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雷达信号基本知识1.非线性调频信号（N1.FM）由前面介绍，我们知道为了解决单载频脉冲信号的局限性，在现代雷达系统中,人们普遍使用具有大时宽带宽积的脉冲压缩信号.脉冲压缩技术：在发射端，通过对相对较宽的脉冲进行调制使其同时具有大的带宽，从而得到大时宽带宽积的发射信号；在接收端,对接收的回波信号进行压缩处理，得至嫩窄的脉冲.下图为1.FM信号脉压前后的回波对比图，同图中我们可以看出，脉压可极大的提升目标的距离分辨率.脉仄输入。号2040AoeOMn1.20“OKOIMkmS>W"金1.送epr>纹:条1.5M故脉冲压缩可以有效地解决距离分辨力与平均功率（速度分辨力）之间的矛盾,能够得到较高的距离测量精度、速度测量精度、距离分辨率和速度分辨力，在现代雷达中得到了广泛的使用.在脉冲压缩技术中,霍达所使用的发射信号波形的设计，是决定脉冲压缩性能的关键.常用的发射信号波形分为：线性调频（1.FM）信号，非线性调频（N1.FM）信号和相位编码（PSK）信号等,本文主要讨论的是N1.FM信号.1.FM信号的产生和实现都比较容易,是研究最早、应用较为广泛的一种脉冲压缩信号。1.FM信号的频率在脉冲宽度内与时间变化成线性关系.1.FM信号最大的优点是匹配滤波器对回波信号的脉冲多普勒频移不敏感,即使回波信号具有较大的多普勒频移,采用原有的匹配滤器仍然能得至嫩好的脉冲压缩结果，因而可简化信号处理系统.1.FM信号波形如下图所示.40302010线竹调城信的电统特性-.-b.-J三30-20-100102030但1.FM信号匹配谑波器输出响应的旁瓣较高，为了抑制旁播常需要进行加权处理，但这会造成主膜展宽,并导致信噪比损失.此外，1.FM信号的缺点是会产生多普勒耦合时移现象，不能同时独立提供距离和速度的测量值.1.FM信号经过匹配漉波器后的输出响应及主副辩图形如下图所示.NW:"为了解决以上问题，现代雷达也经常采用非线性调频（N1.FM）信号。N1.FM信号的频率随着时间做非线性变化,其突出的优点是直接进行匹配滤波即可得到较低的旁瓣而无俞加权处理，因而避免了引入加权所带来的信噪比损失问题.这是因为采用了N1.FM信号,相当于将1.FM信号所引入的加权网络的作用转移分配在发射系统和接收系统中，所以不需要再用加权网络，而只需要改变发射信号的频谱和匹配淹波器的传递函数.因此既可得到压缩后的低旁瓣,又避免了主瓣的展宽和信噪比损失。但N1.FM信号具有近似图打型模糊函数，是多普勒敏感信号，也存在若多普勒耦合时移.N1.FM信号波形的综合是一个t盛复杂的过程，实际中通常运用的是近似的方法,其中较经典的是根据设计信号的自相关函数利用逗留相位原理来设计波形.运用逗留相位原理进行近似求解的非线性调频信号逗留相位原理由图像可知，群时延函数是非线性函数，令，可采用迭代或内插等数值计算方法确定的反函数，即非线性调频信号的调频函数为/(t)=T-1()iOt<T对该调频函数进行积分即可计算相位6Q)=2rtf(x)dx,0tTJo则该线性调频信号为SQ)=ej211fot+f0t<T用这种方法得到的信号是调频斜率为S形的曲线，因此这种N1.FM信号峥为S形N1.FM信号.当带宽为，时宽为时，N1.FM信号的时域波形如下图所示。X(,fa)=keinfdSMmu(71.M)(77r)也-IH)T1.0,其他为子脉冲的负型模轴函数。下图为，的步进频率脉冲信号的模糊图及模糊度图.步送箱率“冲信号的模惭图由上式可见，其主瓣包络似为函数，主播的宽度为。步进频率（助濒）信号的时延分辨常数，信号有效相关带宽,因此，步进频率信号的距间分辨率取决于跳频总带宽.同样在步进频率信号模糊函数式中令，得到信号的多普勒模糊函数为卜（。向I=/VrvI,丽二P时一'M-pTr.fa-P）其主瓣为IC八I1Sin（NnTrfd）1.仙八"3=WSE（HJ,）.岳（°'加1由上式知，步进频率信号的多普勒名义分辨率为，频移分辨常数，信号有效相关时宽.步进频率信号的距离模湖函数和多普勒模湖函数如下图所示.3.二相编码脉冲信号相位编码信号也是一种脉冲压缩信号，具相位调制函数是离散的有限状态，称为商散编码脉冲压缩信号.由于相位编码采用伪随机序列，故又称为伪随机编码信号.按照相移取值数目的不同,相位编码信号可以分为二相编码信号和多相编码信号.在相位编码波形中，脉冲被划分成许多持续时间为的子脉冲，这里是脉冲宽表征.如下图所示.中二Fm二度，是子脉冲的个数.相位编码波形的特性由应用在每个子脉冲上的相位调制OF1*°P“ZwfwWizVZVWWVu><><utrnw*图源自网络上期中讲述了离散编码信号表达式为NNx(t)=ej>tWu11(0=ej°tW匕(t)3"+4)n=1n=1.令，则可得到相位编码信号的表达式为NNx(t)=ej°tWUna)=ei°tW(*)e""n三1.JI=I二相编码8,Q巴克叫根财房段少值找房-5O510时犍加SZHwi-F87巴克利段S?南数维图都在送郭tt4MHz0-6时纽/s例如，当雷达的最大作用距离不超过时，被认为是低的；而当大于时,就被认为是中等.一股脉冲重复频率的选择应遵循以下原则：天线扫描引起的干扰背景起伏为，为天线转速，为积累脉冲数。为了减小背景起伏，应选择高一些为了保证测距的单值性，又不能太高，通常取在同样的发现概率下，越大，值噪比的改善越大，越大，而和的关系为从发射管允许的最大平均功率来看，平均功率，越高，温度上升越快。若最大平均功率为，则而脉冲宽度的选择主要考虑以下因素：对包E脉冲压缩雷达,为了提高接收机的灵敏度，要选择宽一些,因为要使接收机的性能最佳，则要求接收机通频带，而灵敏度与成反比，故灵敏度与成正比等宽度的脉冲，简称为“中脉冲"）和窗脉冲的工作方式。其中，窄脉冲为简单脉冲，脉冲宽度为，负责探测近距离段；中、宽脉冲为线性调频信号,时宽分别为、，负责探测中距离段和远距离段。根据雷达方程可计算出三段脉冲的最小可测距离和最大作用距离，如下表所示.*离段近鼬点段中距两校iifi最小对耦Ina/mIS300015000大作用期*m120715420081000由上表可看出，由于窄脉冲的时宽很小，因此测距盲区很小，仅为.与此同时其最大探测距离超过了中脉冲的测距盲区,同样中脉冲的测距范围也超过了宽脉冲的测距盲区.这样将三段脉冲的测距范围进行互补，从而可以在雷达全部作用距离范围内消除测距盲区。距离模糊及其消除方法一般雷达是通过计算发射信号和目标回波的时间差（即时延探测量目标距离的.但如果雷达发射的第二个脉冲在接收到第一个脉冲的回波之前,就无法分辨回波信号对应的原发射脉冲，也就无法估计时延，这时就产生了距离模糊.如下图所示，其中（a）为10个均匀脉冲的发射信号，脉冲重复频率对应的距离为（不模糊距离）；（b）为距离处的目标回波信号，且有；（C）为处的目标回波，且有；（d）为处的目标回波，目.工11J1.11J1.111111R斤1口nnnnngn同。口”回"信号5处）一°一用mn111111r11r同“值处）国臼nnn11r11r问IIMWMZt）匕匕较（b）、（C）.（d）三种情况，可以看出：距离处目标的第2个发射脉冲的回波将与距离处目标的第3个发射脉冲的回波有着同样的位告；而距离处目标的第1个发射脉冲的回波信号将与距离处的第2个脉冲的回波和距离处目标的第3个发射脉冲的回波具有同样的位音（相对于发射脉冲的时延）.对于每一个回波都有这样的特性.此时,我们就无法判断目标的确切位苣.这就是所谓的距离模糊现象.理论上讲，距离满足下式：的目标与距离为处的目标都会产生模糊.但是，如果设雷达的最大作用距离为，在发射信号的一定时，由图（b）可知，只要，就不会产生距离模糊.因此，在发射信号的确定时的最大不模糊距离为一般来说，的选择应使得最大的不模糊距间充分满足雷达工作的要求。因此，远距离搜索（监视）雷达就要求相对较低的脉冲重管频率。为了解决距离模版问题，需采用多重频（）,即间隔发射不同信号的方法来消融模糊。下图为考虑采用二种的情况.（八）Mtnmw*d>)RF2的问我&号(C)Piuinx*(S11U的阿演益(<)wa*)pu-(I)A1IRUtePV=Ch_n_n_n_n_n_n_p_n_n_T1.j1._U=i2n_T1._p4n_n_n_rii_n_n_n_n_j_-h_RE_h_11_T1.1.h_11_11U-ti1.=1.JT_1.11_11_rq_n_11_JT1.h1.h1.h设雷达发射信号的分别为和（脉冲重更周期为和，且，），对应的不模幅距离分别为和，并且小于期望的不模糊距离（可以认为是一定工作模式下的最大不模糊距离），对应的为，,和的选择应保证在一个期望的脉冲重复周期内，丽下发射的脉冲数目互质，如选取：.在一个期望的脉冲重复周期（）内，两种发射信号的回波仅在一个时延位置上重合，这就是真正的目标位置（因为目标与雷达之间的距离是确定的，无论脉冲重复频率怎么变，同一时间发出的脉冲，回波到达雷达的时间是相等的）.设和分别为雷达在一个期望的内两种下对应的脉冲数.在一个期望的脉冲重豆周期内，有或，只需测出两种回波信号对应的时延和（为相对于当前发射脉冲的时延），根据下面三种情况，即可求出目标的距离。如果时，即不存在距离模糊，目标回波的时延为目标距罔为当时，成立，目标的实际时延为tr=MTr1.+G=MTr2+i2可以求有T11-Tr2所以目标的距离为R=巴=:3m22Tr1.-Tr2当，时，目标回波的实际时延为tr=M1.Tr1.+h=(MI÷I)Tr2÷12可求得M(t2-t1.)+Tr2SK直因此,目标距罔为R=等=f)%22因此,只要得到这两种可能模糊的时延和，就可以计算得到目标实际的距离.由于单基地雷达在发射信号时无法接收信号，若这段时间内有目标回波，就会产生"盲距"现象(雷达无法发现此距离上的目标).这种现象可以通过发射三种重频的信号来消除。同采用两重频一样,脉冲重装频率的选取要保证在期望的脉冲重直周期内发射的脉冲数互质。如取：fr1.=N(N+1.)-dfr2=N(N+2)frdi3=(N+2)(N+1速度模糊及其消除方法均匀脉冲串信号的速度模糊函数具有梳齿状的尖峰(称为速度模糊掰)，其间隔为脉冲重免频率，这是由幅度因子八S仇(Mr")Fm)=Is1.n(rd)决定的。如下图所示，如果目标的多普勒频移不超过单个滤波器带宽的一半，即，多普勒渔波器组就可以分辨出目标的多普勒频移，否则就会产生多普勒模糊。也就是说，雷达发射脉冲的重位频率不能低于目标的最大多普勒频移的倍，否则雷达无法分辨目标的多普勒信息.因此，若目标可能的最大