極化測量雷達的信號選擇與處理方法研究

王瑞革

摘要：隨著雷達技術的不斷發展，雷達目標極化特性成為了當下相關領域研究的重要課題，極化技術也被越來越廣泛地應用于各種雷達系統中，雷達目標極化特性測量性能的好壞對極化信息處理有著直接的影響，獲取目標的準確極化特征信息是極化測量雷達的主要研究方向，本文將在簡單介紹極化測量方法的基礎上，深入探討極化測量雷達的信號選擇及處理方法。

關鍵詞：極化測量 雷達信號 選擇處理方法

中圖分類號：TP399-C8 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0062-01

極化測量雷達分為分時極化測量雷達與瞬態極化測量雷達，分時極化測量雷達是在發射端輪流發射極化正交的雷達信號，在接收端通過對兩個極化通道回波的處理，來獲取目標散射矩陣的一列元素，再經過相鄰脈沖的處理，雷達可獲得散射矩陣的全部元素，分時極化測量雷達測量起伏目標的散射矩陣時，有兩列元素去相關作用等缺陷，在實際應用中，很難測量得到目標極化散射矩陣[1]；瞬態極化測量雷達利用單個脈沖來測量目標極化散射矩陣，采用了兩個正交極化通道同時發射、同時接收的方法，實現主極化和交叉極化通道的分離，發射信號的相關性是否正交是瞬態極化測量的關鍵，而實際應用中由于信號的非正交性往往會產生測量誤差[2]。極化測量雷達信號的選擇及處理是一項復雜的工作，在實際應用中，應結合具體情況進行合理的信號選擇及處理。

1 極化測量雷達信號的選擇

1.1 刀刃形和軸線重合的信號

刀刃形和軸線重合的信號可通過時分和頻分實現不同極化通道的隔離，時分是兩正交極化通道依次發射、同時接收，而頻分是同時發射、同時接收。分時極化測量中待測目標前后一定距離上的其他目標或一些干擾會影響極化測量，為避免這種情況，應在滿足系統所需頻率分辨率的情況下，選擇大帶寬信號，以提高時間分辨率；此外，在符合目標數據率要求的前提下，應選擇合適的脈沖重復間隔，以保證干擾不會進入接收機。頻分極化測量時，在同一頻率分辨單元內，如果其他目標的回波或干擾與待測目標回波頻率的差與兩路發射信號的頻率差相等，就會對待測目標的極化測量產生影響，為減小影響，應在保證信號距離分辨率的前提下，選擇大時寬信號，提高目標頻域分辨力；另外，兩極化通道的信號頻率應選擇合適的，減小干擾的影響[3]。

1.2 傾斜刀刃形信號

這類信號主要是線性調頻信號，其依次發射的兩正交極化信號的回波在匹配濾波后，旁瓣會互相影響，而干擾也會對極化測量產生影響，為此應增大信號脈沖重復間隔；在進行雷達信號的參數設定時，應盡可能使脈沖重復間隔大于脈寬，選擇信號帶寬時，應在保證信號時域分辨力的條件下，通過模糊函數矩陣圖分析一些干擾是否會影響雷達的運行。增大信號帶寬或時寬都能減小兩極化信號之間的互擾，當兩路信號載頻差值相同時，減小信號調制帶寬或增大信號脈寬可提高信號的頻域分辨力，但這種方法不適用于頻率調制信號。

1.3 釘板型模糊圖信號

這列信號包括固定載頻或調頻的相干脈沖序列，采用瞬時極化測量體制。相干脈沖序列可提高信號頻域分辨力，但也增大了互模糊函數的影響，所以這類信號極易受到其他目標或干擾的影響，如果待測目標為單目標，且環境干擾較小，可通過對兩路極化信號載頻差或時延差的設定來減小互模糊函數的影響。

1.4 圖釘型模糊圖信號

這類信號的典型代表為相位編碼信號，其既可用于分時極化測量體制，也可用于瞬時極化測量體制，其模糊函數矩陣如圖3所示。當采用分時極化測量體制時，應選擇大帶寬信號，以提高信號的頻域分辨力，減小互模糊函數的影響；當采用瞬時極化測量體制時，應將兩路信號調制在不同載頻上，并選擇大脈寬信號，以提高頻域分辨力，此外也可對兩路極化信號進行正交編碼調制，并增大信號脈寬以降低HV、VH模糊圖峰值[4]。

2 極化測量雷達信號處理方法

設極化測量雷達發射水平、垂直兩路正交極化信號，接受信號的表達式為：

其中為回波時延，、分別為兩路發射信號載頻的目標回波Doppler頻移[5]。然后對接收信號進行混頻和匹配濾波，將匹配濾波輸出為4路信號，列出自模糊函數與互模糊函數，將模糊函數代入4路信號表達式中，求得模糊函數矩陣，對其求逆得到目標極化散射矩陣。

通過模糊函數矩陣求逆對極化散射矩陣進行反演時，要對目標回波的時延值和Doppler頻移值進行估算，而估算的準確性又受到發射信號性能的影響，可利用和這兩路信號來準確估算時延和Doppler頻移[6]。此外，噪聲污染也會影響到目標極化散射矩陣的測量，為避免這種情況的發生，應保持較大的模糊函數輸出值，同時減小互模糊函數輸出值。

3 結語

極化技術在目標探測和識別上的性能優勢，使得極化測量體制雷達得到了越來越廣泛的應用，極化測量雷達具有目標識別能力高、獲取極化特征信息準確等優勢，隨著極化測量技術研究的不斷深入，相信極化測量雷達的研制將更具科技含量及更優的性能。極化測量雷達的信號選擇及處理與獲取目標極化特征信息的準確與否密切相關，在進行信號選擇的過程中，應根據實際情況進行，并合理選擇處理方法，不斷進行優化及改進，減小測量誤差。

參考文獻

[1]殷加鵬，李永禎，曹學軍等.同時極化雷達波形隔離度分析與選擇[J].雷達科學與技術，2013（4）：379-384.

[2]黨雙平，李飛，甘桂華等.雷達信號極化方向對地空干擾的影響研究[J].火力與指揮控制，2014（6）：94-96.

[3]趙鵬飛.雷達極化測量技術[J].電子科技，2012（1）：16-19.

[4]趙鵬飛.電波極化的快速檢測與測量技術研究[D].西安電子科技大學，2011.

[5]李雙喜，曾昭發，李靜等.探地雷達極化探測時域有限差分法模擬效果分析[J].工程地球物理學報，2014（4）：513-521.

[6]王元欽.基于雷達極化的彈丸運動特征處理方法研究[D].哈爾濱工業大學，2012.