[发明专利]一种基于频谱调制捷变的非线性调频脉冲串波形设计方法

说明书

本发明公开了一种基于频谱调制捷变的非线性调频脉冲串波形设计方法，能够基于LFM信号的频谱结构，利用驻定相位原理产生了不同的NLFM波形，能够有效抑制距离模糊、干扰和杂波折叠问题。包括如下步骤：确定待设计波形的脉冲宽度T，带宽B，脉冲重复间隔T_r以及脉冲个数N，并生成具有相同带宽和脉宽的线性调频信号，获得线性调频信号的功率谱密度函数L(f)。保留L(f)带外的形状，采用随机正弦调制的方法对其带内功率谱密度函数的幅值进行调制，设计的NLFM波形功率谱密度函数NL(f)。基于NL(f)，计算NLFM信号的群延迟函数T_g(f)。根据群延迟函数T_g(f)，确定信号的瞬时频率f(t)：对瞬时频率f(t)进行积分，得到信号的相位函数根据相位函数得到所设计的NLFM波形的时域表达式。

技术领域

本发明涉及雷达波形设计技术领域，具体涉及一种基于频谱调制捷变的非线性调频脉冲串波形设计方法。

背景技术

脉冲捷变雷达是一种波形分集系统，在一个相参处理周期(Coherent ProcessingInterval,CPI)内，通过在脉冲间或脉组间发射不同载频或不同调制的雷达波形，实现波形捷变。捷变波形可以有效抑制距离模糊和杂波折叠，有利于提升雷达系统在杂波和干扰背景下的目标检测性能。

线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号形式简单，易于产生，具有较大的多普勒容限，因此是应用最广的脉冲压缩波形。同时，LFM信号的瞬时频率随时间线性变化，是一种大时宽带宽积信号。但是由于LFM信号形式单一，所以不适用于脉冲捷变雷达系统。非线性调频(Nonlinear Frequency Modulation,NLFM)信号的瞬时频率随时间的变化是非线性的，利用非线性调制的方法可以生成多种多样的波形，这种波形的灵活性和多样性可以改善雷达的低截获和抗干扰性能。然而，不同波形的匹配滤波器输出具有不同的旁瓣结构，从慢时间的角度则可以看作为距离旁瓣调制(Range Sidelobe Modulation,RSM)效应。由于RSM效应，对信号进行多普勒处理时，能量会在速度维发散，且无法通过传统的加窗方法进行抑制，从而影响目标的检测。

针对强杂波条件下的弱目标检测问题，存在距离模糊和杂波折叠的缺陷。从雷达发射的角度来说，具有恒幅包络和良好的频谱特性(如高带宽效率、低旁瓣干扰等)的波形是有益的，同时还需要发射波形间具有良好的互相关特性。

因此目前亟需一种能够有效抑制距离模糊、干扰和杂波折叠问题的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于频谱调制捷变的非线性调频脉冲串波形设计方法，能够基于LFM信号的频谱结构，利用驻定相位原理产生不同的NLFM波形，从而有效抑制距离模糊、干扰和杂波折叠问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

S1:确定待设计波形的脉冲宽度T，带宽B，脉冲重复间隔T_r以及脉冲个数N，并生成具有相同带宽和脉宽的线性调频信号，获得线性调频信号的功率谱密度函数L(f)。

S2：保留所述线性调频信号的功率谱密度函数L(f)带外的形状，采用随机正弦调制的方法对其带内功率谱密度函数的幅值进行调制，设计的NLFM波形功率谱密度函数为NL(f)。

S3：基于设计的NLFM波形功率谱密度函数NL(f)，计算NLFM信号的群延迟函数T_g(f)。

S4：根据群延迟函数T_g(f)，确定信号的瞬时频率f(t)：

S5：对瞬时频率f(t)进行积分，得到信号的相位函数，根据相位函数得到所设计的NLFM波形的时域表达式。

进一步地，线性调频信号的功率谱密度函数函数L(f)，具体为：