相位噪聲對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)的影響仿真

　1 引言
　　作為高分辨率雷達(dá)之一，毫米波頻率步進(jìn)雷達(dá)因具有極好的距離分辨率，而被越來(lái)越廣泛的使用。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(guò)程是：在自由空間中，發(fā)射機(jī)發(fā)射n個(gè)脈寬為t，載頻步長(zhǎng)為Df的脈沖串，各載頻分別為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)射的信號(hào)遇到距離為R并且徑向速度為v的目標(biāo)后反射回超外差結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，經(jīng)過(guò)一次或多次下變頻后，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（Range Profile）。
　　在噪聲中檢測(cè)信號(hào)的能力是檢驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵，雷達(dá)系統(tǒng)只有從噪聲中有效地獲取回波信號(hào)的信息才能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，而頻率源的相位噪聲是決定系統(tǒng)信噪比好壞及性能的關(guān)鍵要素之一。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(guò)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。
　　2 頻率步進(jìn)雷達(dá)模型構(gòu)建
　　頻率步進(jìn)雷達(dá)按照功能機(jī)構(gòu)劃分可以分為天饋（Antenna）、頻率源（Frequency Synthesizer）、接收機(jī)（Receiver）和信號(hào)處理機(jī)（Signal Processer）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，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2所示的仿真平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)它的參數(shù)仿真結(jié)果的分析，達(dá)到對(duì)其性能評(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)工具軟件組成。其中ADS對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)的射頻部分進(jìn)行模擬，主要包含發(fā)射機(jī)（Transmitter）、本振（Local Oscillator）、信道（Signal Channel）和接收機(jī)（Receiver）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，便能夠得到目標(biāo)的一維距離像。該仿真平臺(tái)的特點(diǎn)是將射頻電路與信號(hào)處理結(jié)合在一起，能夠?qū)ι漕l電路中的參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)的影響進(jìn)行直接分析，更接近于真實(shí)系統(tǒng)情況，有利于實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。