超宽带脉压雷达信号产生系统研究

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脉冲压缩技术是雷达在确保作用距离和速度分辨力的前提下为提高距离维分辨能力而广泛采用的技术,针对各种脉压信号的波形设计理论也得到了充分的发展。近年来,随着集群目标分辨识别、高分辨力微波成像雷达等技术研究的快速进展,大时宽带宽积脉冲压缩信号成了现代雷达研究和应用中的迫切需要。除了对波形本身的设计和选择,设法增大有限时宽信号的带宽,是实际获得大时带积脉压信号的主要手段。宽带、超宽带脉压信号产生技术的研究和应用既是各种成像雷达和目标特征提取算法实现的前提条件,也使得对隐蔽目标的分辨和识别成为可能。同时,扩展信号带宽还能抑制多径效应和杂波干扰,有助于提高雷达回波信号的质量。 模拟脉压信号产生方式因其一些固有的缺陷,如对环境温度敏感、信号波形单一、信号产生的重复性差、线性度及信号间的相干性不理想等等,而制约了雷达整机性能的提高。随着现代数字技术和VLSI技术的发展,通过数字波形合成的方式获得脉冲压缩信号已为现代雷达普遍采用。相比之下,数字系统对环境因素不敏感,生成的波形具有严格的重复性和相干性。尤其突出的是通过改变系统时钟和电路设置可以方便地改变波形的参数和形式,从而轻易地实现脉压波形的捷变,满足了现代电子战环境中对雷达抗干扰和强生存能力的迫切要求。然而,受数字器件速度的限制,用数字方式直接产生绝对带宽很大的脉压信号目前还有一定困难,还必须结合正交调制、倍频等模拟技术,因此,对这些技术的深入探索正成为当前雷达脉压信号产生技术领域的研究热点。 本文的研究工作以LFM和NLFM脉压信号为基础,围绕数字脉压波形产生及超宽带脉压信号产生系统的误差分析和设计实现而展开。对波形存储直读DDWS方式及直接数字频率合成DDFS方式两种数字波形产生技术进行了较全面的分析对比。近年来,随着国家相关部门对老型号雷达系统进行技术改造、对新型雷达系统投入预先研究或型号开发,国内对数字式雷达脉压信号源的设计应用表现出浓厚的兴趣。由于这方面的应用在国内才起步不久,尤其是利用数字技术实现超宽带脉压信号的产生更是鲜见报道,无法进行实际参数和指标的对比研究。在这种背景下,本文对DDWS和DDFS进行的对比分析就为当前雷达脉压信号源设计中数字实现技术方案的合理选择提供了理论依据,因而具有现实意义和参考应用价值。同时,对超宽带脉压波形产生系统必需的正交调制和倍频链电路中存在的各种误差因素也进行了详细的分析讨论。分析表明,“宽数字基带和少倍频次数”是宽带脉压信号源应追——求的设计目标.在此基础上设计实现了中心频率12*ioe、带宽4口侧以b的超宽带LPM和 NLPM脉压波形产生实验系统.实测结果表明,系统产生信号的带外杂散优于气OV么谐波小于H0dB,该指标为当前国内超宽带脉压信号产生技术的领先水平. 本文完成的主要工作和创新之处有如下几个方面: 1.在概括脉冲压缩及超宽带雷达的技术特点、了解雷达信号基本理论的基础上,针对本文所研究超宽带LFM脉压信号的具体惰况,分析了应用经典雷达信号理论的有效性. 2·亡寸论了直接数字波形产生DDWS及直接数字频率合成DDPS的1作原理、对比分析了它们的技术特点.概括了DDFS杂散分布与抑制方法的研究成果;就DDWS波形产生中的杂散分布特点以及抖动注入技术的应用进行了讨论和仿真分析. 3·说明了倍频链方式扩展信号频谱的工作原理和系统结构,提出了倍频链方式宽带脉压信号产生系统的误差模型,并针对模型就正交调制和倍频电路中的主要误差因素进行了理论和仿真分析. 4 在理论分析的垂础上,采用DDWS数字基带加正交调制和倍频链方式设计实现了中频120撇、带宽40肌的超宽带脉压信号产生实验系统.实测结果表明,系统的杂散和谐波均超过设计要求指标. 5.为了测试和评价 DDWS产生信号的质量,研制了全 TTL逻辑双通道 10Qfffibe高速数据采集系统,并对DDWS所产生JOIMbe带宽基带信号进行了采集和处理、分析.另外,该数据采集系统也被实际应用于某雷达的信号处理系统. 6·为了分析和评价系统产生的40M超宽带脉压信号质量,设计实现了相参的宽带正交解调电路,并利用叩&lnr超高速数据采集系统对解调的2o皿师担带宽基带信号进行了采集、处理和分析。 除了以上主要工作外,作者还总结了超宽带LFM脉压信号产生系统实现过程中遇到的一些实际问题及解决办法,讨论了对系统进一步的完兽措施.
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