复杂地形条件下近炸引信回波信号分析

作者:岛新煜;高敏;李超旺; 刊名:现代防御技术 上传者:王杰

【摘要】为分析毫米波近炸引信在复杂地形条件下回波信号的特征,结合数字高程模型提出一种适应地形起伏的杂波仿真方法。该方法通过高程地图的高程值和提取的地形因子对分析区域进行划分,针对不同地形的起伏程度选取不同的杂波散射面积的计算方法。在与噪声模型相干叠加后对引信的回波信号进行分析,仿真结果表明回波信号能够反映地形起伏的影响,对复杂地形条件下杂波抑制和目标信息的提取具有借鉴和参考意义。

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0引言毫米波由于容易实现较大频偏,在近程探测时的衰减小等固有优势而在近炸引信的应用中愈发受到关注[1]。为实现高精度的近炸探测,首先需要对回波信号进行正确的分析。引信接收机中接收到的回波信号除了含有距离信息的信号外,还有各种噪声干扰以及地面杂波信号。特别是在近炸引信的工作过程中,由于回波延迟短,作用距离近使得地面杂波的影响尤为突出。大量的杂波信号使距离信息淹没其中,而不同地形条件下的地杂波对回波信号的影响又各不相同,只有掌握杂波功率谱的分布状况才能更好地对杂波进行抑制,同时准确地分析回波信号的特征又是提取有效距离信息的关键,为此建立更加符合地表变化的杂波模型对回波信号的处理及提高测距精度具有十分重要的意义。当前,研究者们为分析雷达信号,主要采取建模和实地测量的方法。针对不同工作体制下雷达回波信号的仿真和模拟提出了许多的建模方法[2-5]。针对不同的工作环境提出了一些杂波模型,较为经典的有瑞丽分布,对数-正态分布、韦伯尔分布、K分布[6-10]等。然而这些基于随机统计过程提出的分布模型在实际的应用中本身就会受到使用条件的限制,同时,在某些地形条件下,并不能完全反映地形变化对回波信号的影响。而采用实地测量的方法分析回波信号则需要花费大量的人力物力,此外在复杂山地或地势险峻的条件下无疑会给测量带来诸多不便。为此,本文利用数字高程模型作为数据库,针对选取的分析区域进行杂波仿真。通过高程信息和提取的相关地形因子对分析区域进行划分,并提出不同区域采用不同的杂波计算方法,分析了回波信号在噪声及所建杂波影响下的特征,为回波信号的处理奠定了基础。1回波信号分析引信回波信号的组成如图1所示。对于无线电引信,其工作体制通常采用三角波线性调频体制(frequency modulation continue wave,FMCW),利用发射信号和接收到的回波信号的频率差值,即差拍信号的大小来计算引信与地面或目标间的距离。实际情况中,弹目之间的相对运动会产生多普勒频移继而对差频频率造成影响,其发射信号、接收信号与相应差拍信号的时频关系如图2所示(图中fi指差拍频率)。在上扫频段,多普勒频移会使差拍频率降低;而在下扫频段,多普勒频移的影响会使差拍频率增大[11]。在一个扫频周期内,上扫频段的发射信号可以表示为St+(t)=A0cos [2π(f0t+12μt2)+0],(1)式中:A0和0分别为发射信号的振幅和初始相位;f0为载波频率;μ为调频斜率,μ=4ΔFm/T,其中,ΔFm是发射信号的最大频偏,T指一个调制周期。图1引信回波信号的组成Fig. 1 Constitution of fuze echo signal图2 FMCW的时频关系图Fig. 2 Time-frequency relation of FMCW下扫频段的发射信号可以表示为St-(t)=A0cos[2π(f0+ΔFm) t-St-(t)=A0cos[2π((f0+ΔFm) t-12μt2)+0].12μt2)+0].(2)由于在三角波调频时,差频信号的频率与传播时间的关系在0 <t <T/4内观测是有效的,故在有效的扫频段内,产生的回波信号为Sr(t)=A0Krcos[2π(f0(t-τ)+112μ(t-τ)2)+0+φ0],(3)2式中:Kr为常量,与信号传播的衰减及反射强度有关;φ0代表反射信号产生的附加相位;τ为回波延迟,τ=2(R0-vt)/c=τ0-kt,其中,R0表示初始时刻的弹目距离,v表示弹目的相对速度。将(1)与(3)进行混频,得到差拍信号的表达式为Sb(t)=Sb(t)=1Kr

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