一种OFDM雷达距离像处理的新方法

摘要

本发明提出一种新方法用来计算OFDM雷达系统的距离像。该方法特点在于直接作用于调制符号，这样能克服传统基带信号相关处理方法的缺点。同时为了验证本方法的可行性用MATLAB对一个特定的OFDM雷达系统进行建模与仿真。用传统相关性算法和本发明提出的新方法计算出OFDM雷达的距离像，并分析这两种方法获得距离像的性能。本方法针对调制符号进行处理，能避免传统基带信号相关性处理方法带来的一系列不利影响，例如OFDM相关性不理想带来的不可消除旁瓣和相关运算计算量大的缺点。

主权项

一种OFDM雷达距离像处理的方法，其信号处理过程为：首先对发射端信号选择调制方法，再将调制的信号经过IDFT/IFFT变换，在IDFT/IFFT模块输出提取出发射端的调制符号序列；该调制方法为：设雷达发射的信号是OFDM多载频相参脉冲串：$s\left(t\right)=\exp \left(j2{\mathrm{\pi f}}_{0}t\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}x(t-{\mathrm{mT}}_r),$其中f₀是发射中心载频，M是脉冲串个数，T_r是脉冲串重复周期，x(t)为OFDM多载频信号的复包率，其表示为：$x\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{w}_{n}rect\left(\frac{t-Tp}{Tp}\right)\exp \left(j2\pi \Delta ft\right),$其中，N是子载频个数，w_n是n个子载频的频率加权系数，T_p是脉冲宽度，rect()是矩形窗函数，Δf是相邻子载频的频率间隔，其中Δf应该满足Δf＝1/T_p以确保各个子载波的正交性，这里我们主要关注OFDM调制后的信号x(t)，$x\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}I\left(n\right)\exp \left(j2\pi n\Delta ft\right),$其中I(n)是包含了调制信息的序列；对应的频域形式X(f)用下面的式子表示：$X\left(f\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}I\left(n\right)\sqrt{T}\frac{sin\left(\pi \right(f-f_n\left)T\right)}{\left(\pi \right(f-f_n\left)T\right)},$接收天线将接收到的回波通过A/D变换，去掉循环前缀CP，进行串并转换，再进行FFT变换并对子载波进行解映射，再对信号进行解调，最后经并串转换得到接收信号Rx；则OFDM雷达回波r(t)用下面的式子表示：$r\left(t\right)=\rho \exp \left(j2{\mathrm{\pi f}}_0\right(t-\tau \left)\right)\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}x(t-{\mathrm{MT}}_r-\tau ),$其中ρ表示目标散射中心向后散射的强度，D是目标散射中心和雷达之间的径向距离,τ是延时，则τ＝2D/c,其中c表示光速，得到计算雷达距离像的公式如下：在接收端对接收信号进行采样，将采样后的信号经过DFT/FFT变换，在DFT/FFT模块输出提取出接收到的调制符号序列；将接收的调制符号序列和发射的调制符号序列进行相除获得采样信道脉冲响应，通过点除法可以得到采样后的信道传递函数：$I_{div}\left(n\right)=\frac{Ir\left(n\right)}{I\left(n\right)},$采样的信道脉冲响应与雷达距离像是相对应的。采样信道脉冲响应可以通过对I_div(n)进行逆傅里叶变换得到：$h\left(k\right)=IDFT\left(\right\{I_{div}\left(n\right)\left\}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{I}_{div}\left(n\right)\exp \left(j\frac{2\pi }{N}nk\right),k=0,\mathrm{...},N-1,$最后根据采样信道脉冲响应和OFDM雷达距离像两者之间的关系，获得OFDM雷达的距离像，$h\left(t\right)=\frac{1}{T}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{I}_{div}\left(n\right)\exp \left(j\frac{2\pi }{T}nt\right).$