FPGA相位编码信号脉冲压缩及其实现技术研究(2)
致谢 39
参考文献 40
1 绪论
1.1 研究背景
雷达自问世以来就在军事领域里扮演重要角色，常用于目标侦察和目标跟踪等方面。科技的迅猛发展、电子战和信息战的兴起，要求雷达在各方面技术上进行改进。技术上要求雷达能实现超长距离的侦察，同时也能在多个目标中识别单个目标。首先，雷达需要极大的发射功率，才能实现超长距离侦察，其次要增强雷达分辨能力，必须增加发射信号的带宽。实际情况下，雷达的功率器件等因素限制了雷达发射功率和发射信号带宽。普通雷达并不能很好地兼顾距离和分辨能力。于是研究人员想到了解决方法：发射时间展宽的信号，这样极大地增加了发射信号的功率。再将信号进行一定的调制，最重要的一步是在接收信号时利用压缩技术处理，产生窄的时间脉冲，这就是脉冲压缩的概念。
常用的脉冲压缩信号有线性调频信号和相位编码信号。线性调频信号的突出优点是脉压后的波形与信噪比损失对多普勒频移不敏感，性能表现优越，其对动目标的检测效果好。但是线性调频压缩之后会产生较大的主瓣宽度和旁瓣，使得对测量结果精度影响较大，这也影响了其应用。
在雷达系统中采用相位编码信号会带来很多优点：首先是距离旁瓣低，这样对目标的侦察就能更精确；其次是实现电路简单，降低了电路设计的成本。还有就是抗衰落能力强，抗干扰能力强，使得雷达系统更加可靠。但是相位编码信号的突出缺点是，对多普勒频移敏感，频移可能会严重影响其性能，所以对动目标的检测需要有相应的技术修正。
脉冲压缩技术因其具有诸多的优点，使得它常被应用于雷达系统中。相位编码信号脉冲压缩在雷达系统中的广泛应用，而脉冲压缩这一过程通常是通过匹配滤波来完成。很不幸的是，匹配滤波在获得脉压峰值的同时无法避免的要引入距离旁瓣。在多目标作战环境下，这极有可能引起漏警，在今天军事技术日新月异的情况下，漏警后果不堪设想，因此旁瓣抑制问题得到广泛研究。现在的旁瓣抑制研究主要从两个方面入手，一方面通过寻求非周期自相关特性的信号；另一方面，从滤波器设计入手，设计失配滤波器以抑制引入的距离旁瓣。后一种方法就是本文要重点研究分析的内容。
当前所用的非周期自相关信号分为二相码和多项码，本文主要研究二相码的相关问题。二相码中又分为巴克码，M序列和MAC序列。三种码是常见的二相码，在通信领域应用都很广泛，要学好通信相关知识，必须对三种二相码的性能很熟悉。
最小最小二乘(LS)法、线性规划(LP)法在旁瓣抑制分析中很常用。神经网络法因其具有并行处理、高度的容错性、分布式信息存储等优点，近年来研究也较热，得到很多研究人员青睐。总的说来：二项编码信号的旁瓣抑制发展可以归纳为下面三个阶段：
1．第一阶段：这一阶段是先利用匹配滤波器滤波，滤波后再设计加权网络以降低旁瓣。Key[1]等研究人员在1959年提出巴克码的旁瓣压缩技术。他们的设想是两步实现旁瓣抑制：1计算出巴克码的能量密度谱，2利用抽头延迟线，实现的旁瓣压缩滤波器的传递函数。Rihaczek和Golden[2]在1971年提出他们的旁瓣抑制方法：一种简化的、易实现的降低旁瓣滤波器，在延迟线上只用很少的权重，则可达到旁瓣抑制的目的。这一阶段两种方法都有相同的结构，那就是匹配滤波加旁瓣抑制网络。但两者所得的旁瓣抑制比都不高。
2．第二阶段：最佳不匹配滤波器阶段[3][4]。Ackroyd和Ghanills于1973年提出直接设计一个不匹配滤波器[5]直接实现旁瓣压缩。这种方法现在也是研究主流。Mese和Giuli在1977年发表了其研究成果，在其中提出了一种基于递归线性的最小估计器[6]。这种估计器的一个优点是不需要噪声和信号的统计先验知识，同时能产生递归、线性的最小估计。应用中，通常将伪随机序列用作编码序列，方便估计。另外在1980年，Zoraster成功地利用线性规划技术应用到了设计二进制编码旁瓣抑制的滤波器中[7]，使得旁瓣压缩问题更加好计算。这种方法也得到广泛应用。