[发明专利]准正交频分复用多载波线性调频雷达信号设计及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新体制多载波线性调频（LFM）雷达波形设计及其接收信号处理方法，其特征是采用准正交频分复用技术解决了多载波波形设计中子载波数量与系统频谱利用率间的矛盾。并针对准正交频分复用多载波LFM雷达信号，提出了回波接收处理方法，并完成了单次回波速度估计问题。

背景技术

多载波雷达信号是近年来出现的一种新的雷达信号形式，可以看作是量化了的频域信号，合成大带宽获得高距离分辨率，且子载波形式适于采用多通道结构获得窄带处理的优势，符合了现代雷达多频段化的趋势。多载波雷达作为一种高距离分辨能力的宽带雷达信号，与步进频雷达信号相比，由于多载波信号将雷达信号调制到多个彼此正交的子载波上同时发射出去，因此持续时间较短，对目标运动不敏感，较适合高速目标的探测。并且雷达利用多个载波返回的信息同时进行探测，可有效提高目标探测的能力。多载波测距雷达具有测距范围大和精度高的特点，应用于导航、测控和各种空间精密测距系统中。选择一种合适的波形是研究一种新体制雷达面临的首要问题，为了增强多载波信号的探测性能，通常希望在一定的频带内设置更多的子载波数目，若子载波频带相互重叠，则子载波间干扰严重，势必弱化了目标检测性能。若要使得子载波信号间的互相关值尽可能小，两相邻子载波信号间的频带间隔必须尽可能增大，则系统带宽开支大于                                                （B为子载波带宽，N为信号个数），因此需要研究频谱利用率较高的多载波设计方法及其相应的接收信号处理方法。

发明内容

本发明的目的是针对多载波LFM信号的频谱利用率较低的问题，本发明采用准正交频分复用技术解决了多载波波形设计中子载波数量与系统频谱利用率间的矛盾。

本发明内容说明分为以下几个方面：准正交频分复用技术的设计原理；接收信号处理方法（静止目标回波信号处理和运动目标分析）；基于子载波的二次速度补偿。

1 设计原理

考虑一组不同载频的多载波LFM信号组，其表达式为

                        （1）

其中，为第k个子载波的载频，为子载波频率间隔。在接收端，若要从这组频分LFM信号中独立地提取信号，则信号需保证频域正交性条件，满足式（1）的要求。

                   （2）

其中，为信号s_i(t)的傅里叶变换，为信号s_j(t)傅里叶变换的共轭。因为LFM信号为时限信号，明显难以满足上式的要求。若可以设计一组LFM信号，每个信号的自相关函数有窄的主瓣，相比于自相关旁瓣不同信号间的互相关值可以忽略，此时可认为这组信号满足近似正交性的要求。若使得LFM信号间的互相关值尽可能小，两相邻LFM信号间的频带间隔必须尽可能增大，则系统带宽开支大于（B为单个LFM信号的带宽，N为信号个数）。但是，若增大LFM信号间间隔，则必定使得一定带宽内的子载波数减少。在实际工程中，若信号互相关峰值与自相关峰值的比值小于-30dB，则可忽略相邻子载波间干扰对信号检测的影响。因此，下文研究在一定带宽重叠率下，LFM信号间满足准正交的条件。

在有限的频带中，设计尽可能多的准正交LFM信号，是减少带宽开支的一个有效方法。但是，两信号的频带重叠越多，互相关值越大，其子载波间干扰越严重。为了均衡上述矛盾，下面，我们采用构造载频相邻的LFM信号准正交的方法降低频带开销，进一步研究在一定的频带重叠下，LFM信号满足准正交的条件。

设其LFM信号的初始频率分别为f₁、f₂，则三个LFM信号x，y，z分别表示为

                             （3）

其中，z与y是初始频率相同、调频率极性相反的LFM信号。