雷达手册第3版(中文)_第8章_脉冲压缩雷达.pdf

第 8 章脉冲压缩霄达
引言①
脉冲压缩雷达发射脉冲宽度为 T、峰值功率为 Pt 、使用频率或相位调制进行编码的长脉
冲,以获得与相同持续时间的未编码脉冲相比大得多的带宽 B [l] 。发射脉冲宽度的选择成满
足目标探测或跟踪要求的、由 Etl=PtT 给定的单个脉冲发射能量。用脉冲压缩滤波器对接收
的回波进行处理产生一个窄的压缩脉冲响应,其主瓣宽度不依赖于发射脉冲的持续时间,大
约为 1/ B 。
图 所示为一个基本脉冲压缩雷达的方框图。编码的脉冲在波形产生器中以低功率电
平产生,并用一个功率放大器发射机放大至所需的峰值发射功率。接收的信号被混频到中频
CIF) 并被 IF 放大器放大。然后使用一个脉冲压缩滤波器对信号进行处理,该滤波器由一个
匹配滤波器组成,以达到最大信噪比 CSNR) 。如下面将讨论的,如果需要,则匹配滤波器后
面接一个加权滤波器以降低时间副瓣。脉冲压缩滤波器的输出送至一个包络检波器,由视频
放大器放大,并显示给操作者。
图 基本脉冲压缩雷达的方框图
发射脉冲宽度与压缩后的脉冲主瓣宽度之比被定义为脉冲压缩比。脉冲压缩比大约为
T /(11 B) 或 TB , 其中 TB 定义为波形的时宽-带宽积。通常,脉冲压缩比和时宽-带宽积比 1
大得多。
使用脉冲压缩能提供一些性能优势。脉冲压缩获得了长脉冲雷达系统的远作用距离,同
①文中使用了Edward C. t 和 C:reoge H. Stevens 先前在 Merrill l. Skolnik 编辑的《雷达予册(第二版))) (1 990) 中"脉
冲压缩"章节中准备的材料,作者对此表示感谢。
.310 •雷达手册(第二版)
时又保持了使用不编码窄脉冲雷达的距离分辨率。所需的发射能量可通过增加波形脉冲宽度
确立,而不会超越对发射机峰值功率的限制。不增加脉冲重复频率(p盯)就可增加雷达的
平均功率,所以不减少雷达的非模糊距离。另外,对于不同于编码发射信号的干扰信号,雷
达的抗干扰性更强。
匹配滤波器输出端的压缩脉冲的主瓣有时间或距离副瓣,该副瓣在时间间隔 T 里出现在
压缩脉冲的最大峰值前后。时间副瓣会隐藏目标,而如果使用一个未编码的窄脉冲,则可以
分辨出来。在某些情况下,诸如相位编码波形或非线性调频波形,仅使用匹配滤波处理就能
得到可接受的时间副瓣电平。然而,对于线性调频波形的情况,匹配滤波器后通常跟随→个
加权滤波器以降低时间副瓣电平。在这种情况下,加权滤波器与只使用匹配滤波处理相比会
有信噪比的损失。
脉冲压缩波形类型
下列几节描述线性和非线性调频波形、相位编码波形及时-频编码波形的特性。将讨论
声表面波(SAW) 器件在线性调频(LFM) 波形脉冲压缩中的应用 o 本章最后的附录中归纳
了波形的信号分析技术、匹配滤波器特性及所用的波形自相关和模糊函数的定义。
费幢蹦频(LFM) 队退
线性调频,或 chirp 波形有-个脉冲宽度为 T 的矩形幅度调制和一个在脉冲上扫频带宽
为 B 的线性频率调制。 LFM 波形的时宽-带宽积等于囚,这里 TB 是脉冲宽度和扫频带宽的
乘积。对于大时宽-带宽积数值,匹配滤波器输出端压缩脉冲的 3 dB宽度为飞== / B 0 压
缩脉冲的时间副瓣峰值电平为-13 .2dB o
如 节中所述,通常要求在匹配滤波器后跟一个频域加权滤波器以减小时间副瓣电
平,其代价为 SNR 的降低和压缩脉冲宽度的展宽。例如,使用 40 dB泰勒加权可将时间副瓣
峰值电平从一 dB减小到一40dB,同时在 SNR 5拙的损失。加权的压缩脉冲的
3 dB宽度从马== / B 增加到写== / B 。 2
LFM 波形有一个刃状的模糊函数,其轮廓近似于椭圆形,主轴由线 v==α7 确定,这里•
α== :t B/T 是 LFM 的斜率。这个特性在匹配滤波器的输出端引入了距离-多普勒祸合。假设
线性调频斜率为正,这个特性使得与同一距离的静止目标相比,对于具有正多普勒频率的目
标,匹配滤波器的输出峰值在时间上出现得更早:若线性调频斜率为负,则输出峰值在时间
上出现得更晚。
LFM 波形的压缩脉冲形状和 SNR 对多普勒频移不敏感。因此,不需要实现多个匹配滤
波器以覆盖期望的目标多普勒频移范围。
LFM 波形定义 EEVJ
气、
LFM 波形是→种单个脉冲带通信号,定义为 E/M
2
x(t) == Arect(t / T) cos[21tfot + παt ] ( 斗、
ll
式中, T 是脉冲宽度