基于FPGA的线性调频近程探测雷达信号处理模块设计(3)
线性调频雷达对目标的探测主要是为了获取目标的距离和速度信息，要探测到目标信息，首先要知道雷达系统的一些参数和目标的雷达截面积（RCS）等，而现代空中目标多为飞机或导弹，如美国的“战斧”式巡航导弹和法国的“阵风”战斗机等，其性能均处于国际先进水平。
2.1 目标特性分析
现以“战斧”式巡航导弹为空中目标分析对空目标探测线性调频雷达的目标特征和交汇姿态。“战斧”式巡航导弹是一种雷达截面积非常小，低空突袭能力显著的导弹，由于其使用涡轮风扇发动机几乎没有热能散发出来，红外线探测系统很难识别出来，而线性调频雷达系统则是探测“战斧”式巡航导弹的有效体制，雷达探测目标示意图如图2.1所示。
雷达探测目标示意图
如图2.1所示，“战斧”式巡航导弹在线性调频雷达探测范围内高速运动，其全长6.25m，飞行高度低，最大巡航高度约50~150m，弹头命中精度为10m（后经改进精确为1m），其雷达截面积（RCS）很小，约为0.05~0.1平方米，所以一般雷达很难发现这种导弹，这就需要采用频率较高的探测器来探测该目标。本文就是采用Ka波段毫米波探测目标，主要研究信号处理部分和怎样提高目标截获概率。
2.2 LFMCW雷达系统的工作原理
线性调频雷达系统信息处理框图如pic2.2所示。2.2 LFMCW雷达系统信息处理框图
如图所示，收发共用组件输出的回波信号相对于发射信号有一个时间延迟，使发
射信号与回波信号的频率不同，存在频率差，简称差频 。此差频随近感系统与目标
之间的距离而变化，因此，测出差频即可得到距离。另一方面，当目标与近感系统之
间有相对运动时，就会产生多普勒频率 ，而 ，其中 为目标相对近感系
统的径向运动速度。综上，线性调频雷达系统就是通过差频 和多普勒频率 来获
得目标距离与速度信息的。
在分析动目标的回波信号时，最主要的是差频信号和多普勒信号的提取，但由于
二者经常是混杂在一起的，回波信号受到多普勒频率的调制，由此造成距离—速度耦
合的问题，因此，如何从回波信号中分别提取出差频信号和多普勒信号就成为回波信
号处理过程中的一个难题。如何实现距离—速度的去耦合一直都是LFMCW雷达回波信
号分析的重点，国内外对此也有多种方法，最基本的是对回波信号做时频分析，近年
来又有人提出MTD法和频域配对法等，目前较好的方法则是采用交叉配对试逼近法，
其适用于复杂的多目标环境，但其工程实现难度大且测距精度不一致。由于本课题考
虑单一目标环境下的目标测距测速，因而实现目标参数测量和距离—速度去耦合的方
法选择的是频域配对法。
为了便于LFMCW雷达信号的产生与处理，我们采用对称三角形调频连续波 ，其
发射信号与回波信号瞬时频率关系如下图2.3。
图2.3 对称三角形调频连续波发射信号与回波信号瞬时频率关系
设在有效扫频 期间LFMCW雷达发射信号为：
（2.1）
其中 是t=0时发射信号瞬时频率， 是振幅， 是随机初相， 是调频斜
率，T是有效时宽，B是有效带宽。那么一个初始距离为 ，速度为 ，初始回波延