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第4章雷达信号波形
现代雷达系统分析与设计陈伯孝
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与通信系统发射信号不一样,雷达发射信号只是信息载体,它并不包含目标任何信息,全部目标信息都蕴含在发射信号经目标反(散)射回波中。雷达发射信号波形不但决定了信号处理方法,而且直接影响系统分辨率、测量精度以及杂波抑制(抗干扰)能力等主要性能。所以,信号波形设计已成为当代雷达系统设计主要方面之一。 本章首先给出雷达信号数学表示及其分类;然后介绍含糊函数概念和雷达分辨理论,重点分析一些经典惯用雷达信号波形及其特征,并讨论其参数选取;接着介绍脉冲雷达距离和多普勒含糊问题以及连续波雷达相关内容;最终介绍利用DDS技术产生惯用雷达波形原理和工程实现方法,并给出本章主要插图MATLAB程序代码。
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雷达发射信号普通是除初相外其余参量均已知确实知信号(相参雷达发射信号须与某一基准信号保持严格相位关系),而回波信号则是与噪声、干扰叠加成随机信号。
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信号能够用时间实函数s(t)表示,称为实信号,其特点是含有有限能量或有限功率。能量有限信号称为能量信号;能量无限但功率有限信号,称为功率信号。描述能量信号频谱特征通常采取能量谱密度(EnergySpectrumDensity,ESD)函数(实际应用中惯用振幅谱|S(ω)|)来描述;对于功率信号,则惯用功率谱密度(PowerSpectrumDensity,PSD)函数来描述。
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设信号为s(t),对于能量信号,能量谱密度(ESD)函数定义为 () 对于功率信号,功率谱密度(PSD)函数定义为 ()
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其中 为信号s(t)自 相关函数。 按照信号频率组成,可将信号划分为低通(LowPass)信号和带通(BandPass)信号。通常所用雷达信号,其带宽比载频小得多,称为窄带(通)信号。
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一个实带通信号可表示为 () 其中:a(t)为信号幅度调制或包络,ψx(t)为相位调制项,f0为载频。信号包络a(t)改变与相位调制和载波相比为时间慢改变过程。对于低分辨雷达,在一个波位上发射多个脉冲目标回波包络a(t)通常近似认为不变。
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信号x(t)频率调制函数fm(t)和瞬时频率fi(t)分别为 () () 实信号含有对称双边频谱。对窄带信号来说,因为其带宽远小于载频,两个边带频谱互不重合,此时用一个边带频谱就能完全确定信号波形。为了简化信号和系统分析,通常采取含有单边频谱复信号。
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惯用复信号表示,即实信号复数表示有两种:希尔伯特(Hilbert)变换表示法和指数表示法。对窄带信号来说,这两种表示方法是近似相同。
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(Hilbert)变换表示法 普通地,复信号可表示为 s(t)=x(t)+jy(t) () 假如要求复信号含有单边频谱,那么就要对虚部有所限制。 假如实信号 为信号x(t)傅立叶变换),定义其复解析信号为 ()
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