一种对间歇调制信号的分段匹配滤波处理方法与流程

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及对雷达间歇调制信号的处理技术，特别是一种对间歇调制信号的分段匹配滤波处理方法。

背景技术：

雷达系统的内场辐射式仿真是在以微波暗室为代表的内场环境中，通过各种模拟技术和理论方法等效手段，真实地复现实际雷达电磁波的产生、辐射、传播、目标散射、接收、处理等所有过程。相比于外场辐射式仿真来说，内场辐射式仿真具有保密性好、灵活性高、重复性强等独特优势。在内场对窄带雷达进行仿真，可逼真复现复杂电磁环境下雷达的探测和跟踪过程。但是，如果应用这种方法对大时宽带宽雷达进行仿真，会遇到难以回避的困难：由于内场的距离较小，雷达的距离盲区较大，大于内场中目标和雷达的距离，这也意味着发射脉冲尚未完全发射完毕，而回波前沿已经达到，对于收发一体的雷达来说，难以完成回波的接收。如果将大时宽带宽信号分成若干段信号，即将一个大时宽带宽信号变成若干段的“间歇”信号，应用于宽带信号的内场辐射式仿真中，通过发射和接收的交替进行，生成长脉冲被分成多个短脉冲的间歇调制信号，可以有效解决场地受限、收发遮挡和信号隔离度要求高等难题。研究空间受限条件下间歇调制信号的目标回波脉冲处理方法，是解决雷达长脉冲信号内场辐射式仿真的关键技术。

在对间歇调制信号进行处理的传统思路是采用长脉冲的匹配滤波器对间歇调制信号进行匹配滤波处理，但是，采用长脉冲匹配会导致匹配输出包含一系列假目标脉冲串，如果在一个较大的目标周围存在小目标，则会出现假目标串对弱小目标信号的遮盖，必须通过后期的信号处理和信息筛选来提高探测性能，因而仿真系统的规模变大、成本增加。如果能够直接利用匹配滤波处理抑制假目标脉冲串，则能够简化仿真系统，有效控制成本。实际上，长脉冲的匹配滤波器相对于间歇调制信号是存在“失配”的，可以根据间歇调制信号设计更佳的匹配滤波器，这为信号处理的优化提供了可能性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种对间歇调制信号的分段匹配滤波处理方法，以抑制间歇调制信号输出的假目标脉冲串，提高信号对真实目标的检测能力。主要采用匹配滤波技术，提出了对间歇调制信号的分段匹配滤波处理方法。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

步骤一：线性调频信号采样生成间歇调制信号。

首先由信号发生器产生一定带宽、脉宽和调频斜率的线性调频信号，再用周期固定的方波脉冲串对其进行调制，生成间歇调制信号。

步骤二：设计间歇调制信号的分段匹配滤波器。

根据间歇调制信号的表达式，时域取反取共轭得到分段匹配滤波器的表达式，并设计实现分段匹配滤波器。

步骤三：对间歇调制信号进行分段匹配滤波处理，分析输出信号的目标特性。

把不同采样周期的间歇调制信号通过对应的分段匹配滤波器进行处理，分析输出信号的目标特性，并研究得到输出信号中假目标脉冲串的大小与方波周期之间的关系。

步骤四：实现最佳的间歇调制信号分段匹配滤波。

根据步骤三中得到的假目标脉冲串的大小与方波周期之间的关系，调节方波信号的周期，重复步骤一、二、三，实现最优化的间歇调制信号分段匹配滤波处理。

本发明的有益效果主要包括：

第一，解决间歇调制信号频谱不连续导致的假目标脉冲串自干扰问题。间歇调制信号的匹配滤波结果在时域表现为一系列的脉冲串，本文提出的分段匹配滤波方法，根据其输出的幅度特性反馈调节间歇采样的周期并设计相应的分段匹配滤波器，从而实现理想的匹配滤波处理，只输出真实目标信号，有效解决假目标脉冲串自干扰的问题；

第二，消除假目标脉冲串对弱小目标信号的干扰。间歇调制信号采用长脉冲匹配滤波器的输出包含一系列假目标脉冲串，因此，当存在强弱不同的多个目标时，大目标信号的假目标脉冲串会掩盖弱小目标的真实信号。本发明提出的分段匹配滤波器的最佳结果能完全抑制假目标脉冲串，只输出真实目标信号，消除了假目标脉冲串对小目标信号的干扰。

附图说明

图1是间歇调制信号的分段匹配滤波处理的总体流程图。

图2是线性调频信号采样生成间歇调制信号简单示意图。

图3(a)是间歇调制信号的频谱图。

图3(b)是分段匹配滤波器频谱结构图。

图4(a)是调制周期为10^-5s的间歇信号经过分段匹配滤波器的输出图。

图4(b)是调制周期为的间歇信号经过分段匹配滤波器的输出图。

图5是基于本发明的系统设计框图。

图6是本发明对最佳的间歇调制信号分段匹配滤波处理效果示例图。

具体实施方式

目前，本发明仅适用于雷达线性调频信号，结合附图对本发明所提出的对间歇调制信号的分段匹配滤波处理的方法作进一步解释。图1是本发明的简要流程图，图5是基于本发明所提出方法设计的系统框图。本发明具体涉及以下步骤:

步骤一：线性调频信号采样生成间歇调制信号。

由信号发生器产生带宽为b、脉宽为t的单位能量的线性调频信号a(t)，用周期为ts的单位幅度的方波脉冲串信号p(t)作为采样信号对线性调频信号进行调制，得到的间歇调制信号x(t)为：x(t)＝a(t)·p(t)，过程如图2所示。其中，采样脉冲持续时间ts等于方波脉冲串周期ts的一半，即：2ts＝ts；方波脉冲串周期ts可以根据实际的要求进行调节控制，来实现最优的间歇调制信号设计和处理。

步骤二：设计间歇调制信号的分段匹配滤波器。

由于间歇调制信号直接用线性调频信号的匹配滤波器进行处理时，输出包含一系列不可消除的假目标脉冲串，所以本发明直接对间歇调制信号时域取反并取共轭得到新的匹配滤波器，其表达式h(t)满足h(t)＝x^*(-t)，其中t为时间参数，x(t)为间歇调制信号表达式，因为此时滤波器在时域上不连续，所以称之为分段匹配滤波器。间歇调制信号和分段匹配滤波器的频谱结构分别如图3(a)、图3(b)所示。

步骤三：对间歇调制信号进行分段匹配滤波处理，分析输出信号的目标特性。具体包括以下步骤：

首先，把不同采样周期的间歇调制信号分别通过对应的分段匹配滤波器进行处理，结果如图4(a)、图4(b)所示。通过比较输出信号的目标特性，发现对于不同的采样周期，输出信号的假目标脉冲串的幅度值差异很大，因此需要具体研究二者之间的关系。

然后，根据仿真结果并运用信号卷积、傅里叶变换和傅里叶反变换推导可以得到，分段匹配滤波输出的第n阶假目标脉冲的幅度值bn为：

由上式可知bn是周期变化的，其重复周期的大小与线性调频信号的脉宽b成正比，和线性调频信号的带宽t、方波周期的平方ts²成反比；且存在最小重复周期使得所有的脉冲在周期内的某个点处满足bn＝0，即对应的脉冲幅度全部为零。

第三，推导发现当(k为任意非负整数)时，所有非零阶的脉冲峰值bn均为0，即输出能够完全消除假目标脉冲串的影响。

步骤四：实现最佳的间歇调制信号分段匹配滤波。

根据信号发生器产生线性调频信号的带宽b和脉宽t，调节方波发生器产生周期ts满足(k为任意非负整数)的方波脉冲串，对线性调频信号进行调制生成最佳的间歇调制信号和相应的分段匹配滤波器，进行匹配滤波处理的输出如图6所示。

图4(a)、图4(b)和图6是对本发明所进行的仿真验证。两组仿真均设置线性调频信号的带宽b＝5mhz，脉宽t＝1.25×10^-4s。

图4(a)、图4(b)是本发明对方波周期随机选取的间歇调制信号的分段匹配滤波处理的效果示例图。仿真设置的方波周期ts分别为10^-5s和

图6是本发明实现最佳的间歇调制信号分段匹配滤波处理的效果示例图。仿真实验中，设置方波周期为即此时滤波器输出为真实目标脉冲信号，假目标脉冲串被完全消除，避免通过后期数据处理来提取真实目标信号，优化了信号处理的过程。