雷达原理---线性调频信号（LFM）的引出

线性调频信号的引出

随着现代武器和现代飞行技术的发展，对雷达的作用距离、分辨力和测量精度等性能提出了越来越高的要求。

要求：

雷达信号分析表明，在实现最佳处理并保证一定信噪比的条件下，测距精度和分辨力对信号形成的要求是一致的。测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构。为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。
而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时间结构。为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。
根据匹配滤波器理论，当白噪声功率密度N0N_0N0给定时，匹配滤波器输出的最大信号噪声比为2E/N02E/N_02E/N0。为了提高信号的检测能力，要求信号具有较大的能量EEE。但是由于发射机、馈线系统等对峰值功率有严格限制，因此只有靠加大信号的时宽来增大信号能量EEE。

问题：

由于常规雷达采用单一载频的脉冲调制信号，信号时宽τ\tauτ和带宽BBB的乘积近似为111，因此用这种信号不能同时得到大的时宽和带宽，测距精度和距离分辨力、测速精度和速度分辨力以及检测能力之间存在着不可调和的矛盾。

解决方法：

为了解决上述矛盾，必须采用具有大时宽带宽乘积的较为复杂的信号形式。如果在宽脉冲内采用附加的频率调制或相位调制，则可以增加信号带宽BBB，实现Bτ≫1B\tau\gg1Bτ≫1。在接收信号时，用匹配滤波器进行处理，将宽脉冲压缩成宽度为1/B1/B1/B的窄脉冲。这样既可以提高雷达的检测能力，又解决了测距精度与距离分辨力之间，以及测速精度与速度分辨力之间的矛盾。

目前，经常使用的大时宽带宽信号有线性调频信号（LFM）、非线性调频信号（NLFM）以及相位编码信号（PSK）等。

线性调频信号是使用最广泛的一种波形，这是因为：一方面其波形容易产生；另一方面，脉冲压缩的形状和信噪比对多普勒频移不敏感。但其主要缺点是多普勒频移会引起距离的实在变化。此外，为了将压缩脉冲的时间旁瓣降至允许的电平，通常需要加权，但在时间或频率加权时将引起111~2dB2dB2dB的信噪比损失。

非线性调频的最大优点是对所设计的波形进行调频可获得所要求的幅度频谱，故对于距离旁瓣抑制而言，非线性调频不需要时间或频率加权，匹配滤波接收和低旁瓣在设计中是一致的，因此可以消除通常采用失配技术加权所产生的信噪比损失。非线性调频的主要缺点是系统比较复杂，为了达到需要的旁瓣电平，对每个幅度频谱需要分别进行调频设计。

相位编码信号不同于调频信号，它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。这些子脉冲宽度相等，但各以不同的相位被发射。每个子脉冲的相位是依照相位编码来选择的。应用最广泛的相位编码信号时二进制编码。二进制编码是由111和000或+1+1+1和−1-1−1的序列组成的。波形信号的相位在0°0°0°和180°180°180°之间交替变换，其规律是依照相位编码各自的次序（111和000或+1+1+1和−1-1−1）变化。相位编码信号主要包括巴克编码信号、MMM序列编码信号、LLL序列编码信号等。二进制编码通常由于发射频率与子脉冲宽度的倒数不是整数倍，因此倒相点是不连续的。此外，由J.W.Taylor提出的一种雷达相应编码波形以子脉冲具有半余弦形状和相邻子脉冲间的相位变化限制在+90°+90°+90°和−90°-90°−90°以特征，故叫作四相连续相位编码，通常称作泰勒码。由于泰勒码的幅度恒定（除前、后沿外）、相位连续、分段线性，因此这类信号的性能（包括信号频谱宽度和衰降、距离采样损失以及接收滤波的失配损失等方面）要优于二进制编码。由于编码波形具有良好的低截获概率（LPILPILPI）特性，因此在现代雷达中受到了人们的重视。

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