數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用

 引 言
    隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)雷達(dá)的作用距離、分辨率和測(cè)量精度等性能指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求。為了增加雷達(dá)系統(tǒng)的檢測(cè)能力，要求增大雷達(dá)發(fā)射的平均功率。在峰值功率受限時(shí)，要求發(fā)射脈沖盡量寬，而為了提高系統(tǒng)的距離分辨率，又要求發(fā)射脈沖盡量窄，提高雷達(dá)距離分辨率同增加檢測(cè)能力是一對(duì)矛盾。作為現(xiàn)代雷達(dá)的重要技術(shù)，脈沖壓縮有效地解決了雷達(dá)分辨率同平均功率間的矛盾，并在現(xiàn)代雷達(dá)中廣泛應(yīng)用。

1 雷達(dá)距離分辨率與信號(hào)帶寬的關(guān)系及脈沖壓縮
    雷達(dá)分辨率的概念由光學(xué)分辨率概念引申而來(lái)。人眼在觀察相鄰兩物點(diǎn)成的像時(shí)，要能判斷出是兩個(gè)像點(diǎn)而不是一個(gè)像點(diǎn)，則要求兩個(gè)衍射斑中心之間的重疊區(qū)有一定量的明暗差別，判別結(jié)果會(huì)因人而異。為了右一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，瑞利(Rayleigh)認(rèn)為：當(dāng)兩衍射斑的中心距正好等于第一暗環(huán)的半徑，人眼剛能分辨開這兩個(gè)像點(diǎn)。這也就是常說的瑞利判據(jù)。根據(jù)瑞利判據(jù)，兩個(gè)衍射斑的合成強(qiáng)度的最小值是孤立衍射斑最大值的0．735；人們認(rèn)為該判據(jù)過于嚴(yán)格，又提出了道斯(Dawes)判據(jù)和斯派羅(Sparrow)判據(jù)。道斯判據(jù)認(rèn)為當(dāng)兩衍射斑的合成強(qiáng)度的最小值為1．013，兩衍射斑附近強(qiáng)度最大值為1．045時(shí)，可分辨為兩個(gè)像點(diǎn)；斯派羅判據(jù)認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)衍射斑的合成強(qiáng)度剛好不出現(xiàn)下凹時(shí)，為可以分辨的極限。在雷達(dá)分辨率定義中遵循要求嚴(yán)格的瑞利判據(jù)。

    雷達(dá)發(fā)展的早期，雷達(dá)距離向的分辨率ρr表示為：

    在時(shí)域?qū)π盘?hào)進(jìn)行調(diào)幅或調(diào)頻，可以增大信號(hào)的等效帶寬。線性相位調(diào)制只能移動(dòng)載頻的位置而不能增大等效帶寬。脈內(nèi)線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、相位編碼、頻率編碼，脈沖調(diào)幅等非線性相位調(diào)制都是增大信號(hào)等效帶寬的有效方法。當(dāng)頻譜分量附加一隨頻率做非線性變化的相位值，則此寬帶信號(hào)將具有很長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。這種附加非線性相位的過程稱為信號(hào)的展寬過程。將展寬后的信號(hào)通過匹配濾波器，校正非線性相位值使之同相，在匹配濾波器輸出端將得到窄脈沖信號(hào)，這個(gè)過程稱為脈沖壓縮。匹配濾波器在脈沖壓縮技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用。下面對(duì)匹配濾波器的特性進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

2 匹配濾波器的特性
    設(shè)發(fā)射信號(hào)為s(t)，則其傅里葉變換式為：

    匹配濾波器的輸出為s(n)與h(n)的卷積，即脈壓結(jié)果。

   
    此外，為了抑制脈沖壓縮的旁瓣，通常要對(duì)匹配濾波器進(jìn)行加權(quán)；即將匹配濾波器的頻率響應(yīng)乘以某個(gè)適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，但旁瓣抑制是以信噪比損失及距離分辨率降低為代價(jià)的，所以只能在旁瓣抑制、主瓣加寬、信噪比損失、旁瓣衰減速度以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)難易等幾個(gè)方面折衷考慮，選擇合適的加權(quán)函數(shù)。

    另外根據(jù)時(shí)域卷積定理：

4 結(jié) 語(yǔ)
    脈沖壓縮是一種廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納和其他探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)，其本質(zhì)是一種頻譜擴(kuò)展的方法，以最小化的峰值功率，得到最大信噪比及目標(biāo)分辨能力。脈沖壓縮也被稱為匹配濾波，它是濾波器與接收信號(hào)的預(yù)期相位的匹配程度的體現(xiàn)。隨著高分辨率雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)脈沖壓縮技術(shù)又提出了新的挑戰(zhàn)。如何利用數(shù)字方式實(shí)時(shí)完成百兆級(jí)甚至千兆級(jí)帶寬脈沖壓縮，如何檢測(cè)被旁瓣淹沒的弱小信號(hào)，都是在雷達(dá)信號(hào)處理設(shè)計(jì)中遇到的并且需要著力解決的問題。