雷达信号处理(5)

化天线，以及上述的“雨雪干扰抑制”控键，调解微分电路的时间常数，即可调节微分的深度，从而调节不同的杂波衰减的程度。控键调节药适可而止，调过了也会造成有用信号被微分而损失。

图5－10 雨雪干扰杂波

采用微分电路的雨雪干扰抑制原理简框如图5－11所示。

图 5－11 采用微分电路的雨雪干扰抑制原理简框

图中“信噪合成”即信号与杂波混合视频脉冲，可见无法分辨；“微分处理”即只取出合成脉冲的边沿（或即宽脉冲被锐化），削去正极性脉冲，再用合适的限幅电平仅保留信号称最后的“回波输出”。在操作面板上设有“FTC”控钮 一般只在有雨雪干扰时再用，应酌情调节，尽可能达到取出干扰而又丢失目标回波的目的。有经验的驾驶员还利用微分只取出回波的边沿的特点，能在一定程度提高目标显示的清晰度和分辨率。 2. 自动FTC雨雪干扰抑制处理

一种自动FTC抑制雨雪干扰处理控制的应用实例的原理框图及波形图如图5－12所示。

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a)

b)

图 5－12 自动雨雪干扰抑制及位移平均偏移处理原理构成图

a)自动雨雪干扰抑制处理； b)动态平均偏差处理。

上图a)中的输入信号A主要用于移动平均偏差的处理，在处理中提取每一次扫描的距离范围的偏离量和提取各个距离的平均信号电平。各个平均信号乘以取决于FTC开关设置的系数K。信号B主要用于从输入信号A产生信号C。信号C是处理（距离平方分之一曲线）并被输出。FTC控钮用于调整STC电平。FTC旋钮按顺时针转动，FTC的设置值大，则应用效果大。

图5－12 a)中的“移动平均偏差处理”见b)图所示。在n次扫描中将信号输入所有距离单元中，再按替丁距离范围分组全部送入相加器求均后输出移动平均偏差。 3.圆极化波雨雪干扰抑制处理

雷达天线辐射电磁波的极化是指其电场向量在空间的振动方向。按极化形式不同，再分成线极化（含水平极化、垂直极化）和圆极化两大类。

所有工作在X波段的船用雷达常用天线，因为所有工作在X波段的雷达航标（Radar Beacons）均使用水平极化波，且在海面平静状态（浪高小于0.25m）时，水平极化波引起的海浪干扰杂波最小。形成右旋园极化法有二：其一是在天线喇叭口装45度平行金属板（水平极化时金属板垂直放置）,其二是平/园背靠背天线（在显示器面板上选择）。天线发射右旋园极化波抗雨雪干扰的基本原理是：发射右旋目标，因目标表面不规则，但大部分反射仍

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为右旋，回到天线能接收；发射右旋极化波到，因为目标是园对称体雨雪，反射波变成左旋，回到天线不能接收。实验证明：可减少干扰至1/40～1/100。注意：凡园对称型目标，回波将被削弱，所以要设“/园控键”供选择，晴天选“水平”，雨雪天选“园”。

雷达天线辐射电磁波的极化是指其电场向量在空间的振动方向。按极化形式不同，再分成线极化（含水平极化、垂直极化）和圆极化两大类。 1）线极化（Linearzation Polarized Wave） 线极化包括水平极化波和垂直极化波两种。

⑴ 水平极化波（Horizontatally Polarized Wave），天线发射电场向量在空间沿水平方向振动的电磁波称水平极化波或线极化波。

IMO的船用雷达的性能标准规定，每艘船上必须装备X波段船用雷达天线的工作模式，，因为所有工作在X波段的雷达航标（Radar Beacons）均使用水平（线）极化波，且在海面平静状态（浪高小于0.25m）时，水平极化波引起的海浪干扰杂波最小。

但实际雷达采用的是隙缝波导天线，其基本的各个辐射单元式均有一定的倾斜角（整个天线所有隙缝的辐射量的分布严格按照某数学公式，如切比雪夫多项式），因此，其辐射的电磁波含有水平和垂直两种极化，船用雷达只辐射线极化波，因而需要滤除垂直极化波，方法之一是采用“铝盒子”结构，如图（－13）所示。

图5－13 采用“铝盒子”结构的垂直极化滤波器示意图

图中的黑色上下横向粗线为上下隙缝波导管的盖板，纵向粗短线为构成铝格板，与上下板之间构成波导，其横向间隔为a =11mm，对垂直极化波λC =2a=22mm<32mm，故不可传输。

⑵ 垂直极化波（Vertically Polarized Wave）：当海上浪高为1 m～3 m时，垂直极化波引起的海浪干扰杂波最小，故有些10cm雷达采用垂直极化波，利用10cm波长的垂直极化波对海浪干扰的特性来抑制之。有时用于港口交通管理系统（VTS_Vessel Trraffic Services）。 2）圆极化波（Circularly Polarized Wave）

天线发射电场向量在空间沿传播方向呈旋转式振动的电磁波，称为园极化波。根据圆极化波在空间旋转的方向不同又分为右旋园极化波和左旋园极化波，如图（5－14）所示。

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图5－14 右旋圆极化波和左旋圆极化波示意图

a）右旋园极化波 b）左旋园极化波

形成右旋园极化波的方法有二：其一是在天线喇叭口装45度平行金属板（水平极化时金属板改为垂直放置）；其二是采用水平/ 园两种极化天线背靠背安装。两种极化天线的选用可在显示器面板上控键选择）。

天线发射右旋园极化波抗雨雪干扰的基本原理是：发射右旋园极化波到目标，因目标表面不规则，但大部分反射仍为右旋，回到天线能接收；发射右旋极化波到雨雪，因雨雪目标是园对称体，反射波变成左旋，回到天线不能接收，从而减弱了雨雪杂波的反射能量，亦称圆极化损耗。当发射左旋园极化波时，原理亦然。实验证明：发射圆极化波可减少雨雪干扰至1/40～1/100。但应注意：凡园对称型目标，也存在回波圆极化损耗，因而也同样被削弱，所以要设“水平/ 园控键”供选用，晴天选“水平极化”，雨雪天选“园极化”。

5.2.3同频雷达干扰解相关处理（Solve Correlation Processing）

同频雷达干扰是指邻近同频雷达发射的能量进入同频段本雷达天线，在显示屏上产生虚线状辐射线（用近量程时）或虚线螺旋线（用远量程时）干扰杂波的现象。

上述恒虚警率处理通常仅根据杂波特性进行设计的，能够达到减少杂波电平，并保持恒定，但不能改善信杂比，实际情况还往往导致信杂比的损失。而解相关处理则利用信号与杂波对在扫描周期的特性差异，达到抑制干扰杂波的目的。其基本原理是运用本雷达回波信号与扫描周期强相关而输出，而邻近同频雷达干扰信号与本雷达扫描周期强非相关则被剔除，从而抑制邻近同频雷达干扰杂波，且能够提高信杂比，有利于改善目标的检测环境。

对邻近同频雷达干扰信号的解相关处理原理示意图如图（5－15）所示。

图（5－15）解相关处理抑制同频雷达干扰原理示意图

图（5－15）中，与门输入三路信号，一是实时的当次探测的回波，另二路分别为有移位寄存器缓存的前一次和前二次的回波信号，移位寄存器的缓存时间为一个探测周期T，而

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其长度则取决于距离上的处理范围和距离量化单元的大小，移位的速率与单词弹词探测的实时信号的输入速率相同。显然，与门输入的三路信号为相邻探测的同一个距离单元的信号。在三次探测中，统一距离单元上均有目标存在者，与门方能有输出；而同频雷达干扰脉冲的位置是变化的，因而与门无输出，逐干扰得以消除。

目标信号与干扰信号的各自特征及与门输出目标、消除干扰的波形示意图如（5－16）所示。

图（5－16） 抑制同频雷达干扰的解相关处理原理示意图

相关处理可采用家或乘的方式。加运算则为更常用的相关处理方式。在实际雷达工作中，信号检测总是在多次相邻探测周期的回波相加基础上进行的。在多次相邻探测周期内，目标信号的位置、幅度几乎不变，择 信号能够按电平幅度相加，而噪声、雨雪等杂波则因起伏变化块，相关性若，只能按功率相加，略去天线方向形图对目标回波的体制效应，相加的结果是信号功率信杂比增加近M倍。

现代船用雷达采用现场可编程门阵列（FPGA)的相关处理器抑制同频雷达干扰。FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上新发展的产物，比上述可编程门阵列（PGA)具有更强的应用功能。FPGA是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能，更方便用于抑制同频雷达干扰。

5.2.4海杂波处理

1.海杂波的STC处理

1）灵敏度时间控制（STC—Senstivity Time Contronl）

根据海杂波反射的强度随雷达的距离呈R指数律递减，因而距离越近，海杂波越强，造 成在杂波区淹没目标回波信号，甚至造成接收机近于饱和，传统的处理方法是采用与海杂波随距离指数律递减相匹配，使增益随时间（距离）增大而成相反指数律递增，称为“灵敏度时间控制（STC）”。显然，实为AGC，即对海浪干扰最强的近距离，增益大为减小；所距离

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