線性調頻脈沖壓縮技術在雷達系統中的應用分析

葛翼詩

摘要：通過對當前雷達系統中應用到的線性調頻脈沖壓縮技術進行介紹，簡單敘述了線性調頻脈沖壓縮技術的理論基礎以及現行調頻脈沖信號及其壓縮的過程。并根據現行調頻脈沖在壓縮過程中遇到的問題，簡單介紹了用來解決問題的加權處理方法以及脈沖壓縮技術在氣象雷達中的應用。

關鍵詞：雷達系統;線性調頻;脈沖壓縮;加權處理

中圖分類號：TN974

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.068

如今，隨著科學技術的不斷突破，人們對雷達技術在距離、分辨能力和測速方面的精準度要求越來越高。根據雷達系統的工作理論可知，雷達系統的監測能力與雷達系統發射的平均功率有關，只有不斷提高雷達系統的平均發射功率，才能更好地提升雷達系統的監測能力。

目前，在雷達系統硬件設施的影響下，雷達系統的最高功率受到了一定的限制。

1 脈沖壓縮技術

要想提高雷達系統發射的平均功率，就要采用增加發射脈沖寬度的方法，而提高雷達系統的距離分辨能力又是靠降低發射脈沖寬度來實現。這樣看來，在提高雷達系統發射的平均功率和距離分辨能力這兩方面，存在著矛盾。為了化解這一矛盾，就需要在低頻情況下對頻道進行調頻，以此增大發射脈沖信號時的最大寬度，從而找到一種雷達系統發射脈沖寬度較寬，同時發射功率較低的脈沖，并對接收的回波信號進行壓縮，這種處理方法就叫做脈沖壓縮。

脈沖壓縮技術在降低脈沖寬度、增強雷達系統的距離分辨能力的同時，擁有良好的監測能力。增加脈沖發射的寬度，能有效利用雷達系統發射的平均功率，這樣就不再需要提高脈沖發射的最大功率。脈沖壓縮技術能夠在不需要重復發射脈沖信號的前提下提高雷達系統發射的平均功率，這樣一來就能減少雷達的模糊距離，同時減少不同發射信號對雷達系統的干擾，有效提高雷達系統的監測和分辨能力。

2 線性調頻脈沖信號和壓縮過程

相關研究表明，目前用于脈沖壓縮的信號有現行調頻脈沖信號、多相編碼信號和二相編碼信號。在此主要探究現行調頻脈沖信號在雷達系統中的應用。前文提到脈沖壓縮技術能在增加脈沖寬度的同時有效提高雷達系統的距離分辨能力，而線性調頻脈沖信號就是最早出現在脈沖壓縮技術中的大寬度高平均功率的信號。在脈沖壓縮技術中，線性調頻脈沖信號有著容易產生和處理的優勢。線性調頻脈沖信號主要靠有源法和無源法兩種方式產生，主要依靠數字脈沖壓縮處理和模擬脈沖壓縮處理這兩種方式進行壓縮處理。同時，比較這兩種壓縮處理方式，數字脈沖壓縮處理有著更快捷的自適應能力，脈沖信號的數字處理也比模擬處理更好，同時模擬處理方式會受到設備配置的種種限制而不能達到更高的水平，而數字處理方式則不會受到設備配置的影響。因此，在接下來的雷達信號的脈沖處理方式的發展上，數字脈沖壓縮處理將會占據著主導地位，本文也將主要研究脈沖壓縮技術中的數字脈沖壓縮處理方式。

2.1 線性調頻脈沖信號

目前脈沖壓縮技術所應用到的最廣泛、最成熟的一種信號就是線性調頻脈沖信號。線性調頻脈沖信號之所以能受到這么廣泛的關注，主要還是其對回波信號的多普勒頻移不敏感。因而就可以十分簡單地用一個型號相匹配的濾波器來處理接收到的不同多普勒信號，把不需要的信號屏蔽在外，最終只留下自己需要的多普勒信號。如此一來，就不需要重復使用一些不需要的多普勒信號，大大降低了處理系統的工作量，也大大提高了處理系統的工作效率，同時，線性調頻脈沖信號在制作和處理的工序上也比較簡單。其缺點是，在長距離信號傳輸過程中，容易與多普勒頻信號交叉連接，造成信號干擾。對于這種情況，往往需要利用加權處理將脈沖壓縮的時間降低到一定范圍內，以減弱其他多普勒頻信號對其的干擾。

通常情況下，脈沖寬度很大以及線性調頻信號為復包絡是設計匹配率波的最重要的兩點要求。在滿足這兩點的基礎上，再完成脈沖壓縮處理器的工作。根據相關數據記載，可以推算出脈沖信號的即時頻率，同時，根據線性脈沖信號的頻率的表達式可以看出，現行調頻脈沖壓縮技術的本質就是接收回波頻率進行延遲處理。其中，對于低頻率的信號，其中一部分信號會做到延遲時間較長;對于高頻率的信號，其中一部分信號會做到延遲時間較短，從而實現在脈沖發射的平均功率較高的前提下，發射的脈沖寬度也較大。

2.2 線性調頻脈沖信號的壓縮

從技術理論上來講，實現線性調頻脈沖信號的壓縮就是對接收回波的頻率進行延遲，將部分低頻率信號的延遲時間加長，高頻率信號的延遲時間減短，最終使脈沖寬度變窄，以增強雷達系統的距離監測能力。從另一個方面來說，如果不考慮工作過程中的器材損耗，脈沖壓縮后的脈沖幅度也將大大提高。

對于模擬處理方式而言，由于模擬脈沖的參數已經設定，不再更改，因而就無法實現雷達系統在復雜環境下的適應調配。而對于數字處理方式而言，因為其是借助于計算機處理系統對發射波形進行調控，因此數字處理方式更容易改變系統參數，對復雜環境做出及時的調整，以適應相關環境。此外，壓縮技術中的數字處理方式還容易在寬脈沖波形等條件下達到穩定狀態，對雷達系統工作過程中的工作元件配置的要求也較低。因此，采用壓縮技術時才會更傾向于選擇數字脈沖處理的方式。

根據線性調頻脈沖信號頻率的特性不難看出，在脈沖寬度大的情況下，線性調頻脈沖信號的振幅規律更接近于矩形函數，調頻變化的范圍和脈沖信號的變化范圍是相似的，同時線性調頻脈沖信號的相位譜也具有平方規律的特點。根據這些特性，更容易設計出滿足脈沖壓縮處理的匹配濾波器。對于實現數字脈沖處理方式，一般情況下，靠的是相關處理器，對任何雷達所發射的波形都能成功匹配濾波功能，另一種方式就是利用展寬的處理器。

在這兩種處理方式中，相關處理器利用的是頻率領域的大小，根據相關波形領域的具體參數具體規劃出相關處理器的參數，以順利完成線性調頻信號的脈沖壓縮工作，從而完成多普勒的匹配濾波，該相關處理器同時也能處理其他任何波形。而對于展寬處理器，其能夠在任何時間對脈沖波形進行壓縮或者擴展，展寬處理器也能處理其他任何波形。對于線性調控脈沖壓縮技術中的數字處理方式，運用展寬處理器能夠更加簡單、便捷地處理。對于時域的壓縮，將對壓縮脈沖有著更大寬度接收波形的要求。

3 線性調頻脈沖壓縮信號的加權處理

線性調頻脈沖信號在結合匹配濾波器后，將脈沖寬度壓縮到一定寬度，從而實現在不降低雷達系統發射的平均功率的前提下，盡可能地提高雷達系統距離的監測能力。但是，在目前科研技術方面，在實現線性調頻脈沖壓縮的過程中，還是容易在窄脈沖的兩邊產生辛格函數包絡的逐漸遞減的旁瓣。而這些旁瓣的存在又會影響雷達系統的距離監測能力。最常見的現象就是，在雷達系統監測范圍內出現多個目標，使雷達系統無法過濾掉其他影響目標，從而分辨出真正的目標，同時也可能會出現一個目標的距離超過監測距離限定而產生虛假報警。

為了限制這些不便的情況，我們必須采取一些措施來減少窄脈沖兩邊旁瓣的產生。壓縮比、多普勒容限以及輸出信號相對旁瓣的性能參數將直接影響到脈沖壓縮處理系統的性能。通常，對于減少窄脈沖兩邊旁瓣，多采取加權技術進行處理。關于加權處理方式，簡單理解就是將匹配濾波器的頻率和適當的推銷函數進行相乘。而對于加權技術來說，又分為頻域加權和時域加權。頻域加權是通過調整頻譜的大小來實現壓縮脈沖寬度，時域加權是通過控制波形包圍形狀，以獲得更多的多普勒響應來實現壓縮脈沖寬度。對于這兩種加權方式而言，二者目標都是一致的，都是為了降低在窄脈沖兩側產生的旁瓣。

4 結語

本文介紹了在調頻中，脈沖壓縮技術是通過脈沖信號經過匹配濾波器而使信號達到所需要求。雷達監測的信號頻率是多種多樣的，對于不同的信號頻率也都有著其相應的脈沖壓縮性能。而針對線性調頻脈沖信號對回波信號的多普勒頻移不敏感，可以十分簡單地用一個型號相匹配的濾波器來處理接收到的不同多普勒信號，把不需要的信號屏蔽在外，最終只留下自己需要的多普勒信號。正因為線性調頻的這種特性，才使得線性調頻能成為脈沖壓縮信號的首選，被廣泛關注。在雷達發射功率受到限制的情況下，脈沖壓縮技術能更好地提高雷達的距離監測能力，同時還能使雷達保持優秀的分辨能力。這種技術是實現雷達反隱身、對多種目標進行精確檢測、排除外界干擾的重要途徑，在雷達系統的應用中，脈沖壓縮技術受到廣泛應用。

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