目前，由于3G、LTE乃至LTE-A等通信系統(tǒng)的用戶數(shù)量不斷增加，自由空間中可利用的連續(xù)“寂靜”頻段越來越少，而零星頻率段則較多。但是，為了減小雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)檢測的距離及速度模糊，提高通信系統(tǒng)的有效性，增強(qiáng)某些應(yīng)用的性能^[1-2]，系統(tǒng)發(fā)射的波形需要具有較大的帶寬^[3]。因此，國內(nèi)外的學(xué)者們都致力于如何充分利用現(xiàn)有的自由空間資源，提高發(fā)射信號的帶寬。

        參考文獻(xiàn)[4-5]提出了針對高速及高機(jī)動情況下頻率步進(jìn)信號的寬帶模糊函數(shù)，證明了通過寬帶模糊函數(shù)可以得知高速運(yùn)動目標(biāo)對于時延及多普勒影響。GREEN S和KINGSLEY S提出了非連續(xù)頻譜線性調(diào)頻信號DS-LFM(Discontinuous Spectra Linear Frequency Modulation)^[6]。針對頻譜不連續(xù)造成的旁瓣，用回波信號估計譜對回波信號進(jìn)行補(bǔ)償。在得到準(zhǔn)確估計的情況下，該方法能夠壓低距離旁瓣，但是其適用的頻率范圍相對較小。此后，參考文獻(xiàn)[7-10]利用回波信號的相位以及內(nèi)插-外推算法、CLEAN算法有效地提取了速度及距離信息，壓低了距離、速度旁瓣。但是，這些方法還是存在一些不足，例如適用的載頻變化范圍小、所需計算量大等。

        經(jīng)過對Frank碼特性的研究，從Frank碼中抽取一部分碼元，并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行擴(kuò)展，提出了一種類Frank碼的碼型。運(yùn)用該碼型對DS-LFM信號相位進(jìn)行控制，可以減小或消除由于載波頻率不連續(xù)導(dǎo)致的回波信號的相位跳變，提高模糊函數(shù)的測量精度。

1 類Frank碼的提出

1.1 接收端基帶信號的相位跳變問題

        DS-LFM發(fā)射信號可表示為^[8]：

調(diào)制斜率，B為LFM信號的帶寬，T_k為LFM子段信號的脈沖寬度，f_k為各個子段的起始頻率。

        其回波信號為：

        將接收到的回波信號進(jìn)行混頻及低通濾波處理后得到的基帶信號如式(1)所示：

所以，非連續(xù)譜LFM信號的相位跳變主要由載波頻率的變化引起，其在載頻跳變點(diǎn)處的值為2πΔfτ，其中Δf=f₁-f₂。該跳變會引起匹配濾波后的高距離旁瓣，在模糊函數(shù)中則表現(xiàn)為大的距離模糊。

1.2 類Frank碼

        類Frank碼的推導(dǎo)過程如下。

        周期為N=q²的Frank序列集可表示為^[11]：

2 調(diào)制有類Frank碼相位的DS-LFM波形

        調(diào)制有類Frank碼相位的DS-LFM信號的發(fā)射波形為：

        若忽略連續(xù)的段間相位變化，則該信號的相位差為：

3 仿真結(jié)果與分析

        本文分別對載波頻率數(shù)為5的情況進(jìn)行了仿真。仿真中采樣頻率設(shè)置為480 kHz,5段子信號的初始頻率分別為1 MHz、1.001 MHz、1.002 MHz、1.003 MHz和1.004 MHz。目標(biāo)距離設(shè)定為7.5 km，發(fā)射波形的帶寬為120 kHz,脈沖寬度為2.5 ms。選用的類Frank碼的階數(shù)為20,時延參數(shù)p選為24,從類Frank矩陣中選取第1、3、5、7、9行組成類Frank碼。

        圖1為載波數(shù)為5時，接收端回波基帶信號在第4段與第5段信號跳變處的相位圖。從該圖中可以觀察到，原本較大的相位跳變在補(bǔ)償之后接近于連續(xù)頻譜LFM信號的相位。模糊圖沿距離軸切割(圖2)的對比表明，旁瓣峰值由原來非連續(xù)頻譜的40%降到了20%。

        如圖2所示,通過對載頻數(shù)為5時的仿真可以看出，該方法可以有效地補(bǔ)償DS-LFM信號在接收端的基帶信號相位跳變，由該方法得到的信號的模糊函數(shù)有較好的特性，其距離模糊問題得到了解決。

        為了增加線性調(diào)頻信號的帶寬而采用的非連續(xù)頻譜信號的方法可以充分利用自由空間中的零散頻段，但是由此而產(chǎn)生的信號相位不連續(xù)問題致使距離旁瓣增大。本文提出了一種類Frank碼型，該碼型由Frank碼擴(kuò)展抽取而來。利用該碼型控制發(fā)射DS-LFM波形的相位可以改善接收基帶信號的相位不連續(xù)問題。本文通過理論推導(dǎo)及仿真分析證明了該方法的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 單慧琳,張銀勝,唐慧強(qiáng),等.對稱三角線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)應(yīng)用于風(fēng)速探測[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,39(1):119-121,124.

[2] 桂任舟.利用二維恒虛警進(jìn)行非均勻噪聲背景下的目標(biāo)檢測[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版,2012,37(3):354-357.

[3] Liu Guosui, Gu Hong, Zhu Xiaohua, et al. The present and the future of random signal radars[J]. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine,1997,12(10):35-40.

[4] 李磊,任麗香,毛二可,等.頻率步進(jìn)信號寬帶模糊函數(shù)及其應(yīng)用[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2011,31(7):844-848.

[5] Zhu Yongfeng, Zhao Hongzhong. Wideband joint rangevelocity-acceleration ambiguity function of stepped frequency signal[J]. IET International Conference on Radar Systems,2012,1(5):22-25.

[6] GREEN S D, KINGSLEY S P. Improving the range/time sidelobes of large bandwidth discontinuous spectra HF radar waveforms[J]. Seventh International Conference on HF Radio Systems and Techniques,1997，7(7-10):246-250.

[7] Zhang Dongpo, Liu Xingzhao. Signal processing technique for randomly discontinuous spectra HF radar waveforms[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics, 2004,15(4):511,515.

[8] 熊俊志,楊子杰,周輝林,等.非連續(xù)譜FMCW雷達(dá)信號分析與處理[J].電波科學(xué)學(xué)報,2006,21(3):377-381.

[9] 熊俊志,楊子杰,王勤,等. 基于內(nèi)插/外推的非連續(xù)譜高頻雷達(dá)二維處理[J].電波科學(xué)學(xué)報,2006,21(5):735-739.

[10] 王勤,萬顯榮,楊子杰,等.基于CLEAN算法的非連續(xù)譜線性調(diào)頻中斷波信號處理[J].電波科學(xué)學(xué)報, 2009,24(2):243-248.

[11] 朱曉華.雷達(dá)信號分析與處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.