文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2014)06-0112-03
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(dá)系統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)的距離及速度模糊，提高通信系統(tǒng)的有效性，增強(qiáng)某些應(yīng)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(guó)內(nèi)外的學(xué)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(hào)的帶寬。
參考文獻(xiàn)[4-5]提出了針對(duì)高速及高機(jī)動(dòng)情況下頻率步進(jìn)信號(hào)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(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)于時(shí)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(hào)DS-LFM(Discontinuous Spectra Linear Frequency Modulation)[6]。針對(duì)頻譜不連續(xù)造成的旁瓣，用回波信號(hào)估計(jì)譜對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。在得到準(zhǔn)確估計(jì)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(duì)較小。此后，參考文獻(xiàn)[7-10]利用回波信號(hào)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(jì)算量大等。
經(jīng)過對(duì)Frank碼特性的研究，從Frank碼中抽取一部分碼元，并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行擴(kuò)展，提出了一種類Frank碼的碼型。運(yùn)用該碼型對(duì)DS-LFM信號(hào)相位進(jìn)行控制，可以減小或消除由于載波頻率不連續(xù)導(dǎo)致的回波信號(hào)的相位跳變，提高模糊函數(shù)的測(cè)量精度。
1 類Frank碼的提出
1.1 接收端基帶信號(hào)的相位跳變問題
DS-LFM發(fā)射信號(hào)可表示為[8]：
調(diào)制斜率，B為L(zhǎng)FM信號(hào)的帶寬，Tk為L(zhǎng)FM子段信號(hào)的脈沖寬度，fk為各個(gè)子段的起始頻率。
其回波信號(hào)為：
將接收到的回波信號(hào)進(jìn)行混頻及低通濾波處理后得到的基帶信號(hào)如式(1)所示：
所以，非連續(xù)譜LFM信號(hào)的相位跳變主要由載波頻率的變化引起，其在載頻跳變點(diǎn)處的值為2πΔfτ，其中Δf=f1-f2。該跳變會(huì)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(dǎo)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(hào)的發(fā)射波形為：
若忽略連續(xù)的段間相位變化，則該信號(hào)的相位差為：
3 仿真結(jié)果與分析
本文分別對(duì)載波頻率數(shù)為5的情況進(jìn)行了仿真。仿真中采樣頻率設(shè)置為480 kHz,5段子信號(hào)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(biāo)距離設(shè)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(shí)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(shí)，接收端回波基帶信號(hào)在第4段與第5段信號(hào)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?cè)谘a(bǔ)償之后接近于連續(xù)頻譜LFM信號(hào)的相位。模糊圖沿距離軸切割(圖2)的對(duì)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(duì)載頻數(shù)為5時(shí)的仿真可以看出，該方法可以有效地補(bǔ)償DS-LFM信號(hào)在接收端的基帶信號(hào)相位跳變，由該方法得到的信號(hào)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(hào)的帶寬而采用的非連續(xù)頻譜信號(hào)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(hào)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(kuò)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(hào)的相位不連續(xù)問題。本文通過理論推導(dǎo)及仿真分析證明了該方法的可行性。
參考文獻(xiàn)
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