信号类型（雷达）——脉冲雷达（三）

news2024/11/26 10:16:19

系列文章目录

《信号类型（雷达+通信）》

《信号类型（雷达）——雷达波形认识（一）》

《信号类型（雷达）——连续波雷达（二）》

文章目录

前言

一、相参雷达

1.1 固定频脉冲信号

1.2 线性调频脉冲信号

1.3 捷变频雷达信号

1.4 伪随机相位编码信号

二、线性调频雷达的相参与非相参

总结

前言

连续被雷达在工作过程中，发射信号泄漏会对接收机造成干扰，情况主要有两种：一种是大信号干扰使得接收机压缩增益或出现饱和，甚至造成接收机阻塞，通常可以通过将收发天线进行物理隔离来解决；另一种是发射信号的边带噪声将微弱的回波信号淹没，对接收机的目标检测造成影响。而脉冲雷达因为发射波形有一定的占空比，因此信号发射以及回波接收过程可以在时间上实现分离，这就可以避免连续波雷达中发射信号泄露的问题。

脉冲雷达中相参与非相参体制主要由硬件实现水平决定，一般相参体制雷达所需硬件要求高，成本比较高，本节主要结合简单的仿真介绍常见的脉冲雷达信号，并且通过对比说明脉冲雷达相参的重要性。

一、脉冲相参雷达

脉冲波形主要有四个基本特征：载频（就是雷达发射机产生大功率电磁波信号在未受调制前的频率）、脉冲宽度（脉冲的持续时间）、脉冲重复频率（每秒钟发射脉冲的个数）、脉冲调制参数（载波相位或频率调制参数）。固定频脉冲信号主要涉及前3个特征；线性调频脉冲信号是对载波的频率进行线性调制，因此在存在调频率的脉冲调制参数，其与脉宽共同决定脉冲信号带宽；捷变频雷达与线性调频率雷达主要区别在于捷变频雷达每个载频中心是随机捷变的，而一般的线性调频脉冲雷达载频中心是固定的；伪随机相位编码雷达的对载波相位进行伪随机编码，增加脉冲信号带宽，进而提高距离分辨率。本节主要围绕多目标分辨对不同体制的雷达进行分析：

1.1 固定频脉冲信号

波形特点：一系列载频固定的脉冲串信号，脉冲波形具有一定的占空比，发射波形为：

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-n*PRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-n*PRT \right ) \right ]$

则接收信号波形为：

$r\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-\frac{2R\left ( n*PRT \right )}{c}-n*PRT}{T_{w}} \right )\exp \left [2\pi f_{c}\left ( \tau-\frac{2R\left ( n*PRT \right )}{c}-n*PRT \right ) \right ]$

其中

$R\left ( n*PRT \right )=R_{0}+v*n*PRT$

仿真时，考虑某个脉冲的多目标分辨性能。中心载频3GHz，脉冲重复间隔1ms，脉宽4us，目标1距离50km，目标2距离50km+0.7km。脉冲回波信号如下所示，右图为左图脉冲回波的放大图，可以看出距离分辨率由脉宽决定，约为 $\frac{cT_{w}}{2}$

1.2 线性调频脉冲信号

波形特点：一系列调频率参数相同的线性调频脉冲串信号，脉冲波形具有一定的占空比，发射波形为：

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-nPRT \right )^{2} \right ]$

则接收信号波形为：

$r\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT \right )^{2} \right ]$

其中

$R\left ( nPRT \right )=R_{0}+vnPRT$

仿真时，考虑某个脉冲的多目标分辨性能。中心载频3GHz，脉冲重复间隔1ms，脉宽4us，调频率2.5e12 Hz/s，目标1距离50km，目标2距离50km+30m。脉冲回波信号如上图所示，右图为左图脉冲回波的放大图，此时目标分辨不出来。下图是经过脉冲压缩后的结果，目标能够分辨，并且距离分辨率由脉冲带宽决定，约为 $\frac{c}{2B}$

1.3 捷变频雷达信号

波形特点：一系列调频率参数相同载频变化的线性调频脉冲串信号，脉冲波形具有一定的占空比，发射波形为：

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{n}\left ( \tau-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-nPRT \right )^{2} \right ]$

其中 $f_{n}$ 为捷变载频，则接收信号波形为

$r\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{n}\left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-nPRT \right )^{2} \right ]$

其中

$R\left ( nPRT \right )=R_{0}+vnPRT$

针对单个脉冲的分析，捷变频雷达与固定频的线性调频雷达没有太大区别，这里不再赘述。

1.4 伪随机相位编码信号

波形特点：一系列相位伪随机变化的脉冲串信号，脉冲波形具有一定的占空比，发射波形为：

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-n*PRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-n*PRT \right )+j\phi \left ( \tau \right ) \right ]$

其中 $\phi \left ( \tau \right )$ 为随机相位，则接收信号波形为

$r\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-n*PRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c}-n*PRT \right )+j\phi \left ( \tau-\frac{2R\left ( nPRT \right )}{c} \right ) \right ]$

其中

$R\left ( nPRT \right )=R_{0}+vnPRT$

仿真时，考虑某个脉冲的多目标分辨性能。中心载频3GHz，脉冲重复间隔1ms，脉宽4us，相位BPSK编码调制，码宽0.1us，目标1距离50km，目标2距离50km+50m。脉冲回波信号如上图所示，右图为左图脉冲回波的放大图，此时目标分辨不出来。下图是经过脉冲压缩后的结果，目标能够分辨，并且距离分辨率由脉冲带宽决定，约为 $\frac{cT_{c}}{2}$

二、线性调频雷达的相参与非相参

波形特点：一系列调频率参数相同的线性调频脉冲串信号，脉冲波形具有一定的占空比，发射波形为：

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-nPRT \right )^{2}+j\phi \right ]$

$s\left ( \tau \right )=\sum_{n=1}^{N}rect\left (\frac{ \tau-nPRT}{T_{w}} \right )\exp \left [ j2\pi f_{c}\left ( \tau-nPRT \right )+j\pi K\left ( \tau-nPRT \right )^{2} \right ]$

其中 $\phi$ 为初相，则接收信号波形为：