一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法技术

本发明专利技术公开了一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，首先，根据对消信号的生成过程建立了对消后合成回波信号的数学模型；然后，根据对消前后回波信号的能量变化，推导出了对消增益的表达式；最后，通过数值计算，获得了系统延迟、对消波的幅度误差和相位误差的影响，对系统时延进行优化求解。本发明专利技术改善了对消效果，提高了对消系统的对消性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有源隐身
，特别涉及了一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法。
技术介绍
飞行器雷达散射截面(RCS)缩减大致有五种方法：机身整形、材料和结构选择、无源对消、有源对消和等离子体隐身。其中，有源对消是现代隐身技术很有发展前途的一个方向。有源对消系统能够产生和发射对消信号，对消信号与目标回波有相同的振幅和频率，但相位与之相反，这样由于相干波干涉原理，目标回波将会被对消掉。在低频段下，传统的无源隐身技术效果非常差，同时，有源对消的难度会随着频率的降低而减小，因此，该技术最适用于低频段隐身。在隐身科技领域，有源对消已经成为一项重要的研究内容。已有研究说明了有源对消的基本原理与可行性，实现有源对消的关键技术也已被提出。线性调频(LFM)信号由于具有较大的时宽带宽积，可以提高雷达探测的距离和方位分辨率，因此在现代雷达系统中得到了广泛的应用。已有研究表明，针对线性调频信号的对有源对消系统可以有效降低雷达的对目标的发现概率。基于MATLAB和SIMULINK的计算机仿真表明，针对线性调频信号的有源对消系统能有效降低雷达回波强度，大大缩短雷达对目标的探测距离。一种利用线性调频信号的群延迟特性的有源对消系统被提出，该系统通过改变对消信号的频率，补偿其在匹配滤波器输出端的延迟，但是该方法仍然不能避免由于延时所导致的相位失配。利用线性调频信号的对消实现舰艇隐身的方法被提出，但是该方法也未考虑延时的影响。此外，采用间歇采样回波对消技术的线性调频雷达也被提了出来，但是该方法会造成假目标的出现。到目前为止，有源对消的误差分析主要集中在对消波的幅度误差、频率误差和相位误差上，或是RCS的计算误差。然而，系统延迟也是影响对消效果的不可忽视的一个重要因素。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，通过建立对消后合成信号的数学模型以及数值计算，对系统延时进行优化求解，达到提高对消效果，提升对消系统性能的目的。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，包括以下步骤：(1)建立线性调频信号对消后合成信号的数学模型：(2)根据对消前目标回波与对消后合成信号的能量变化，导出对消增益的表达式；(3)根据得到的对消增益表达式，通过数值计算，获得各种延迟下的系统对消增益，根据对消增益指标要求选择合适的对消延迟，提升对消效果。进一步地，在步骤(1)中，获取线性调频信号的载频、带宽和脉宽，确定对消波幅度、相位误差的分布，得到目标回波信号、对消信号以及对消后合成信号的表达式。进一步地，所述目标回波信号的表达式：上式中，f0为线性调频信号载频，T为脉宽，μ为调频斜率，Δt为对消信号相对于目标回波信号的延迟，表示关于时间t的矩形函数，分别为目标雷达散射截面的幅度调制和相位调制，均为随机变量；所述对消信号的表达式：上式中，分别为的均值；所述对消后合成信号的表达式：进一步地，在步骤(2)中，所述对消前回波信号的能量表达式：所述对消后合成信号的能量表达式：则对消增益的表达式：其中，进一步地，对消增益Γ随延迟起伏变化，选取使对消增益Γ最小时的延迟作为有源对消的最优延迟，提升对消效果。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术对系统延迟、对消波的幅度误差和相位误差进行了联合分析，根据对消信号的生成过程建立了对消后合成回波信号的数学模型，根据对消前后回波信号的能量变化，推导出了对消增益的表达式。通过数值计算，获得了系统延迟、对消波的幅度误差和相位误差的影响，对系统时延进行优化求解，最终得到能实现较好对消效果的若干延时时间窗，改善了对消效果，提高了对消系统的对消性能，弥补了现有技术中对因延迟引起的有源对消误差研究的空白。附图说明图1是对消信号产生过程示意图；图2是本专利技术的基本流程图；图3是不同延迟下对消效果图；图4是实施例中两个群延迟对应的匹配滤波器的输出峰值增益关系图；图5是对消信号相位误差影响示意图；图6是对消信号幅度误差影响示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。(一)线性调频信号的匹配滤波器的输出特性线性调频脉冲信号的复包络函数：式(1)中，μ表示频率调制率，T为脉宽，表示关于时间t的矩形函数，并且可得到线性调频信号的瞬时频率：式(2)表明，线性调频信号的瞬时频率随时间线性变化。匹配滤波器是最佳的线性时不变滤波器，在输入信噪比恒定的情况下，能获得最大的输出信噪比(SNR)。当输入噪声双边功率谱密度为N0/2(W/Hz)时，匹配滤波器的系统函数的表达式如下：式(3)中，k＝2α/N0，α是一个非零常数，S*(f)表示输入信号频谱的复共轭；t0通常情况下是一个固定延迟，且t0＝T。线性调频脉冲信号的频谱函数可近似写为：将式(4)代入到式(3)，我们可以得到LFM信号匹配滤波器的系统函数：LFM信号匹配滤波器输出可写为：SO_LFM(t)＝kTsinc(πB(t-t0))(7)其中，B为带宽，sinc为辛格函数。匹配滤波的过程相当于对信号的群延迟进行补偿，这使得在t0时获得相干叠加的信号，并且使得匹配滤波后的输出峰值达到最大[11]。根据匹配滤波器理论，匹配滤波器的输出信噪比：其中，Es表示输入信号的能量。(二)对消信号的产生目标回波可写为：其中，f0表示载波频率，aRCS表示目标RCS的振幅调制，表示目标RCS的相位调制，由于目标RCS的变化，aRCS和都是随机变量。尽管产生线性调频对消信号有多种方法[9,12-14,17]，我们考虑一个更一般的过程，如图1所示，数字射频存储器(DRFM)存储高精度的雷达入射信号。基于存储在内存中的目标RCS数据，通过数字衰减器和数字移相器，对存储的入射雷达信号进行幅度和相位调制，从而产生与目标回波信号具有相同幅度但反相的对消信号。由于系统延迟，对消信号在时域上落后于原始回波。根据对消信号的产生过程，对消信号可以表示为：α和表示aRCS和的均值，Δt表示时间延迟。合成回波可以写成：(三)对消公式根据(8)式，匹配滤波器的输出信噪比与输入信号能量有着密切的关系。因此，就对消前后信号能量的变化方面而言，对消效应的公式可以建立。可以得到的原始目标回波的能量为：合成回波的能量由三个部分组成，可以写如下：表示对消信号的相位误差。对消回波的总能量表达式：对消前后的能量增益可以表示为：不失一般性讨论，假定μ＞0，这样雷达信号的带宽可以表示为B＝μT(18)令r＝a/aRCS，将(18)代入(17)有，可得简化后的对消增益表达式：r和都是随机变量。由(19)式可以通过数值计算获得不同延时的条件下的对消增益。通过选择增益较低的延时时刻，可以实现较好的对消效果，提升对消性能。根据上述分析，提出了一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，如图2所示，具体步骤如下：步骤1、确定回波信号、对消信号、合成信号的数学形式。根据线性调频雷达信号的载频、带宽和脉宽，以及对消波幅度、相位误差，得到目标回波信号、对消信号的数学表达式分别为：其中f0为线性调频信号载频，B为带宽，T为脉宽，μ为调频斜率。分别为目标RCS的幅度调制和相位调制，均为随机变量。分别为的均值。合成信号为二者的叠加：步骤2、计算对消前回波能量和对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立线性调频信号对消后合成信号的数学模型：(2)根据对消前目标回波与对消后合成信号的能量变化，导出对消增益的表达式；(3)根据得到的对消增益表达式，通过数值计算，获得各种延迟下的系统对消增益，根据对消增益指标要求选择合适的对消延迟，提升对消效果。

【技术特征摘要】
1.一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立线性调频信号对消后合成信号的数学模型：(2)根据对消前目标回波与对消后合成信号的能量变化，导出对消增益的表达式；(3)根据得到的对消增益表达式，通过数值计算，获得各种延迟下的系统对消增益，根据对消增益指标要求选择合适的对消延迟，提升对消效果。2.根据权利要求1所述一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，其特征在于：在步骤(1)中，获取线性调频信号的载频、带宽和脉宽，确定对消波幅度、相位误差的分布，得到目标回波信号、对消信号以及对消后合成信号的表达式。3.根据权利要求2所述一种线性调频信号有源对消的延迟优化方法，其特征在于，所述目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪飞，吴海晨，李海林，周建江，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32