毫米波頻率步進(jìn)雷達(dá)作為高分辨率雷達(dá)之一，具有較好的距離分辨率，因此被廣泛使用。利用傅立葉逆變換(IFFT)實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)雷達(dá)一維成像的過程是：在自由空間里，發(fā)射機(jī)發(fā)射n個(gè)脈寬為t，載頻步長為Df的脈沖串，各載頻為fi=f0+iDf，其中i=0，1，2，…，n-1，重復(fù)周期為T，這n個(gè)脈沖的步進(jìn)總帶寬B=(n-1)Df。發(fā)射信號(hào)遇到距離為R，徑向速度為v的目標(biāo)后反射回超外差結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，經(jīng)過一次或多次變頻后，對(duì)每個(gè)回波脈沖脈寬中心點(diǎn)進(jìn)行正交采樣，最后對(duì)采樣數(shù)據(jù)作n點(diǎn)IFFT，即可獲得目標(biāo)的一維距離像。
噪聲中檢測(cè)信號(hào)的能力對(duì)檢驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)性能好壞至關(guān)重要，雷達(dá)系統(tǒng)只有從噪聲中有效獲取回波信號(hào)才能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，而頻率源相位噪聲是決定系統(tǒng)信噪比好壞及性能的要素之一。本文利用仿真工具Agilent ADS，對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)射頻部分進(jìn)行建模，并使用Mathworks Matlab對(duì)模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過這種數(shù)值仿真的方式能夠?qū)走_(dá)系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行量化分析。隨后，利用該仿真平臺(tái)對(duì)頻率源重要參數(shù)之一的相位噪聲對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)的影響進(jìn)行，進(jìn)一步給出對(duì)頻率源相位噪聲的要求，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值。頻率步進(jìn)雷達(dá)模型構(gòu)建
頻率步進(jìn)雷達(dá)按照功能可分為天饋、頻率源、接收機(jī)和信號(hào)處理機(jī)四個(gè)部分，如圖1所示。其中的頻率源又包含為系統(tǒng)所需的發(fā)射機(jī)信號(hào)(Tx)和接收機(jī)所需的本振信號(hào)(LO)兩個(gè)部分。
圖1 頻率步進(jìn)雷達(dá)構(gòu)造
根據(jù)頻率步進(jìn)雷達(dá)的構(gòu)造，設(shè)計(jì)出圖2的仿真平臺(tái)對(duì)其建模，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，達(dá)到對(duì)性能評(píng)估的目的。
圖2 仿真平臺(tái)構(gòu)造
該仿真平臺(tái)主要由ADS和Matlab兩個(gè)工具組成，其中ADS對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)的射頻部分進(jìn)行模擬，主要由發(fā)射機(jī)、本振、信道和接收機(jī)四個(gè)模塊構(gòu)成，其輸出為基帶回波信號(hào)。該基帶回波信號(hào)再由Matlab仿真平臺(tái)，根據(jù)頻率步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)處理的方式進(jìn)行信號(hào)處理，從而得到目標(biāo)的一維距離像。該仿真平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠?qū)⑸漕l電路與信號(hào)處理結(jié)合，對(duì)射頻電路中參數(shù)影響直接分析，更接近真實(shí)系統(tǒng)情況，利于實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
相位噪聲影響分析
頻率步進(jìn)雷達(dá)性能的優(yōu)劣由很多因素決定，僅分析輸出噪聲部分就包含大氣噪聲、幅度起伏、頻率誤差以及本振相位噪聲等多方面。下面對(duì)相位噪聲對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響進(jìn)行量化進(jìn)行分析。
相位噪聲是衡量頻率短期穩(wěn)定度的指標(biāo)，分別從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度描述。作為頻率穩(wěn)定度頻域表征的五冪律法，基本上適用一切實(shí)際振蕩源，包括常見的白噪聲、閃爍噪聲和隨機(jī)游走等類型的噪聲效應(yīng)。冪律噪聲表示法如圖3所示。
圖3 用冪律噪聲表示相位噪聲譜
圖3除表述相位噪聲來源外，還顯示出相位噪聲的出現(xiàn)將振蕩器的一部分功率擴(kuò)展到相鄰頻率中去，產(chǎn)生了噪聲邊帶。噪聲邊帶會(huì)隨著接收機(jī)混頻，而被調(diào)制成基帶信號(hào)，成為基帶信號(hào)噪聲的一部分，從而惡化雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)的能力。
