高頻地波雷達(dá)接收回波中的主要參數(shù)包括船只目標(biāo)的方位、距離、徑向速度三個(gè)參數(shù)。對(duì)于一個(gè)目標(biāo)，只要已知其方位角和距離就可以將其在空間中定位，徑向速度則是一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)，無(wú)論在確定目標(biāo)還是目標(biāo)跟蹤方面都有重要作用。因此如何提高三大參數(shù)的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。

圖–1 船載HFSWR與目標(biāo)檢測(cè)

目標(biāo)三大參數(shù)的檢測(cè)分為三步：解距離、解速度、解方向角。通過(guò)對(duì)原始信號(hào)的兩次傅里葉變換可分別求解出目標(biāo)距離和速度，得到頻域數(shù)據(jù)。再于空域?qū)?shù)據(jù)做相關(guān)處理，求解出目標(biāo)來(lái)波方向角。這就是求解目標(biāo)參數(shù)的過(guò)程。由于技術(shù)方法的明顯差別，我們將解距離、解速度過(guò)程和解方向角的過(guò)程分為兩章分別介紹。本章節(jié)將介紹船載地波雷達(dá)解距離、解速度的過(guò)程，并與岸基高頻地波雷達(dá)的處理方法做比較。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，岸基HFSWR的回波信號(hào)的處理過(guò)程是將多個(gè)經(jīng)收發(fā)脈沖控制的回波信號(hào)集中處理，再將回波信號(hào)與本振信號(hào)混頻進(jìn)行去斜率處理，得到解調(diào)信號(hào)，然后對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換變換得到目標(biāo)的距離信息。

該過(guò)程如圖2–2所示：

圖–2 HFSWR的回波信號(hào)的處理過(guò)程流程圖

岸基HFSWR測(cè)距測(cè)速原理

線性調(diào)頻中斷連續(xù)波（Frequency Modulation Interrupt Continuous Wave，F(xiàn)MICW）信號(hào)是一種常用的雷達(dá)收發(fā)信號(hào)，這種信號(hào)的雷達(dá)不僅兼具調(diào)頻連續(xù)波（Frequency Modulation Continuous Wave，F(xiàn)MCW）脈沖壓縮雷達(dá)可以解決目標(biāo)距離分辨率與探測(cè)距離之間的矛盾的優(yōu)點(diǎn)，而且可以做到收發(fā)隔離，因此，實(shí)際一般采用FMICW信號(hào)，這里為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，我們采用FMCW的形式進(jìn)行推導(dǎo)。

周期的岸基高HFSWR發(fā)射和接收信號(hào)形式如下：

表示矩形波函數(shù)，形式為：

設(shè)船只目標(biāo)為理想目標(biāo)，信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有衰減，則接收信號(hào)的形式為：

式中，n是從0到M-1的正整數(shù)，其中M為掃頻周期數(shù)，j表示復(fù)數(shù)運(yùn)算符，表示目標(biāo)回波延遲，（單位s）；表示目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的起始距離(單位m)；v表示目標(biāo)的徑向速度（以朝向雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?單位m/s)；c表示光速(單位m/s)。發(fā)射信號(hào)波形如圖–3所示。

圖–3 FMCW信號(hào)示意圖

發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)形式是相同的，只是信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生延遲而帶來(lái)了一定的相位差，如圖2–4所示。對(duì)收發(fā)信號(hào)做差頻，即相位相減，可得解調(diào)信號(hào)表達(dá)式：

圖–4為發(fā)射與接收信號(hào)差頻信號(hào)示意圖，圖中，為發(fā)射信號(hào)中調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率，為接收信號(hào)中線性調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率， 為信號(hào)帶寬， 為收發(fā)信號(hào)的時(shí)間延遲，為調(diào)頻周期。發(fā)射信號(hào)和接受信號(hào)去斜之后的差頻頻率如圖–4所示。

圖2–4 FMCW發(fā)射與接收信號(hào)差頻信號(hào)示意圖

當(dāng)目標(biāo)徑向速度為零時(shí)，應(yīng)用歐拉公式對(duì)作變換，可以看出，實(shí)際上是一個(gè)復(fù)正弦信號(hào)。取的任一周期作傅氏變換，求的幅度譜最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，即得目標(biāo)的距離信息如下，

設(shè)為岸基HFSWR檢測(cè)的目標(biāo)距離,則：

上式表明，在每個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)，解調(diào)信號(hào)頻率為

式中  

假設(shè)目標(biāo)勻速運(yùn)動(dòng)且最大非模糊徑向速度為，如果有下面條件成立，

式中表示相參積累時(shí)間（s）。選擇合理的參數(shù)B 和 ，使得

則有

從上式可以直觀地看到，信號(hào)在每個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)均為同頻率的正弦波，而相鄰周期間具有固定的相位差。因此，在信號(hào)處理時(shí)，首先將差頻信號(hào)按調(diào)頻周期排成矩陣的形式，分別在行和列兩個(gè)方向做傅里葉變換，在每個(gè)調(diào)頻周期內(nèi)做傅里葉變換可得包含距離信息的，在另一方向做傅里葉變換可以得到每個(gè)距包含離門(mén)上的速度信息的峰值頻率，的形式如下：

目標(biāo)的距離和速度可以通過(guò)兩次傅里葉變換，搜尋距離維方向和多普勒維方向的峰值，再分別求得。