一种复合调制波形的测距性能分析

    的信息对抗作战环境,需要研制具有陡峭距离截止特性和优越抗干扰性能的无线电引信.无线电引信的测距精度和抗干扰性能与引信的波形调制是分不开的[1].目前,无线电引信正朝着调制方式更加复杂、多种体制复合的趋势发展[2-6].从提高无线电引信的测距精度和抗干扰性能出发,作者提出以伪码调相与线性调频复合的连续波信号(简称复合调制波形)作为无线电引信的发射信号,以集合调频信号所具有的较宽的多普勒容限性能和伪码调相信号优良的自相关特性等优点,弥补各自不足,实现功能互补.

模糊函数是对信号进行分析和研究的有效数学工具,它回答了发射什么样的波形,在采用最优信号处理的条件下,系统将获得什么样的测距精度、距离分辨力及杂波抑制能力等参数[7].因此,作者以模糊函数为工具,研究了复合调制波形的理论测距精度,分析了测距精度的影响因素,从而为复合调制波形的参数优化设计提供理论依据.

1　复合调制波形的模糊函数

一个码序列长度为P,码元宽度为tc的二相编码信号,在一个伪码重复周期Ptc内的复包络形式可描述为

假设线性调频信号的调制周期等于伪码重复周期Ptc,调制斜率β=Δf/Ptc,Δf为调制频偏,则N个重复周期的复合调制波形的复包络形式为

复合调制波形如图1所示.

仅考虑一个伪码重复周期时,复合调制波形可表示为

以m序列为例,取码元宽度tc=50 ns,码序列长度P=63位,调制频偏Δf=30 MHz,调制周期等于伪码重复周期Ptc=3·15μs,做出复合调制信号的模糊函数如图2所示.

由图2可知,其模糊函数近似为“图钉”型,具有尖锐的主峰,说明该信号形式具有良好的距离分辨力和测距精度.同时,复合调制信号的模糊图相当于伪码调相信号模糊图的剪切扭转,因而在剪切椭圆内存在旁瓣基底,剪切椭圆外,旁瓣基底基本为0,说明复合调制信号抗杂波干扰能力较伪码调相信号强.

2　测距性能分析

2·1　理论测距精度参量描述

测距精度可以通过估计时延误差得到,针对时延估计误差[7]

式(12)表明,在同一信噪比条件下,时延估计误差仅仅正比于距离模糊函数主瓣6dB宽度的τs/2,距离模糊函数的主瓣波峰越尖锐,主瓣宽度越窄,时延估计精度就越高.为了定量分析和比较各种不同调制信号在同一信噪比条件下的测距精度,以τs表示信号的时延估计误差,对应的测距精度为

式中c为光速,c=3×10⁸m/s.

2·2　理论测距精度与性能仿真

以距离自相关函数6dB宽度的τs/2表示信号时延估计误差,对应的测距精度为ΔR=τsc/2.下面以信号模糊度图方法,求解复合调制信号距离自相关函数的τs.伪码调相信号和复合调制信号二维模糊度图分别如图4和图5所示.前者的模糊函数主瓣在二维平面内近似为一个椭圆,而后者的模糊函数是伪码调相信号模糊函数剪切一个角度的结果(如图6所示).根据伪码调相信号距离和速度自相关函数,可得-6dB切割条件下椭圆的长短半轴a=tc/2和b=1/(2Ptc).若以极坐标形式表示伪码调相信号二维模糊度图,可得