

3组合窗函数加权采用加窗函数来抑制旁瓣的这种方法在抑制旁瓣的同时不可避免地会引起信 号信噪比下降和主瓣展宽窗函数中Rectangular窗的主瓣宽度最小，虽然对旁瓣 没有抑制作用，却不会展宽脉冲信号的主瓣宽度；Hamming窗与Kaiser窗等窗函 数虽然对旁瓣有抑制作用，却不可避免的使得主瓣展宽，因此木文中采用 Rectangular窗与其他窗函数的组合窗函数來进行脉冲信号的旁瓣抑制处理组合窗时域表达式，以Rectangular—Kaiser组合窗与Rectangular—Hamming组 合窗为例，长度为N的窗函数，在原Kaiser窗或Hamming窗的基础上，将中间 长为N -aN的波形替换为Rectangular窗，则Rectangular—Kaiser组合窗函数的时域形式可以表示为:Wg w(k) = \wM叫伙)aN aN——

此外，由于Kaiser窗可以通过更改参数beta来得到不同的主瓣宽度与旁瓣高 度，参数beta取值较小时，对主瓣展宽的影响也比较小，但对旁瓣的抑制能力也 降低，因此也考虑了 Kaiser窗与旁瓣抑制能力较强的Hamming窗的组合组合 窗函数时域表达式如下：叭伙）%伙）=* %伙）+叭伙°）一枷伙°）,,aNi

但由于线性调频信号是通过一个发射脉冲实现距离高分 辨的，因此该信号对FI标多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移, 脉压系统仍能起到压缩的作用因此本文中只考虑回波信号的多普勒频移为零的 情况即回波信号与发射信号相同仿真参数设置为:LFM信号脉冲宽度T = l()^,调制带宽B = 30MHz，调频斜率K = B/T = 3"0'2,采样频率= 采样点数N = T/T =T-f. = 3000 oS J s图3匹配滤波厉的LFM脉冲压缩信号由图可见其中最大的第一旁瓣约为主瓣电平的-13.2dB,因此需对其进行加 窗处理即进行旁瓣抑制处理对LFM脉冲床缩信号进行旁瓣抑制，在此旁瓣抑 制结果考虑两个参数，分别为最大旁瓣相对于主瓣的电平值(单位为dB)与主瓣 展宽比经典窗函数例如Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗、Barlett窗加权 后的最大旁瓣相对主瓣的电平分别为的-31dB、-42dB、-25clB、一26.5MB ,且 它们的主瓣宽度展宽比均为2, Triang窗的第一旁瓣电平为-26dB左右，但主瓣宽 度约为1.9左右组合窗函数可降低这些窗函数的主瓣展宽比。

以下为利用组合窗函数进行旁瓣抑制的处理结果CombinatiorvBa指代组合 BaHeit窗，Combination-Tr指代纟fl合Triang窗，Combination-Hm指代组合Hamming窗农1组合窗函数旁瓣抑制结果c—Wa0.60.650.70.750.80.850.9Combi natiorvBadB-19・20.5・22.5・25.5-29-31■40Ratio1.391.481.481.541.681.691.75Combination-TrdB-19■20.5・22.5-25■28.5-31・40Ratio1.391.481.481.541.691.691.75Combination-HmdB-21-22.5・25-28-32-36-40Ratio1.481.591.711.751.781.822如表1所小，与Rectangular窗组合Z后，Barlett窗、Triang窗在保持相同的旁瓣 电平的同吋，其主瓣展宽比均下降约40%,大大提高了利用此窗函数进行旁瓣抑 制吋的距离分辨力组合后的Hamming窗对主瓣展宽的影响也得到一定程度的抑 制，月.在取相同的参数a的情况下，对大旁瓣的电平比Barlett与Triang的要低，但 主瓣展宽比比后者人。

但就总体性能來说，组合Barlett与组合Triang优于组合 Homing,并且Hmming窗是非线性函数，计算复杂度也比Trhmg窗等线性函数更 复杂对于参数可调的Kaiser窗，调整不同的behi参数可以改变Kaiser窗函数的主瓣 宽度与旁瓣高度，beki系数的值取得越大，旁瓣的抑制效果就越好，但与此同吋, 主瓣宽度也越宽表2为利用Kaiser窗进行旁瓣处理的结果表2不同beta系数的Kaiser窗旁瓣抑制结果beta22.533.544.55主瓣展宽比1.1821.3031.3941.4691.5911.6731.894最大旁瓣（dB）117.5-21・23.5-26-30-33-36.5由表2可以看出，Kaiser窗木身的主瓣展宽比可以做到很小，且主瓣展宽比小 时最大旁瓣电平比较高，若与Rectangular窗进行组合的话反而使对大旁瓣电平更 高，理论上而言不能提高Kaiser窗的性能或提升空间很小且仿真结果也显示了 理论分析的正确性表3 Recta。