常龙 ,姜秋喜 ,潘继飞(解放军电子工程学院 ,合肥 230037)摘要 :本文分析了宽带线性调频雷达信号的时域 、 频域及时频分布特征 ,总结了宽带线性调频雷达 信号波形的几点特性 ,给出了理想脉冲压缩输出的时 、 频域参数 ,以及对雷达对抗的影响 ,为宽带雷达干扰 技术研究提供理论参考 。 关键词 :宽带 ;线性调频 ;脉冲压缩u( t) exp ( j2f 0 t)s ( t) = 引言121tKtj2 f 0 t +=rectexp,2TTT/ 2 t - T/ 2)线性调频信号是较容易产生的一种典型的脉冲压缩雷达信号 ,这种信号通过非线性相位调制来获得大的 时宽和带宽 。线性调频信号的突出优点是匹配滤波器 对回波信号的多普勒频移不敏感 ,即使回波信号具有较 大的多普勒频移 ,匹配滤波器仍能起到良好的脉冲压缩效果 ,因此是最早被研究和广泛使用的一种脉压信号 。 随着雷达探测技术的发展 ,现代军事应用对雷达的 测量 精度和分辨力等性能提出了越来越高的要求 。根据雷达信号理论 ,雷达的距离分辨力与信号的带宽有 关 ,带宽越宽 ,距离分辨力越高 ;速度分辨力与信号的时 宽有关 ,时宽越宽 ,速度分辨力越高 。单载频脉冲信号 时宽带宽积接近 1 ,大的时宽和带宽不可兼得 ,因此对 这种信号来说 ,测距精度和距离分辨力与测速精度和速度分辨力之间存在不可调和的矛盾 。为了解决上述矛 盾 ,必须寻找具有大时宽带宽积的信号形式 。在匹配滤 波器理论的指导下 ,当雷达信号的带宽增加到与其中心 频率可比时 ,就产生了宽带线性调频脉冲压缩技术 。这 种技术是指在宽脉冲内附加宽带的线性调频以扩展信号的频带 ,从而产生大时宽带宽积信号 。当前 ,该信号 样式已在军事领域获得了广泛应用 ,如叶簇雷达 。 本文将分析宽带线性调频雷达信号的性能特征 、 脉 冲压缩特性 ,以及对雷达对抗的影响 ,为宽带雷达干扰 技术研究提供理论参考 。( -(1)其中 u( t) 为信号的复包络 , 且u ( t) = 1 rectexp ( jKt2 )t(2)TT式中 :1 , | t/ T | 1/ 20 , | t/ T | 1/ 2trect=T其中 :T 为信号时宽 ; B 为信号频率变化范围 , 即带宽 , 且K = B/ T 为频率变化率 。 其信号相位为2 = 2( f 0 t + Kt )30) , 线性调频脉冲信号的频谱持续宽度等于带宽 B , 且 与脉冲宽度无关 。 也就是说 , 宽带线性调频雷达信号的 脉内线性调频的频偏范围很大 , 可以获得较高的距离分 辨力 。 线性调频信号的速度分辨力则可用信号的多普勒 分辨常数 A 或持续时宽 T e 表示为| U ( f ) | = 1 C(U1 ) + C(U2 ) 2+2 K T S ( U1 ) + S ( U2 ) 2 1/ 2(6)( f ) = - f 2 + arct g K= 1 ( f ) + 2 ( f )(7)其中 : 1 ( f ) 称为平方律相位项;2 ( f ) 称为残余相位项。傅里叶变换能够分别从信号的时域和频域观察 ,但 却不能把二者有机地结合起来 。这是因为信号的时域 波形中不包含任何频域信息 。从表达式中也可以看出傅里叶谱是整个时间域内的积分 ,没有局部化分析信号 的功能 ,完全不具备时域信息 ,也就是说 ,对于傅里叶谱 中的某一频率 ,不知道这个频率是在什么时候产生的 。这样在信号分析中就面临一对最基本的矛盾 :时域和频 域的局部化矛盾 。而时频分析能将信号的时域和频域 联合起来分析 。时频分析的主要任务是描述信号的频 谱含量是怎样随时间变化的 。时频分析的最终目的是 建立一种分布 ,以便能在时间和频率上同时表示信号的能量或者强度 ,分析 、 处理和提取信号中所包含的特征 信息 。本文采用小波变换的方法对信号的时间 - 频率 关系进行仿真分析 。- | u ( t) | 4 d tA = 1 =1(11)=2TeT |u ( t) | 2 d t- 线性调频脉冲信号的时宽 T等于脉冲宽度T , 因而采e 用宽脉冲可以具有较高的速度分辨力 。(a) 宽带线性调频信号时域图图 1 为起始频率 f 0= 1 GHz ,带宽 B = 600M Hz ,时宽 T = 1s 的宽带线性调频脉冲压缩信号的波形图 及频谱特性及时间2频率分布图 。 由上述表达式及仿真 图可以得到宽带线性调频雷 达信号的频谱具有以下特点 :(1)具有近似矩形的幅频特性 。随着时带积 TB 的 增大 , 信号的振幅谱越接近矩形 , 频谱宽度近似等于信 号的调制带宽 B 。(2)具有平方律的相频特性 。 随着时带积 TB 的增 大 ,匹配滤波效果越好 ,而相位残余项越接近恒定值/ 4 。 因此在大 TB 值情况下 , 式 (6) 、(7) 简化为( b) 宽带线性调频信号频谱图11| U ( f ) | (8)= K TBf 2 + ( f ) -(9)K4 (c) 宽带线性调频信号时间2频率图图 1宽带线性调频信号时域 、 频域和时频分布图综上所述 ,宽带线性调频雷达信号具有大的时宽和 带宽 ,因此在获得高的距离分辨力的同时可以获得高的 速度分辨力 。(3) 具有较高的距离分辨率和速度分辨率 。对于线 性调频信号来说 ,其距离分辨力可以用信号的时延分辨常数 A 或频谱持续宽度 W e 表示 。 当压缩比 D =30 时 , 信号的时延分辨力表示为TB - U ( f ) | 4 d f|11A =(10)- |2W eB2( )U f | d fS ( U1 ) + S ( U2 )C(U1 ) + C(U2 )可见匹配输出的频谱与线性调频信号的频谱形状 大致相同 。当 f d= 0 时 , 输出的时域波形具有 sinc 函3宽带线性调频信号的脉压输出特征分 析数型包络 。 根据 sinc 函数的特点 , 可以求得 = 1/ B , 压 缩比 D = T/ = B T , 输出脉冲的峰值功率比输入脉冲 峰值功率增大了 D 倍 。 其中最大的一对副瓣相对于主 瓣的电平约为 - 13. 2dB ,其它副瓣高度依次递减 4dB , 旁瓣零点间隔为 1/ B 。通过对宽带线性调频信号波形 、 频谱及匹配滤波的 理论分析 ,说明宽带线性调频信号依然具有优异的脉压 性能 ,特别是在压缩比 D = TB 30 的条件下 , 脉压输出具有高主副比 、 高距离分辨力和高速度分辨力的检测 能力 。发射机发射线性调频信号 ,在接收端使用相应的匹 配滤波器完成脉冲压缩 ,可以获得最大的压缩处理增 益 。一般时宽带宽积 TB 30 以上时 ,可近似认为线 性调频脉冲具有矩形包络振幅频谱 ,因此其匹配滤波器 也应具有矩形带通振幅特性 。为了简化分析 ,可近似认 为线性调频信号的匹配滤波器频率特性为H ( f ) = exp ( f 2 / K) ,-B/ 2 f B/ 2(12)设匹配滤波的输入信号为宽带线性调频信号对雷达对抗的影响41TKt2j2 f d t +u ( t) = exp,| t | 22 宽带线性调频雷达信号具有典型的脉冲压缩扩谱 特性 ,采用这种信号形式 ,极大地扩展了雷达信号的频 谱 ,容易获得较大的信号处理增益 ,从而降低了雷达发射信号峰值功率 。对于宽带雷达应用来说 ,由于雷达的 工作频率都比较高 (几百 、 甚至上千兆赫兹) ,因而大的 相对带宽必然意味着大的绝对带宽 。宽带线性调频雷达信号本身以下的优越性能给雷达对抗带来了一定困 难 。(1)低截获概率特性 。常规窄带雷达对抗侦察接收 机的带宽与宽带雷达相比相差很大 ,只能接收部分雷达信号 ,无法获取雷达的完整参数 ,因而不能有效检测宽 带雷达信号 。(2)抗干扰性能好 。传统干扰方法对宽带雷达进行 干扰时 ,必须加大干扰带宽 ,以达到对雷达回波的全带 宽压制 ,随之带来的问题是分散了干扰信号的功率谱密 度 。(3)强抗隐身能力 。当前的隐身技术 ,不论是隐身 涂料还是具有隐身效果的特殊结构 ,都只在一个频带内 有效 。在宽带雷达工作的宽频带内 ,目标总会在一些频 带范围内有较强反射 ,因而会被探测到 。此外 ,更大的工作带宽可以提供更多关于目标的频域信息 ,从而为目 标识别提供依据 。(13) 其中 f d 为多普勒频移 ,则匹配滤波器输出的信号将是y ( t) = F- 1 U ( f ) H ( f ) sin2( f d+ Kt) T/ 2=K T 2 2( f d+ Kt ) T/ 21Kt2j2 -exp ( / 4)exp(14)2图 2 为图 1 中宽带线性调频信号的匹配频域输出 和时域输出 。结束语5宽带雷达的研究与应用是雷达发展中质的飞跃 ,是 雷达技术主要发展方向之一 ,是各国军方密切关注的新图 2宽带线性调频信号匹配输出()环境) 及机制平台 。不然 ,在市场导向下 ,优秀的人才队 伍肯定是容易流失的 。大家都知道 ,职工队伍不稳定是 企业发展的一个大忌 。(4) 关于说真话 。说真话也许不是每个人都会十分 认同的 ,但我相信 ,如果每个人都能多说一些真话 ,如果 企业的决策层的人们能多听一些原汁原味的真话 ,这对提升企业的管理水平必定是一件好事 。反之 ,套话 、 假 话 、 无关痛痒的话说习惯了 ,占用了最可贵的时间资源 , 好的管理必将只能好像是在流沙上造房子 。因此 ,对于 正诚意为企业走出困境而寻求好思路 、 好主张的企业人 而言 ,注重说真话的人不应被排斥 ,而是应当被寄予希望 。人们的自由思想力资源永远是进步的一个源头 。 (5) 关于认识和尊重企业的发展规律 。虽说企业的 发展规律隐藏于千头万绪的事务之中 ,但用心去找 ,就 有可能找到 。因为企业是一个理性主体 、 逻辑主体 ,而 不是情绪主体 、 性格主体 ,因此企业的成长并不是十分玄奥 、 不可捉摸的 ,而是有科学性的 ,是有规律可循的 。 对于企业人来说 ,在认识到发展规律之后 ,还要尊重和 落实之 ,不然知道了却做不到 ,就等于不知道 。每一个 企业人的风格可以不同 ,但对于规律的态度应当是唯一 的 ,那就是将它作为自己的行为准则和指南 。(上接第 19 页)水探测有着低成本 、 高效率的优势 ,其推广有着广阔的 应用前景 。A . . Measurement of water table fluct uatio ns in a sandysoil using gro und penet rating radar. Transactio ns of t he American Societ y of Agricult ural Engineers 35 , 116121166Van Overmeeren , R. A . . Geo radar fo r hydrogeology.Fast break 12 , 4012408Daniels , D. J . . Gro und Penet rating Radar , 2nd editio n.The Instit ute of Elect rical Engineers , Lo ndo n , U KH. Stoff regen , U . Yaramanci , T. Zenker , et al. Accura2 cy of soil water co ntent measurem