一种基于多相滤波结构的雷达信号检测技术

摘要 研究了基于多相滤波结构数字信道化接收机的雷达信号捡测技术，在提出接收机具体实现模型的基础上，分析了不同形式雷达信号的检测方法，并对信号检测中可能出现的问题进行了讨论。仿真结果验证了该算法的正确性和有效性。
关键词 信道化；多相滤波；接收机；信号检测

在电子战环境中，信号一般都具有复杂化、密集化的特点，占用的频谱越来越宽，从而对雷达信号的检测技术也提出了更高的要求。信道化接收技术是解决宽带信号检测等问题的一种有效方式。信道化接收机因其具备较大的瞬时带宽、能够检测和处理同时到达的信号、具有准确的参数测量能力和一定的信号识别能力等优点而得到广泛应用。

1 基于多相滤波结构的数字信道化
基于多相滤波结构的信道化接收机数学模型如图1所示。信号x(n)通过一个旋转开关将原信号分到每个信道上，相当于按因子D进行下采样，经过每一路的子滤波器滤波后，通过一个D点的DFT，使不同频率的信号在不同的频带输出。

其中，hk(m)是由高阶的低通滤波器原型h(n)分解得到；h(n)按照每个信道的带宽来设计，h(n)与hk(n)满足关系hk(n)=h(k+nD)，k=0，1，…，D-1。实际中常选择D为2的N次幂，以便用FFT算法代替DFT。
设信道数为D，原型低通滤波器阶数为N，当每个信道都输出一个数据时，多相滤波结构的信道化接收机所需的乘法运算量为
S=D×(N／D)+(D／2)×log2D (1)
经运算可知，此类接收机的运算量远小于传统结构的信道化接收机，在实际应用中具有更高的效率。

2 多相滤波结构的雷达信号检测技术
随着信号产生和处理技术的发展，一部雷达往往能根据需要产生多种不同样式的波形，而且现代雷达信号环境日益复杂，信号形式多变，在同一时间可能有多个信号同时出现。利用多相滤波信道化的方法，将时域重叠但频域不重叠的信号划分到各个子信道上，可以实现对此类信号的检测。信道划分形式的示意图如图2所示。

由图2可以看出，信道交叠处设计有特定的信道阻带衰减带，相邻通道必须有一个重叠区域，这可以通过设置滤波器的带宽和过渡带来实现。但这种设计方法会导致一个窄带信号的输出跨越一个或多个输出通道，这种情况在分析任意带宽和任意中心频率谱时经常发生，因此必须采用一定的判定方法对信号进行检测。
对于同时在信道中出现的信号，说明信号的到达时间相同，这可能是几个同时到达的独立信号，也可能是一个窄带信号在两个信道同时有输出。若信号均在不相邻的信道出现，则认为是同时到达的几个独立信号；若信号在相邻两个信道出现，则认为是一个窄带信号在相邻两个信道同时有输出。对于这种信号的判别方法有两种：当相邻两个信道的信号幅值大小相差很远时，则将幅值大的信号输出信道作为真实信号所在的信道；当相邻两个信道的信号幅值大小相近时，可以采用两个信道中心频率取平均的方法，即取两个信道中心频率之和的1／2，此时的测频误差为信道带宽的1／2，只要误差在允许范围内，这种方法是具有可行性的。
对于不同时在信道中出现的信号，说明信号的到达时间不同，这可能是几个独立的信号，也可能是一个跨越几个信道的宽带线性调频信号。若为单个宽带线性调频信号，设其初始频率为f0；调频斜率为μ；t0时刻到达，每个子信道带宽为B；第i个信道的中心频率为fi，则这个信号在第i个信道的结束时间为

因为fi+1-fi=B，所以在理想情况，即滤波器为理想滤波器的情况下，有ton=toff，也就是说宽带线性调频信号会按时间顺序依次出现在各子信道。但一般情况下滤波器不是理想的矩形，而会有一个过渡带，过渡带的大小与滤波器的具体设计有关，在此设为△B。由于过渡带的影响，使得信号不会严格的按时间顺序依次出现在各子信道，子信道内出现的信号时域会有重叠部分，重叠时间△t≈△B／μ，所以若满足|ton-toff|△t，则可认为是按时间顺序依次出现在每个信道的。
由以上分析可知，若要判断信号为单个宽带线性调频信号需要满足两个条件：一是信号应按时间顺序依次出现在各相邻子信道；二是要满足各子信道的幅值相近。若到达时间不连续或幅值有明显差异，均认为是两个独立的信号。

3 多相滤波结构雷达信号检测仿真
仿真中采样率设为200 MHz，信道数为16，有效信号频率范围为-100～100 MHz，所以每个通道的带宽为12．5 MHz。注意到相邻两个信道间会有一定的交叠，这样设计可以保证不会丢失频点，但同时也会对信号的检测产生一定的影响。
图3给出了多相滤波结构的信道化接收机正频域8通道的时域包络，相应的图4是各通道的频谱分析。