一种微波暗室射频辐射式仿真中线性调频信号间歇收发信噪比补偿方法

一种微波暗室射频辐射式仿真中线性调频信号间歇收发信噪比补偿方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种微波暗室射频辐射式仿真中线性调频信号间歇收发信噪比补偿方法，属于雷达系统仿真领域，其具体内容为：在微波暗室中，采用间歇收发的方式处理线性调频信号，再通过对发射雷达信号进行能量补偿的方式，解决由于间歇收发处理后信噪比产生损失的问题。


背景技术：

2.由于常见的微波暗室空间较小，在进行射频辐射式仿真试验时会导致发射信号和回波之间会产生互相耦合的现象，难以实现有效的回波采集接收，而通过对信号发射和接收的间歇处理则可以有效地解决这个问题。
3.线性调频信号作为一种常用的脉冲信号，具有大时宽带宽乘积的特点，在脉冲压缩过程中可以获得较大的压缩比，并且其所用的匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，可以大大简化雷达信号处理系统，在工程上得到广泛的应用。但在微波暗室中对线性调频信号进行间歇收发处理会使得完整的线性调频信号被切分为若干个短脉冲，造成时域上的不连续，会导致信号功率的损失，相比于真实的雷达信号，间歇收发处理后的信号信噪比会降低，影响之后雷达探测威力等关键性能指标的测量，为后续的处理工作带来诸多的不便。
4.因此，需要设计一种合适的方法对间歇收发处理后的线性调频信号的信噪比进行补偿，但是目前尚未有相关的方法解决该信噪比降低的问题，本发明将研究在这种微波暗室射频辐射式仿真中线性调频信号收发信噪比的补偿方法。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：设计一种微波暗室射频辐射式仿真中线性调频信号间歇收发信噪比补偿方法，解决线性调频信号经过间歇收发处理后导致信噪比损失这一问题，从而实现在暗室中对信号信噪比等效。
6.采取的技术方案如下：
7.第一步，计算线性调频信号间歇收发后峰值功率损失
8.间歇收发信号p(t)为包络是矩形的脉冲串，线性调频信号x(t)经过间歇收发处理后，脉冲会被截断成一系列子脉冲xs(t)，将间歇处理后的信号与完整的信号都经过匹配滤波器h(f)处理后，经过对比，则可以得到其经过匹配滤波处理后的峰值功率损失。
9.第二步，计算噪声间歇收发后平均功率损失
10.将完整噪声n(t)和间歇收发处理后的噪声ns(t)分别经过匹配滤波处理，得到两者的输出平均功率分别为en和e
ns
，两者对比可得到噪声经过间歇收发后平均功率损失。
11.第三步，通过发射信号能量调制进行信噪比补偿
12.匹配滤波器输出信噪比为输出信号的峰值功率与噪声平均功率之比，可对比发现
完整的线性调频信号的输出信噪比为经过间歇收发处理后的d
s2
/(1-ds)，其中ds为间歇收发信号的占空比。因此，为了补偿该信噪比的损失，可以提高间歇处理后输入功率p
si
为原来输入信号功率pi的(1-ds)/d
s2
倍，即可有效地补偿由于间歇处理后造成的信号信噪比损失。
13.本发明的有益效果主要包括：
14.(1)利用间歇收发处理后完整信号信噪比与间歇处理后信号的信噪比的关系，对输入信号功率进行补偿，可以便捷方便地获得在微波暗室中线性调频信号间歇收发后的信噪比。
15.(2)有效地解决了由间歇收发处理引起的信号信噪比损失，从而实现了线性调频信号在暗室中信噪比的等效模拟，为辐射式仿真中雷达威力等效模拟提供理论支持。
【附图说明】
16.图1是线性调频信号信噪比补偿的流程图。
17.图2是设置线性调频信号的幅度a＝1,，时宽t
p
＝100μs，带宽b＝500mhz。间歇采样周期ts＝0.8μs，采样占空比ds＝0.5，脉宽ts＝0.4μs，添加的高斯白噪声的功率pn＝10dbw，原始带噪声的线性调频信号和间歇收发处理后的信号经过匹配滤波处理后的输出结果。
18.图3是经过100次蒙特卡洛仿真之后，原始噪声平均功率与间歇处理后噪声平均功率之比与占空比之间的关系。
19.图4是经过100次蒙特卡洛仿真之后，原始信号输出信噪比与间歇处理后信号信噪比之比与占空比之间的关系。
20.图5(a)是添加的高斯白噪声的功率pn＝30dbw，通过能量补偿后，即得到脉压输出仿真结果。
21.图5(b)添加不同的高斯白噪声的功率p
n1
＝10dbw，p
n2
＝20dbw，p
n3
＝35dbw对该补偿方法的影响。
22.图5(c)是经过100次蒙特卡洛仿真之后，进行补偿后不同输入功率pn∈[-20dbw,20dbw]与输出信噪比之比的关系。
【具体实施方式】
[0023]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。对线性调频信号间歇收发处理后信噪比补偿的方法步骤如下：
[0024]
第一步，计算线性调频信号间歇收发后峰值功率损失。
[0025]
理想情况下，间歇收发信号波形是一个矩形脉冲串，表达式可以写为
[0026][0027]
其中，ts为间歇周期，ts为子脉冲宽度，“*”表示卷积运算，δ(
·
)是冲激函数，rect(
·
)是矩形函数，表达式为
[0028][0029]
p(t)对应的频域形式为
[0030][0031]
其中为采样频率，sinc(x)＝sin(πx)/(πx)，ds＝t
sfs
表示间歇收发信号的占空比。
[0032]
去载频的线性调频信号复包络表示为
[0033][0034]
其中，a为振幅，t
p
为脉冲宽度，μ为调制斜率，信号带宽为b＝μt
p
，其频谱为
[0035][0036]
线性调频信号的匹配滤波器的频率响应函数为
[0037]
h(f)＝kx
*
(f)exp(-j2πft0) (6)
[0038]
令t0＝0，可得匹配滤波器后线性调频信号的时域表达式为
[0039]
y(t)＝f-1
[x(f)h(f)]＝ka2t
p
sinc(bt) (7)
[0040]
则完整的线性调频信号经过匹配滤波器之后峰值功率为
[0041]
p＝(ka2t
p
)2ꢀꢀ
(8)
[0042]
经过间歇收发处理后的线性调频信号时域频域为：
[0043][0044][0045]
经过间歇收发处理后的线性调频信号进入匹配滤波器中，输出的时域为：
[0046][0047]
在间歇收发中，一般取n＝0阶脉压输出作为处理结果。当n＝0时，经过间歇收发处
理后的信号经过匹配滤波器之后峰值功率为
[0048]
ps＝(ka2dst
p
b)2ꢀꢀ
(12)
[0049]
比较(8)和式(12)可知，线性调频信号经过间歇收发后匹配滤波的主瓣峰值功率结果与原信号相差占空比的平方d
s2
，如图2所示。
[0050]
第二步，计算噪声间歇收发后平均功率损失。
[0051]
设pn(w)和分别为输入噪声n(t)和输出噪声no(t)的功率谱密度，则
[0052][0053]
输出噪声的平均功率为
[0054][0055]
白噪声的功率谱密度为
[0056][0057]
其中n(f)为输入噪声n(t)的频域形式，tn为噪声信号的时长。其经过匹配滤波器之后的输出平均功率为
[0058][0059]
由于间歇收发处理过程中，每次接收信号完成后，会再次切换通道，切换至发射通道，继续发射信号，由于只在接收波门处接收噪声，所以也需要对噪声信号进行间歇收发处理。对于噪声n(t)进行间歇收发处理，则其间歇收发处理后为：
[0060]ns
(t)＝n(t)(1-p(t)) (17)
[0061]
则经过间歇收发处理后的噪声信号频域为：
[0062][0063]
由于间歇收发处理会导致处理后噪声信号时长tn减小，即
[0064]
t
sn
＝(1-ds)t
n (19)
[0065]
功率谱密度为
[0066][0067]
在间歇收发中，一般取n＝0阶脉压输出作为处理结果，则经过间歇收发处理后噪声信号的匹配滤波器输出平均功率e
ns
为
[0068][0069]
所以，白噪声信号经过间歇收发后匹配滤波的输出平均功率结果与原信号相差(1-ds)，如图3所示。
[0070]
第三步，通过发射信号能量调制进行信噪比补偿。
[0071]
匹配滤波器输出信噪比为输出信号的峰值功率与噪声平均功率之比，则完整线性调频信号和间歇收发处理后的信噪比分别为
[0072][0073][0074]
则两者之比如图4所示为
[0075][0076]
因此为了补偿该信噪比的损失，可以提高间歇后输入信号功率p
si
为原来输入信号功率pi的(1-ds)/d
s2
倍即
[0077][0078]
图5(a)(b)(c)验证该补偿方法的普适性，图5(a)为添加不同高斯白噪声后脉压输出结果，可以看出补偿后的脉压峰值与原信号的峰值相似；图5(b)验证了该补偿方法适应于不同的高斯白噪声；图5(c)验证了该补偿方法适应于不同输入功率，都可以得到与原始信号相似的信噪比。