雷达信号波形的基本类型

雷达信号波形的基本类型现代雷达根据其使命和技术体制的不同，分为预警雷达、火控雷达、制导雷达、导航雷达、成像雷达等多种类型。但无论是哪种类型的雷达，其辐射信号波形都可以归为以下几种基本类型：调幅脉冲信号、线性调频和非线性调频脉冲信号、相位编码脉冲信号、连续波信号和调频连续波信号。调幅脉冲信号是最常用、最简单、也是最重要的雷达信号之一，通常被称为常规脉冲雷达信号。其数学表达式为s(t)=Arect(t/T)ej2πft，其中A为信号幅度，T为脉冲宽度，f为载波频率。调幅脉冲雷达信号的波形如图2.3-3所示。线性调频信号是一种具有大时宽带宽积的信号，可以通过非线性相位调制或线性频率调制获得。由于线性调频信号可以获得较大的压缩比，因此在高分辨率雷达和脉冲压缩雷达等领域得到了广泛应用。线性调频信号的数学表达式为s(t)=Arect(t/T)ej2π[ft+μt^2/2]，其中A为信号幅度，f为载波频率，T为脉冲宽度，μ=B/T为信号的调频频率，B为调制带宽。线性调频信号有正斜率和负斜率两种基本形式，其波形和频率变化关系如图2.3-4所示。相位编码信号因其固有特性被广泛应用于脉冲压缩技术。连续波信号和调频连续波信号则在雷达测距和测速等方面发挥着重要作用。一般情况下，当带宽宽度积（BT）大于等于1时，线性调频信号的特性可以用以下表达式表示：幅频特性为S_LFM(f)=A/μ^2rect[(f-f_0)/B]，相频特性为Φ_LFM(f)=-πμ(f-f_0)^2/4，信号的瞬时频率为f_i=f_0+μt(-T/2≤t≤T/2)。下图展示了带宽为1MHz，脉冲宽度为100μs的线性调频信号的时域波形、幅度谱和相频谱。相位编码脉冲信号属于“离散调制型”信号，其编码通常使用伪随机序列。由于其主副比较大，压缩性能好，因此备受关注。然而，相位编码信号对多普勒频移比较敏感，只适用于多普勒频率范围较窄的场合。伪随机相位编码（PCM）信号的复数表达式为S_PCM(t)=u(t)ej2πft=a(t)ejφ(t)+2πft，其中u(t)为复包络，a(t)为幅度调制函数，φ(t)为相位调制函数。对于二相信号，φ(t)只有0或π两种取值，可以用二进制序列表示。如果二相编码信号的包络为矩形，则其复包络可以写成式（2.3-8）。其中T为子脉冲宽度，c_k为二进制序列。在雷达系统中，常常需要使用相位编码脉冲信号。这类信号常常使用巴克码和m序列等编码序列。其中，巴克码是一种较为理想的二元列码，具有较大的时宽带宽积和良好的相关特性。巴克码的自相关函数可以表示为一个具有正负两种取值的序列。虽然巴克码的长度有限，但是它仍然是一种很理想的编码压缩信号。另一方面，m序列是由具有线性反馈特性的移存器产生的最长线性反馈移存器序列。m序列的周期最长，因此在雷达系统中也经常被使用。在巴克码中，目前已知的序列长度有2、3、4、5、7、11、13等。其中，以13位巴克码最具有实用价值。但是，巴克码自相关函数的主副比等码长，即使13位巴克码的自相关函数理论上也只有22.3分贝的旁瓣抑制。因此，巴克码虽然是一种较为理想的编码压缩信号，但是在实际应用中仍然需要注意其局限性。除了巴克码和m序列之外，相位编码脉冲信号还可以使用二相编码脉冲和四相编码脉冲等相位调制方式。这些编