理解脉冲压缩原理.pdf

第二章 脉冲压缩 2.1 概述 表2.1 窄脉冲高距离分辨力雷达的能力 距离分辨力：通常在距离上比在角度上更容易分离（分辨）多个目标 距离精度： 具有良好分辨力的雷达同样具有良好的距离精度 杂波衰减： 通过减少与目标回波信号相竞争的分布式杂波量可以提高目标-杂波比 杂波内可见度：对一些“片状”类陆地和海杂波，高分辨力雷达可在杂波片间的清晰区域中 检测运动目标 多普勒容错：采用窄脉冲波形时，运动目标的多普勒频移与接收机带宽相比显得很小;因而 只需要单个匹配滤波器检测 最小作用距离：窄脉冲可以使雷达以最短小的距离工作。它也可以减小高脉冲重复频率雷达 的盲区（重叠） 窄脉冲具有宽频谱带宽。如果对宽脉冲进行频率或相位调制，那么它就可以 具有和窄脉冲相同的带宽。假设调制后的脉冲带宽增加了B，由接收机的匹配滤 波器压缩后，带宽将等于1/B，这个过程叫脉冲压缩。 脉冲压缩雷达不需要高能量窄脉冲所需要的高峰值功率，就可同时实现宽脉 冲的能量和窄脉冲的分辨力。  T /  脉冲压缩比定义为宽脉冲宽度T 与压缩后脉冲宽度 的之比，即 。带宽  B  1/ B 与压缩后的脉冲宽度 的关系为 。这使得脉冲压缩比近似为BT 。即压 缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽 积表征。 这种体制最显著的特点是： ⑴ 它的发射信号采用载频按一定规律变化的宽脉冲，使其脉冲宽度与有效 频谱宽度的乘积B  1,这两个信号参数基本上是独立的，因而可以分别加以选择 1 来满足战术要求。在发射机峰值功率受限的条件下，它提高了发射机的平均功率 P av 增加了信号能量，因此扩大了探测距离。 ⑵ 在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络，使宽脉冲的发 射信号（一般认为也是接收机输入端的回波信号）变成窄脉冲，因此保持了良好 的距离分辨力。这一处理过程称之为“脉冲压缩”。 ⑶ 有利于提高系统的抗干扰能力。对有源噪声干扰来说，由于信号带宽很 大，迫使干扰机发射宽带噪声，从而降低了干扰的功率谱密度。 当然，采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点，这主要有：  ⑴ 最小作用距离受脉冲宽度 限制。 ⑵ 收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真，都将增大旁 瓣高度。 ⑶ 存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣，主旁瓣比可达30dB~35dB 以上，但将有1dB~3dB 的信噪比损失。 ⑷ 存在一定的距离和速度测定模糊。 总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，已成为近代雷达广泛应用的 一种体制。 根据上面讨论，我们可以归纳出实现脉冲压缩的条件如下： ⑴ 发射脉冲必须具有非线性的相位谱，或者说，必须使其脉冲宽度与有效 频谱宽度的乘积远大于1. ⑵ 接收机中必须具有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现“相位 共轭匹配”，即相位色散绝对值相同而符号相反，以消除输入回波信号的相位色 散。 第一个条件说明发射信号具有非线性的相位谱，提供了能被“压缩”的可能 性，它是实现“压缩”的前提；第二个条件说明压缩网络与发射信号实现“相位 共轭匹配”是实现压缩的必要条件。只有两者结合起来，才能构成实现脉冲压缩 的充要条件。 综上所述，一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发 射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包 括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱与相位谱）实现完全 的匹配。 根据这些要求，可用下面的框图来描述一个理想的脉冲压缩系统， 如图2.1 所示。