第三章 脉冲压缩雷达简介

∂∇第三章 脉冲压缩雷达简介

3.1 脉冲压缩简介

雷达的分辨理论表明:要得到高的测距精度和好的距离分辨力，发射信号必须具有大的带宽;要得到高的测速精度和好的速度分辨力，信号必须具有大的时宽。因此，要使作用距离远，又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式。显然，单载频矩形脉冲雷达不能满足现代雷达提出的要求。而脉冲压缩技术可以获得大时宽带宽信号，使雷达同时具有作用距离远、高测距、测速精度和好的距离、速度分辨力。具有大时宽带宽的信号通常被称作脉冲压缩信号。

脉冲压缩技术包括两部分:脉冲压缩信号的产生、发射部分和为获得较窄的脉冲对接收回波的处理部分。在发射端，它通过对相对较宽的脉冲进行调制使其同时具有大的带宽，在接收端对接收的回波波形进行压缩处理得到较窄的脉冲。

3.2 脉冲压缩原理 3.2.1时宽-带宽积的概念

发射脉冲宽度τ和系统有效(经压缩的)脉冲宽度0τ的比值称为脉冲压缩

比

，即

0D ττ=

(3-1)

因为01B τ=，所以，式（3-1）可写成

D B

τ=

(3-2)

即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表示。大时宽带宽矩形脉冲信号的复包络表达式可以写成

：

(),/2/2()0,j t Ae T t T u t θ⎧-<<=⎨

⎩

其他

(3-3)

匹配滤波器输出端的信噪比为：

()00S N E

N =

(3-4)

其中信号能量为[13] ：

212

E A T =

(3-5)

这种体制的信号具有以下几个显著的特点：

(1)在峰值功率受限的条件下，提高了发射机的平均功率av P ，增强了发射信号的能量，因此扩大了探测距离。

(2)在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，因此保持了良好的距离分辨力。 (3)有利于提高系统的抗干扰能力。

当然，采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点[14][15]，这主要有: (1)最小作用距离受脉冲宽度

τ

的限制。

(2)收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真，都将增大旁瓣高度。 (3)存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣，主旁瓣比可达30dB ～35dB 以上，但将有1 dB ～3 dB 的信噪比损失。

(4)存在一定的距离和速度测定模糊。适当选择信号参数和形式可以减小模糊。但脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，已成为近代雷达广泛应用的一种体制

。

3.2.2 线性调频脉冲信号

线性调频脉冲压缩体制的发射信号，其频谱在脉冲宽度内按线性规律变化，即用对载频进行调制的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。同时，在

t P 受限情况下为了充分利用发射机的功率，往往采用矩形宽脉冲包络，线性调

频脉冲信号的复数表达式可写成[16][17]:

2

00()

2

()()()t j t j t

t

s t u t e

Arect e

μωωτ

+

==

(3-6)

式(3-6)中u(t)为信号复包络：

2

2

()()t j

t

u t Arect e

μτ

=

(3-7)

若令B 为频率变化范围，则21B f f f =∆=-，而2f

ω

πμτ

τ

∆∆==

为调制斜率。

若信号的载波中心角频率为0

02f ωπ=，则线性调频信号的角频率变化规律为:

0t

ωωμ=+，

2|t |τ

≤

(3-8)

因而信号的瞬时相位：

2

1

()()2

i

t dt t dt t t C

ωωμωμφ==+=++⎰⎰

(3-9) 如图3-1所示，图3-1（a ）为线性调频脉冲信号的波形;图3-1（b ）为信号

的包络幅度为A ,图3-1(c)为载频的调制特性，在τ

内由低频端1f 至高频端

2

f 按

线

性

规

律

变

化

。

图3-1 线性调频信号波形、包络及频率变化图

3.3 脉冲压缩雷达

脉冲压缩雷达通过发射宽脉冲以提高发射信号的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，从而较好地解决了作用距离和分辨能力之间的矛盾。给定雷达系统的距离分辨力为：

2r c

B

δ=

(3-10)

其中，c 为光速，B f =∆为发射波形带宽。

对于简单的脉冲雷达，1B f T =∆=，T 为发射脉冲宽度，则有 2

r cT

δ=

(3-11)

而在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频率上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B 满足1B f

T =∆。令脉冲压缩后的有效

脉冲宽度

1B τ=，则

2

r c τδ=

(3-12)

由此可见，脉冲压缩雷达可用宽度T 的发射脉冲来获得相当于发射脉冲有效宽度为τ的简单脉冲系统的距离分辨力。则脉冲压缩比(发射脉冲宽度T 跟系统有效脉冲宽度τ的比值)为

T

D τ

=

(3-13)

又因为1B τ=，则

D TB =

(3-14)

即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表征。

实现脉冲压缩的条件如下：

(1)发射脉冲的脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于1。

(2)接收机中必须具有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现“相位共扼匹配”，即相位色散绝对值相同而符号相反，以消除输入回波信号的相位色散。

脉冲压缩按发射信号的调制规律(调频或调相)分类，可以分为以下四种：(1)线性调频脉冲压缩；(2)非线性调频脉冲压缩；(3)相位编码脉冲压缩；(4)时间频率编码脉冲压缩。本文主要讨论较常见的线性调频脉冲压缩。

3.4 线性调频脉冲压缩雷达

线性调频信号(LFM)在二十世纪四十年代后期就被首先提出来，是研究最早、应用最广泛的一种脉压信号[18]。线性调频通过对雷达的载波频率进行调制以