巴克码信号处理的计算机仿真侯民胜(北京航空工程技术研究中心　北京　100076)摘　要:巴克码信号是二相编码信号的一种,在PD 雷达中得到了广泛应用。

对巴克码信号进行匹配滤波处理可使输出信噪比达到最大。

介绍了匹配滤波器的设计原理,给出白噪声匹配滤波器的传递函数模型。

在Matlab/Simulink 平台上,建立雷达发射信号为巴克码信号时匹配滤波器的仿真模型。

计算机仿真表明,巴克码信号经匹配滤波器后脉冲宽度被压缩,信噪比得到了显著提高。

该滤波器的脉冲压缩功能,解决了一般脉冲雷达通过增加脉冲宽提高作用距离与距离分辨力下降的矛盾。

关键词:巴克码信号;信号处理;匹配滤波器;信噪比;计算机仿真中图分类号:TN95312 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)232075203Computer Simulation of Signal Processing of B arker CodeHOU Minsheng(Beijing Aeronautical Technology Research Center ,Beijing ,100076,China )Abstract :Barker code signal ,one of the two 2phase code signal ,is used widely in PD radar.Matched filter processing can make the output SNR reach the maximum.The design principle of matched filter is introduced ,and the model of transfer func 2tion of matched filter for white noise is given.Based on Matlab/Simulink ,the simulation model of matched filter for Baker code signal is setup.The simulation show that the pulse width is pressed when the Baker code signal through a matched filter ,and the SNR is enhanced evidently.This matched filter solved the conflict between the raising of detection range and the falling of the range resolution in common pulse radar by pulse pressing.K eywords :Barker code signal ;signal processing ;matched filter ;SNR ;computer simulation收稿日期:2008205212 现代雷达要求既能探测远距离目标,又要有高的距离分辨力[1]。

高的距离分辨力要求有极窄的脉冲宽度,这就限制了发射功率的增加,从而影响雷达的探测距离。

采用脉冲压缩技术,发射宽脉冲信号,接收时经脉冲压缩后变成窄脉冲,可以解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾[2]。

脉冲压缩雷达的发射信号一般为调频信号和二相编码信号。

在有限的二相编码序列中,巴克码序列为最佳序列,它具有理想的自相关特性,在PD 雷达中得到了广泛的应用[3]。

1　巴克码特性相位编码信号的一般表达式为[4]:　s (t )=∑N -1n =0rect 1T(t -nT )exp (j2πf 0t +θn )(1)式中,f 0为信号频率,N 为码长度,T 为子脉冲宽度,θn为巴克码相位,取0或π。

其复包络信号为:u (t )=∑N -1n =0rect 1T(t -nT )exp (j θn )(2) 巴克码序列是相位编码信号的一种,具有理想的自相关特性。

巴克码的自相关函数的主峰和旁瓣均为底边宽度为2T 的等腰三角形,主瓣峰值是旁瓣峰值的13倍。

目前能够找到的巴克码只有7种,子脉冲长度分别为:2,3,4,5,7,11,13。

已经证明巴克码的最大长度为13位。

对式(1)取傅里叶变换可得到巴克码信号的频谱:U (f )=T sinc (f T )∑N -1n =0c nexp (-j2πf n T )(3)式中,c n =exp (θn ),取1或-1。

2　巴克码信号的匹配处理现代雷达信号处理系统的设计一般都采用匹配滤波器,使输出信噪比达到最大。

根据最佳匹配理论,白噪声环境下,巴克码信号最佳匹配滤波器的传输函数为[5]:H (f )=kU 3(f )(4)式中,k 为常数,U (f )为巴克码信号的频谱。

巴克码信号最佳匹配滤波器的组成如图1所示。

第一级为子脉冲匹配滤波器,第二级为一个延迟加权网络。

57《现代电子技术》2008年第23期总第286期 通信与信息技术图1　巴克码信号最佳匹配滤波器的组成框图上述方案对于不同的雷达信号,匹配滤波器的结构不同。

采用数字信号处理技术,可使匹配处理器具有通用性,即适用不同的雷达信号。

数字信号处理方案是在频域进行的,通过对雷达信号进行快速傅里叶变换FF T 和共轭变换,求匹配滤波器传输函数然来实现。

3　巴克码信号处理的计算机仿真3.1　仿真模型随着计算机技术和仿真技术的发展,计算机仿真技术被广泛应用于雷达系统设计领域,在一定程度上可以替代外场测试,降低雷达研制的成本和周期[6]。

本文在Matlab/Simulink 平台上建立了巴克码信号处理的计算机仿真模型[7]。

图2是采用数字信号处理方案的仿真模型组成框图。

图2　巴克码匹配滤波仿真模型由于采用数字处理技术,信号源需表示成离散形式。

巴克码信号的仿真模型为:u (n )=exp (j φ(n ))(5)φ(n )=00000ππ00π0π0 mod (n ,13Δ)≤ΔΔ<mod (n ,13Δ)≤2Δ2Δ<mod (n ,13Δ)≤3Δ3Δ<mod (n ,13Δ)≤4Δ4Δ<mod (n ,13Δ)≤5Δ5Δ<mod (n ,13Δ)≤6Δ6Δ<mod (n ,13Δ)≤7Δ7Δ<mod (n ,13Δ)≤8Δ8Δ<mod (n ,13Δ)≤9Δ9Δ<mod (n ,13Δ)≤10Δ10Δ<mod (n ,13Δ)≤11Δ11Δ<mod (n ,13Δ)≤12Δ12Δ<mod (n ,13Δ)≤13Δ(6) 式(6)中:Δ=fix (T/T s ),T 为子脉冲宽度,T s 为采样周期,fix 取趋于零的最近整数。

噪声模型可由DSP 工具箱直接给出。

巴克码信号进行FF T 变换(先补零)和共轭变换后可得到巴克码信号匹配滤波器的传输函数。

信号+噪声进行FF T 变换(先补零)后得到其频谱函数,与传输函数相乘后即为频率响应,再经IFF T 变换输出时域波形。

3.2　仿真结果图3是子脉冲宽度T =1μs 的巴克码信号波形,图4是不加噪声信号时匹配滤波器的输出波形。

仿真结果表明,巴克码信号经匹配滤波器后,主瓣幅度为副瓣幅度的13倍,即:副瓣电平为2213dB ,脉冲宽度压缩为原来的1/13。

采用组合巴克码的方法,即对每一个码元再进行编码,可进一步提高压缩比。

图3　巴克码信号波形图4　滤波器输出巴克码信号波形图5是信噪比为-10dB 时匹配滤波器的输出波形。

在输入端信号已完全淹没在噪声中,而由输出信号波形可知,信噪比得到了很大提升。

图5　滤波器输出的信号+噪声波形为进一频抑制副瓣电平,可增加一级与图1相似的延迟加权网络,延迟时间为2倍的子脉冲宽度(图4所示)。

由于主瓣和旁瓣之间有良好的相似性,通过加权网络可消除主瓣旁边的旁瓣。

由于信号的对称性,加权67军事通信侯民胜:巴克码信号处理的计算机仿真系数也是对称的,设为:a 6,a 5,a 4,a 3,a 2,a 1,a 0,a 1,a 2,a 3,a 4,a 5,a 6。

加权系数满足下面的方程组:13a 0+2a1+2a 2+2a 3+2a 4+2a 5+2a 6=13a 0+14a 1+2a 2+2a 3+2a 4+2a 5+a 6=0a 0+2a 1+14a 2+2a 3+2a 4+a 5+a 6=0a 0+2a 1+2a 2+14a 3+a 4+a 5+a 6=0a0+2a 1+2a 2+a 3+13a 4+a 5+a 6=0a 0+2a 1+a 2+a 3+a 4+13a 5+a 6=0a 0+a 1+a 2+a 3+a 4+a 5+13a 6=0 解得:a 0a 1a 2a 3a 4a 5a 6=+1.0477-0.0407-0.0456-0.0501-0.0543-0.0581-0.0615 经进一步抑制副瓣处理后的输出波形如图6所示。

输出波形在-12T ≤t ≤12T 的旁瓣为0,副瓣电平又降低了大约10dB 。

4　结　语巴克码信号是二相编码信号的一种。

计算机仿真表明,13位巴克码信号经匹配滤波器后脉冲宽度被压缩为1/13,主瓣幅度为副瓣幅度的13倍,信噪比得到了显著提高。

为进一步提高压缩比,可对每一码元再进行编码。

通过增加延迟加权网络,可进一步降低副瓣电平。

巴克码信号匹配滤波器的脉冲压缩功能,解决了一般脉冲雷达通过增加脉冲宽(信号能量增加)提高作用距离与距离分辨力下降的矛盾。

图6　副瓣抑制后的输出波形参　考　文　献[1]向敬成.雷达系统[M ].北京:电子工业出版社,2001.[2]赵国庆.雷达对抗原理[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1999.[3]徐庆,徐继麟.线性调频———二相编码雷达信号分析[J ].系统工程与电子技术,2000,22(12):728.[4]毛士艺,张瑞生.脉冲多谱勒雷达[M ].北京:国防工业出版社,1990.[5]承德保.现代雷达反对抗技术[M ].北京:航空工业出版社,2002.[6]侯民胜,金梅.脉冲雷达干扰高度表的计算机仿真研究[J ].电子测量技术,2007,30(12):326.[7]王宇鹏,王振荣.基于Matlab 匹配雷达图像与光学图像[J ].电子测量技术,2007,30(9):1402142.作者简介　侯民胜　男,1964年出生,高工。

从事雷达、电子对抗、电磁兼容等技术研究。

G oogle 会推出自己的操作系统吗? 这里是Andrew Morton 关于这个问题的答案(Andrew Morton 被称为Linux 的二号人物,是Linux kernel 最主要的维护人,并于2006年加入G oogle ):“开发(操作系统)需要的资源和测试内核、基础应用、窗口系统是相当庞大的一项工程。