《電子技術(shù)應用》
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基于類Frank碼的非連續(xù)LFM距離旁瓣抑制
2014年電子技術(shù)應用第6期
沈佳琪,桂任舟
同濟大學 電子與信息工程學院，上海 200092
摘要： 為了在頻率占用日益增多的自由空間中獲得較大的帶寬，需要將較多零星干凈頻段合并為系統(tǒng)的有效工作帶寬。但是載波頻率的跳變會引起接收基帶信號的相位跳變，影響系統(tǒng)的分辨性能。針對非連續(xù)譜線性調(diào)頻信號的接收基帶信號相位跳變問題，提出了一種類Frank碼型。利用該碼型控制發(fā)射信號以及接收端信號的相位，可以補償接收端基帶信號的相位跳變。仿真結(jié)果表明，該方法可以壓低模糊函數(shù)的旁瓣，解決距離模糊問題。
中圖分類號： TN957．51
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)06-0112-03
Range sidelobe suppression of discontinuous spectra LFM signal based on Frank-like code
Shen Jiaqi, Gui Renzhou
College of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
Abstract： For the purpose of getting wider band in the even busier air, several"clear" frequency bands are aggregated as a whole wide band. The phase gap caused by the frequency-hopping will raise the sidelobe both in distance and velocity domain. Based on this problem, this paper proposes a Frank-like code, which is applied to control the phase of transmitted signal and of oscillator in the receiver. During the process in the receiver, the phase gap can be compensated by the application of Frank-like code. The results of simulation reveal that the sidelobe in the distance domain is suppressed.
Key words : linear frequency modulation(LFM); discontinuous spectra; ambiguity function; sidelobe suppression

         目前，由于3G、LTE乃至LTE-A等通信系統(tǒng)的用戶數(shù)量不斷增加，自由空間中可利用的連續(xù)“寂靜”頻段越來越少，而零星頻率段則較多。但是，為了減小雷達系統(tǒng)目標檢測的距離及速度模糊，提高通信系統(tǒng)的有效性，增強某些應用的性能[1-2]，系統(tǒng)發(fā)射的波形需要具有較大的帶寬[3]。因此，國內(nèi)外的學者們都致力于如何充分利用現(xiàn)有的自由空間資源，提高發(fā)射信號的帶寬。

        參考文獻[4-5]提出了針對高速及高機動情況下頻率步進信號的寬帶模糊函數(shù)，證明了通過寬帶模糊函數(shù)可以得知高速運動目標對于時延及多普勒影響。GREEN S和KINGSLEY S提出了非連續(xù)頻譜線性調(diào)頻信號DS-LFM(Discontinuous Spectra Linear Frequency Modulation)[6]。針對頻譜不連續(xù)造成的旁瓣，用回波信號估計譜對回波信號進行補償。在得到準確估計的情況下，該方法能夠壓低距離旁瓣，但是其適用的頻率范圍相對較小。此后，參考文獻[7-10]利用回波信號的相位以及內(nèi)插-外推算法、CLEAN算法有效地提取了速度及距離信息，壓低了距離、速度旁瓣。但是，這些方法還是存在一些不足，例如適用的載頻變化范圍小、所需計算量大等。

        經(jīng)過對Frank碼特性的研究，從Frank碼中抽取一部分碼元，并且根據(jù)實際應用情況進行擴展，提出了一種類Frank碼的碼型。運用該碼型對DS-LFM信號相位進行控制，可以減小或消除由于載波頻率不連續(xù)導致的回波信號的相位跳變，提高模糊函數(shù)的測量精度。

1 類Frank碼的提出

1.1 接收端基帶信號的相位跳變問題

        DS-LFM發(fā)射信號可表示為[8]：

 

調(diào)制斜率，B為LFM信號的帶寬，Tk為LFM子段信號的脈沖寬度，fk為各個子段的起始頻率。

        其回波信號為：

 

 

        將接收到的回波信號進行混頻及低通濾波處理后得到的基帶信號如式(1)所示：

 

 

所以，非連續(xù)譜LFM信號的相位跳變主要由載波頻率的變化引起，其在載頻跳變點處的值為2πΔfτ，其中Δf=f1-f2。該跳變會引起匹配濾波后的高距離旁瓣，在模糊函數(shù)中則表現(xiàn)為大的距離模糊。

1.2 類Frank碼

        類Frank碼的推導過程如下。

        周期為N=q2的Frank序列集可表示為[11]：

 

 

2 調(diào)制有類Frank碼相位的DS-LFM波形

        調(diào)制有類Frank碼相位的DS-LFM信號的發(fā)射波形為：

 

 

        若忽略連續(xù)的段間相位變化，則該信號的相位差為：

3 仿真結(jié)果與分析

        本文分別對載波頻率數(shù)為5的情況進行了仿真。仿真中采樣頻率設置為480 kHz,5段子信號的初始頻率分別為1 MHz、1.001 MHz、1.002 MHz、1.003 MHz和1.004 MHz。目標距離設定為7.5 km，發(fā)射波形的帶寬為120 kHz,脈沖寬度為2.5 ms。選用的類Frank碼的階數(shù)為20,時延參數(shù)p選為24,從類Frank矩陣中選取第1、3、5、7、9行組成類Frank碼。

        圖1為載波數(shù)為5時，接收端回波基帶信號在第4段與第5段信號跳變處的相位圖。從該圖中可以觀察到，原本較大的相位跳變在補償之后接近于連續(xù)頻譜LFM信號的相位。模糊圖沿距離軸切割(圖2)的對比表明，旁瓣峰值由原來非連續(xù)頻譜的40%降到了20%。

        如圖2所示,通過對載頻數(shù)為5時的仿真可以看出，該方法可以有效地補償DS-LFM信號在接收端的基帶信號相位跳變，由該方法得到的信號的模糊函數(shù)有較好的特性，其距離模糊問題得到了解決。

        為了增加線性調(diào)頻信號的帶寬而采用的非連續(xù)頻譜信號的方法可以充分利用自由空間中的零散頻段，但是由此而產(chǎn)生的信號相位不連續(xù)問題致使距離旁瓣增大。本文提出了一種類Frank碼型，該碼型由Frank碼擴展抽取而來。利用該碼型控制發(fā)射DS-LFM波形的相位可以改善接收基帶信號的相位不連續(xù)問題。本文通過理論推導及仿真分析證明了該方法的可行性。

參考文獻

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