雷達(dá)信號(hào)波形的基本類型

雷達(dá)信號(hào)波形的基本類型現(xiàn)代雷達(dá)根據(jù)其使命和技術(shù)體制的不同，分為預(yù)警雷達(dá)、火控雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、成像雷達(dá)等多種類型。但無論是哪種類型的雷達(dá)，其輻射信號(hào)波形都可以歸為以下幾種基本類型：調(diào)幅脈沖信號(hào)、線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻脈沖信號(hào)、相位編碼脈沖信號(hào)、連續(xù)波信號(hào)和調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。調(diào)幅脈沖信號(hào)是最常用、最簡單、也是最重要的雷達(dá)信號(hào)之一，通常被稱為常規(guī)脈沖雷達(dá)信號(hào)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為s(t)=Arect(t/T)ej2πft，其中A為信號(hào)幅度，T為脈沖寬度，f為載波頻率。調(diào)幅脈沖雷達(dá)信號(hào)的波形如圖2.3-3所示。線性調(diào)頻信號(hào)是一種具有大時(shí)寬帶寬積的信號(hào)，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(hào)可以獲得較大的壓縮比，因此在高分辨率雷達(dá)和脈沖壓縮雷達(dá)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。線性調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為s(t)=Arect(t/T)ej2π[ft+μt^2/2]，其中A為信號(hào)幅度，f為載波頻率，T為脈沖寬度，μ=B/T為信號(hào)的調(diào)頻頻率，B為調(diào)制帶寬。線性調(diào)頻信號(hào)有正斜率和負(fù)斜率兩種基本形式，其波形和頻率變化關(guān)系如圖2.3-4所示。相位編碼信號(hào)因其固有特性被廣泛應(yīng)用于脈沖壓縮技術(shù)。連續(xù)波信號(hào)和調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)則在雷達(dá)測(cè)距和測(cè)速等方面發(fā)揮著重要作用。一般情況下，當(dāng)帶寬寬度積（BT）大于等于1時(shí)，線性調(diào)頻信號(hào)的特性可以用以下表達(dá)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(hào)的瞬時(shí)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(hào)的時(shí)域波形、幅度譜和相頻譜。相位編碼脈沖信號(hào)屬于“離散調(diào)制型”信號(hào)，其編碼通常使用偽隨機(jī)序列。由于其主副比較大，壓縮性能好，因此備受關(guān)注。然而，相位編碼信號(hào)對(duì)多普勒頻移比較敏感，只適用于多普勒頻率范圍較窄的場(chǎng)合。偽隨機(jī)相位編碼（PCM）信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為S_PCM(t)=u(t)ej2πft=a(t)ejφ(t)+2πft，其中u(t)為復(fù)包絡(luò)，a(t)為幅度調(diào)制函數(shù)，φ(t)為相位調(diào)制函數(shù)。對(duì)于二相信號(hào)，φ(t)只有0或π兩種取值，可以用二進(jìn)制序列表示。如果二相編碼信號(hào)的包絡(luò)為矩形，則其復(fù)包絡(luò)可以寫成式（2.3-8）。其中T為子脈沖寬度，c_k為二進(jìn)制序列。在雷達(dá)系統(tǒng)中，常常需要使用相位編碼脈沖信號(hào)。這類信號(hào)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(shí)寬帶寬積和良好的相關(guān)特性。巴克碼的自相關(guān)函數(shù)可以表示為一個(gè)具有正負(fù)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(hào)。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(dá)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(shí)用價(jià)值。但是，巴克碼自相關(guān)函數(shù)的主副比等碼長，即使13位巴克碼的自相關(guān)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(hào)，但是在實(shí)際應(yīng)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(hào)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