伪码测高计相关峰微分比较及边沿捕捉

0　引言

微分比较及边沿捕捉是针对伪码扩频体制测高计相关峰多径效应进行处理的一种有效方式,能可靠地提取出回波相关峰中的距离信息。航空炸弹无线电测高计在美国早已大量装备,炸高均在100~1 000英尺,为脉冲多普勒雷达计和定向多普勒雷达计。其中集束炸弹布撒器引信的测高计作用原理为定向多普勒雷达,利用2个频率脉冲循环跳变达到电子抗干扰。国内也有伪码扩频定高计的相关报道,但服务对象都为弹道导弹,体积庞大、成本高昂,不适合在常规兵器中应用。对伪码扩频测高计存在多径效应引起的相关峰重叠,仅使用相关峰积分比较处理的方式测高误差较大,为此提出相关峰微分比较及边沿捕捉方法[1-2]。

1　伪码扩频测高计原理

伪码扩频测高计系统原理图如图1所示。采用脉冲定距原理,宽波束单天线收发时分复用,在中频进行0/π调制,上变频到射频,经功放由天线发射出去,然后系统转入接收状态,回波信号经天线至双工器,下变频到中频信号,中频信号经宽带中放到相关处理电路及包络检波得到回波信号,通过计算回波延迟得到高度值。

将射频信号进行下变频至中频,可以防止高频干扰信号直接馈通[3],使得解扩在较低频率上实现,扩频回波使用声表面波抽头延迟线进行外差式自相关处理,简化了结构,同时实现起来也比较容易。噪声分量和干扰分量的功率谱在解扩过程中被扩展,使进入到信号频带内的噪声和干扰功率大大降低,信噪比得以提高,系统性能得到改善[4-5]。伪码采用13位巴克码,其自相关函数可以用式(1)表示[6]:

　　由于自相关函数为偶函数,其自相关函数值曲线如图2所示。

实测13位声表面波抽头延迟线输出如图3所示,对此信号进行包络检波,即得到需要的相关峰。

2　多径效应的影响

设接收端两路信号y1(t) = Acosω0t,y2(t) =Acos(ω0t+ω0τ),并假设两个传输路径的传输系数相同,仅仅是路径不同。在接收端的合成信号为y(t)=xcos(ω0t+φ),其中x2=2A2(1+cosω0t),令P0= A2表示每一射束信号功率,P = x2表示合成功率,则上式变为P =2P0(1+cosω0τ)。当信号功率不变的时候,系统工作正常。但是实际情况下,接收信号在一定范围内起伏,当(n为正整数),这时,接收合成信号功率P=0 ,系统工作不再正常[7]。

在扩频系统中,使用伪随机码逼近白噪声信号,接收系统信号合成器输出功率为:

　　式(2)说明,伪随机码尖锐的相关特性使多径射束完全独立。当多径时延|τ|< Tc时,反射信号与有用信号叠加,使信号合成功率发生起伏衰落,起伏的大小由式(2)中|τ|/Tc确定,反射信号看作有用信号的一部分,只影响其幅度,而不产生对伪码宽度的展宽和压缩。而当|τ|≥Tc时,扩频系统将多径反射信号作为干扰噪声处理[5]。码元宽度非常窄,且伪码长度很长时,系统的频谱很宽,反射回来的多径频率分量不可能同相地到达接收点,所形成的多径干扰信号在相关检测中被削弱[8]。