雷達信號波形的基本類型

雷達信號波形的基本類型現(xiàn)代雷達根據(jù)其使命和技術體制的不同，分為預警雷達、火控雷達、制導雷達、導航雷達、成像雷達等多種類型。但無論是哪種類型的雷達，其輻射信號波形都可以歸為以下幾種基本類型：調(diào)幅脈沖信號、線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻脈沖信號、相位編碼脈沖信號、連續(xù)波信號和調(diào)頻連續(xù)波信號。調(diào)幅脈沖信號是最常用、最簡單、也是最重要的雷達信號之一，通常被稱為常規(guī)脈沖雷達信號。其數(shù)學表達式為s(t)=Arect(t/T)ej2πft，其中A為信號幅度，T為脈沖寬度，f為載波頻率。調(diào)幅脈沖雷達信號的波形如圖2.3-3所示。線性調(diào)頻信號是一種具有大時寬帶寬積的信號，可以通過非線性相位調(diào)制或線性頻率調(diào)制獲得。由于線性調(diào)頻信號可以獲得較大的壓縮比，因此在高分辨率雷達和脈沖壓縮雷達等領域得到了廣泛應用。線性調(diào)頻信號的數(shù)學表達式為s(t)=Arect(t/T)ej2π[ft+μt^2/2]，其中A為信號幅度，f為載波頻率，T為脈沖寬度，μ=B/T為信號的調(diào)頻頻率，B為調(diào)制帶寬。線性調(diào)頻信號有正斜率和負斜率兩種基本形式，其波形和頻率變化關系如圖2.3-4所示。相位編碼信號因其固有特性被廣泛應用于脈沖壓縮技術。連續(xù)波信號和調(diào)頻連續(xù)波信號則在雷達測距和測速等方面發(fā)揮著重要作用。一般情況下，當帶寬寬度積（BT）大于等于1時，線性調(diào)頻信號的特性可以用以下表達式表示：幅頻特性為S_LFM(f)=A/μ^2rect[(f-f_0)/B]，相頻特性為Φ_LFM(f)=-πμ(f-f_0)^2/4，信號的瞬時頻率為f_i=f_0+μt(-T/2≤t≤T/2)。下圖展示了帶寬為1MHz，脈沖寬度為100μs的線性調(diào)頻信號的時域波形、幅度譜和相頻譜。相位編碼脈沖信號屬于“離散調(diào)制型”信號，其編碼通常使用偽隨機序列。由于其主副比較大，壓縮性能好，因此備受關注。然而，相位編碼信號對多普勒頻移比較敏感，只適用于多普勒頻率范圍較窄的場合。偽隨機相位編碼（PCM）信號的復數(shù)表達式為S_PCM(t)=u(t)ej2πft=a(t)ejφ(t)+2πft，其中u(t)為復包絡，a(t)為幅度調(diào)制函數(shù)，φ(t)為相位調(diào)制函數(shù)。對于二相信號，φ(t)只有0或π兩種取值，可以用二進制序列表示。如果二相編碼信號的包絡為矩形，則其復包絡可以寫成式（2.3-8）。其中T為子脈沖寬度，c_k為二進制序列。在雷達系統(tǒng)中，常常需要使用相位編碼脈沖信號。這類信號常常使用巴克碼和m序列等編碼序列。其中，巴克碼是一種較為理想的二元列碼，具有較大的時寬帶寬積和良好的相關特性。巴克碼的自相關函數(shù)可以表示為一個具有正負兩種取值的序列。雖然巴克碼的長度有限，但是它仍然是一種很理想的編碼壓縮信號。另一方面，m序列是由具有線性反饋特性的移存器產(chǎn)生的最長線性反饋移存器序列。m序列的周期最長，因此在雷達系統(tǒng)中也經(jīng)常被使用。在巴克碼中，目前已知的序列長度有2、3、4、5、7、11、13等。其中，以13位巴克碼最具有實用價值。但是，巴克碼自相關函數(shù)的主副比等碼長，即使13位巴克碼的自相關函數(shù)理論上也只有22.3分貝的旁瓣抑制。因此，巴克碼雖然是一種較為理想的編碼壓縮信號，但是在實際應用中仍然需要注意其局限性。除了巴克碼和m序列之外，相位編碼脈沖信號還可以使用二相編碼脈沖和四相編碼脈沖等相位調(diào)制方式。這些編