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一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法

阅读:975发布:2021-05-12

专利汇可以提供一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于多时编码 相位 调制的低截获雷达 信号 设计方法,具体而言是一种具有优良的分辨性能、抗干扰性能及低截获性能的雷达 波形 的设计方法。多时编码是由 频率 调制信号近似而来,相位状态数可以人为控制并且每个相位状态持续时间不同。本发明实现步骤为:首先选取频率调制 基础 信号波形;然后按照多时编码的规则对频率调制信号进行近似,得到多时编码相位;再对每个相位进行频率编码调制;最后得到复杂调制的低截获雷达信号波形。本发明通过在得到的多时编码相位子脉冲内采用不同的频率调制形式可以获得多种复杂调制的低截获雷达信号波形。得到的信号波形具有良好的分辨性能、抗干扰性能和低截获性能,能满足现代战争复杂电磁环境对雷达信号波形低截获性能的要求。,下面是一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法专利的具体信息内容。

1.一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法。其特征是:使用频率调制基础信号波形,设定相位状态数,按照多时编码的编码规则得到多时编码调相信号,在每个相位子脉冲内采用其他频率调制形式并设置好参数后构成复杂调制形式的多时编码相位调制的低截获雷达信号波形。该方法具体步骤如下:
(1)选取要近似的频率调制基础信号波形。
不同的频率调制基础信号波形,近似量化编码后得到的多时编码调相信号是不同的。
多时码产生依赖的基础波形有频率步进波形和线性调频波形。
频率步进信号波形表示为:
其中, fi∈f={fn|fn=f0+nΔf,n=0,1,...,N-1}。
式中,Tr为脉冲重复周期,τ为脉冲宽度,f0为信号载频,Δf为步进频率间隔,f是由N个频率间隔为Δf的频率组成的集合。
线性调频信号波形表示为:
式中,f0为中心频率,μ为调频斜率,τ为脉冲宽度。
(2)根据选取的频率调制基础信号波形,量化为n个相位状态编码后得到多时相位编码信号T(n)。
由频率步进波形近似可以得到多时码T1(n)码,T2(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
式中,n为相位状态数,j=0,1,...,k-1为频率步进波形的段号。k为多时编码的段数,T为整个编码持续时间。
由线性调频波形近似可以得到多时码T3(n)码,T4(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
式中,n为相位状态数,ΔF为调制带宽,tm为调制周期。
(3)选取每个子脉冲内采取的频率调制形式并且设定相应的参数。频率调制信号表示为u(t)。
(4)得到复杂调制信号U(t):
U(t)=u(t)exp(jφ(t)) 。
2.根据权利要求1所述的一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法,其特征在于步骤(1)中所述的基础信号波形包括频率步进波形和线性调频波形。
3.根据权利要求1所述的一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法,其特征在于步骤(2)中所述的多时编码相位信号的种类不同,它们来自于对不同种类的基础波形的近似,参数也不同。
4.根据权利要求1所述的一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法,其特征在于步骤(4)中所述的复杂调制波形是在每个多时相位编码子脉冲内采取频率调制,构成复杂调制波形,可采取的不同的频率调制形式。

说明书全文

一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于雷达信号处理领域,更进一步涉及电子对抗领域中的低截获雷达信号波形的设计方法。设计的低截获雷达波形具有优良的分辨性能、抗干扰性能和低截获性能。

背景技术

[0002] 随着科学技术的发展,现代战争电磁环境日趋复杂,雷达应用的场景也日益复杂,信号处理技术的快速发展为雷达信号的隐身带来了新的挑战,具备低截获性能的雷达信号波形在现代电子对抗领域的地位越来越重要,如何在保证雷达信号完成工作功能的前提下,设计出具有良好低截获性能的波形是信号波形设计领域的热点。这对提高雷达系统抗截获性能以及抗干扰性能具有重要的意义。
[0003] 哈尔滨工业大学在专利文献“雷达LFM复合波形设计方法”(申请日:2016年06月23日,公开号:CN106019237A,公开日:2016年10月12日)中公开了一种基于线性调频信号复合波形设计方法。该方法在常规的线性调频信号上,通过联合低相关旁瓣波形设计方法和线性调频噪声波形设计的思路,并引入相关旁瓣模板向量构造相应的目标函数进而分析约束条件,构造信号设计的算法框架。该方法优点在于设计的波形具有较低的相关旁瓣特性。但该方法的不足之处在于线性调频信号调制形式过于单一,较容易被截获接收机分选和识别从而获得信号波形的参数。
[0004] 西安电子科技大学在专利文献“低截获雷达通信一体化系统的信号波形设计方法”(申请日:2018年05月30日,公开号:CN108768446A,公开日:2018年11月06日)中公开了一种低截获雷达通信一体化系统的信号波形设计方法。该方法将通信信息通过编码的方式建立信息码片和信号相位之间的映射关系,再通过线性调频基带信号构成雷达通信一体化发射信号。该方法的优点在于将雷达探测和信息传输功能结合在同一系统中,增加了雷达通信一体化系统的发射信号复杂性以及探测目标的精准度。但该方法不在之处在于,将通信信息编码后通过线性调频基带信号进行传输,虽具有一定的低截获性但调制形式仍较为单一,获得的信号波形抗干扰性能和低截获性能有限。

发明内容

[0005] 本发明目的在于针对以上方法的不足之处,为提升雷达信号波形复杂度、低截获性能和抗干扰性能,提出了一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法。
[0006] 本发明为了实现上述目标采用以下技术方案,步骤为:
[0007] (1)选取要近似的频率调制基础信号波形。不同的频率调制基础信号波形,近似量化编码后得到的多时编码信号是不同的。多时码产生依赖的基础波形有频率步进波形和线性调频波形。
[0008] 频率步进信号波形表示为:
[0009]
[0010] 其中, fi∈f={fn|fn=f0+nΔf,n=0,1,...,N-1}。
[0011] 式中,Tr为脉冲重复周期,τ为脉冲宽度,f0为信号载频,Δf为步进频率间隔,f是由N个频率间隔为Δf的频率组成的集合。
[0012] 线性调频信号波形表示为:
[0013]
[0014] 式中,f0为中心频率,μ为调频斜率,τ为脉冲宽度。
[0015] (2)选取的频率调制基础信号波形后,量化为n个相位状态编码后得到多时相位编码信号T(n)。
[0016] 由频率步进波形近似得到的多时码T1(n)码,T2(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
[0017]
[0018]
[0019] 式中,n为相位状态数,j=0,1,...,k-1为频率步进波形的段号。k为多时编码的段数,T为整个编码持续时间。
[0020] 由线性调频波形近似得到的多时码T3(n)码,T4(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
[0021]
[0022]
[0023] 式中,n为相位状态数,ΔF为调制带宽,tm为调制周期。
[0024] (3)选取每个子脉冲内采取的频率调制形式并且设定相应的参数。频率调制信号表示为u(t)。
[0025] (4)得到复杂调制信号U(t):
[0026] U(t)=u(t)exp(jφ(t))
[0027] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0028] 本发明是基于多时编码相位调制波形进行波形设计,在脉冲间采用多时编码,而在脉冲内采用性能良好的频率调制信号构成复杂调制波形。多时编码的相位个数和每个相位持续时间可以在一定的波形复杂度约束下自由产生,并且它在时间上具有相位调制的宽带特性。在保证探测性能和分辨性能的前提下,增加波形调制复杂度、抗干扰性能和低截获性能。相较于现有低截获雷达信号的调制形式,在保证雷达信号工作性能的前提下,本发明采用的多时编码相位调制形式更加复杂灵活,低截获性能更佳。附图说明
[0029] 图1为本发明所述一种基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法的流程图
[0030] 图2(a)为实施例多时编码T1码折叠相位图;
[0031] 图2(b)为实施例多时编码T3码折叠相位图;
[0032] 图3(a)为实施例T1-Costas雷达信号三维模糊函数图;
[0033] 图3(b)为实施例T3-Costas雷达信号三维模糊函数图
[0034] 图4(a)为实施例T1-Costas雷达信号模糊函数距离切面图;
[0035] 图4(b)为实施例T3-Costas雷达信号模糊函数距离切面图;
[0036] 图5(a)为实施例T1-Costas雷达信号模糊函数速度切面图;
[0037] 图5(b)为实施例T3-Costas雷达信号模糊函数速度切面图;
[0038] 图6(a)为实施例T1-Costas雷达信号抗干扰性能图;
[0039] 图6(b)为实施例T3-Costas雷达信号抗干扰性能图;

具体实施方式

[0040] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0041] 图1所示为本发明所述基于多时编码相位调制的低截获雷达信号设计方法的流程图;包括以下步骤:
[0042] (1)选取频率步进波形作为要近似的频率调制基础信号波形,频率步进波形时域形式表示为:
[0043]
[0044] 其中, fi∈f={fn|fn=f0+nΔf,n=0,1,...,N-1}。
[0045] 式中,Tr为脉冲重复周期,τ为脉冲宽度,f0为信号载频,Δf为步进频率间隔,f是由N个频率间隔为Δf的频率组成的集合。
[0046] 选取线性调频波形作为要近似的频率调制基础信号波形,频率步进波形时域形式表示为:
[0047]
[0048] 式中,f0为中心频率,μ为调频斜率,τ为脉冲宽度。
[0049] (2)选取两种基础波形分别做近似,按照T1(n)码,T3(n)编码规则分别将其量化为n个相位状态编码后得到多时相位编码信号T1(n)、T3(n)。
[0050] 多时编码T1(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
[0051]
[0052] 式中,n为相位状态数,j=0,1,...,k-1为频率步进波形的段号。k为多时编码的段数,T为整个编码持续时间。
[0053] T3(n)码折叠相位相对于时间的表达式为:
[0054]
[0055] 式中,n为相位状态数,ΔF为调制带宽,tm为调制周期。
[0056] (3)采用Costas跳频编码信号在多时编码T1(n)码,T3(n)每个相位子脉冲内进行频率调制。跳频编码Costas信号时域表示为u(t):
[0057]
[0058] 其中,
[0059]
[0060] 式中,fn=Cn·Δf,C为Costas跳频序列,Δf为Costas跳频调制的频率间隔。TL为每个子脉冲宽度。
[0061] (4)得到最终的复杂调制信号波形为:
[0062]
[0063] 本发明仿真实验是在Intel(R)Xeon(R)CPU E5-1620 v4@3.50GHZ、内存16GB、Windows 7操作系统上,使用MATLAB R2016a软件进行的。
[0064] 选取多时编码相位状态数n=5,T1(n)码段数k=9,T3(n)调制带宽ΔF=3MHz,信号载频为6GHz,脉冲持续时间30us,编码长度为3000,Costas跳频编码序列长度N=10,跳频间隔Δf=2MHz,仿真信噪比为-20dB。
[0065] 图2(a)表示多时编码T1(n)码的折叠相位图。图2(a)表示多时编码T3(n)码的折叠相位图。在仿真实验中使用模糊函数对得到的复杂调制波形进行分析。图3(a)、图3(b)为两种多时编码Costas跳频信号波形的三维模糊函数图。图4(a)、图4(b)为两种信号波形的模糊函数距离切面图。图5(a)、图5(b)为两种信号波形的模糊函数速度切面图。图6(a)、图6(b)为两种多时编码Costas跳频信号波形在信噪比为-20dB下的抗干扰性能图。
[0066] 仿真实验结果表明无论是频率波形近似得到的T1(n)码,还是线性调频波形近似得到的T3(n)码,在子脉冲内采用Costas编码跳频调制得到的信号波形都具有良好的性能。通过图3(a)、图3(b)可以看出两种信号波形都有着良好的模糊函数性能,最大峰值旁瓣电平分别为-39.54dB和-31.23dB。峰值旁瓣性能与单一调制信号相比得到了很大的提升。通过图4(a)、图4(b)可以看出,两种信号波形的距离模糊函数图主瓣很窄旁瓣很低,主瓣比较尖锐,距离分辨力很好。通过图5(a)、图5(b)可以看出,两种信号波形速度模糊函数图旁瓣都很低,速度分辨力很好不存在测速模糊,主瓣的宽度则与采用的跳频编码序列长度有关。
通过图6(a)、图6(b)可以看出,两种信号波形在信噪比为-20dB情况下,抗干扰性能良好,能够在密集噪声干扰的环境下,清晰地分辨出目标。与现有技术相比,本发明采用了基于多时编码进行信号波形的设计,这比现有单一信号或已有的组合信号调制形式更加复杂,大大提升了雷达波形捷变能力和雷达低截获性能。
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