SQ-雷达系统(第一章 )

第一章雷达系统基础2023/2/511.1常见雷达波形1.2雷达信号模糊函数背景雷达依赖天线向空间辐射电磁波，并接收由目标散射的电磁波，以确定目标的存在。2023/2/52雷达发射的电磁波具有一定的形式：连续波或脉冲串，单频的或调频、调幅或相位编码的雷达波形要求要实现目标的有效检测，雷达信号波形必须同时满足以下条件：足够的能量足够的目标分辨率对需要的回波有很好的选择、屏蔽能力2023/2/53（看得准）（看得见）（选择、对抗能力）选择的雷达波形要与雷达用途、目标类型、目标环境“匹配”雷达系统及其波形雷达波形及其指标是决定任何雷达系统设计与性能的基本部分雷达系统设计考虑：2023/2/54工作频率应用类型、雷达硬件峰值功率脉冲时宽脉冲带宽重复频率调制类型极化方式连续波或脉冲硬件复杂程度

作用距离、系统灵敏度

待测目标尺寸

波形、环境匹配常见雷达波形介绍连续波（ContinuousWave，CW）脉冲（Pulsed）2023/2/55连续波雷达波形介绍CWRadar

发射连续的单频正弦波信号发射机与接收机同时处于工作状态通过多普勒频移发现目标

－可有效测量目标的速度单基系统存在收发隔离问题，双基系统较好简单的CW雷达无法测量距离

－波形缺乏“时间标志”2023/2/56连续波雷达波形介绍FMCWRadar

发射频率调制的连续正弦波发射机与接收机同时处于工作状态通过收发频率差拍发现目标

－可有效测量固定目标距离和速度单基系统存在收发隔离问题，双基系统较好2023/2/57脉冲雷达波形介绍PulsedRadar

发射机由发射脉冲开、关当发射机关闭时，接收机打开(单基地)在脉冲间的距离门上感知目标

－可有效测量目标距离和速度单基地系统的发射机与接收机隔离较好脉冲调制方式多样化利于雷达系统设计2023/2/58脉冲串是一种常见雷达波形

脉冲雷达波形介绍2023/2/59

脉冲重复频率：占空比：平均功率：发射脉冲串波形时可能产生距离模糊

脉冲雷达波形介绍2023/2/510脉冲雷达的最大无模糊距离：Rmax=cTr/2发射脉冲串波形时可能产生速度模糊

脉冲雷达的最大无模糊多普勒：fdmax=fr/2脉冲雷达波形介绍两大类脉冲串波形：相参脉冲串和非相参脉冲串

2023/2/511脉冲雷达波形介绍相参脉冲串频谱2023/2/512相参脉冲串频谱非相参脉冲串频谱脉冲雷达波形介绍

相参脉冲串雷达的速度模糊问题2023/2/513有多普勒频移的CW信号的频谱图相干脉冲串频谱(固定目标－无多普勒频移)中心波瓣滤波器有多普勒频移的目标回波将含有多普勒频移目标的中心波瓣区域展开脉冲雷达波形介绍脉冲重复频率(PRF)

2023/2/514PRF距离多普勒低不模糊模糊中模糊模糊高模糊不模糊不同类型PRF的距离、多普勒频率模糊特性PRF参差PRF交织在一个停留时间内有多种PRF常见雷达波形连续波信号相参脉冲串信号PRI捷变波形频率捷变信号

频率分集信号极化捷变信号双脉冲信号双路信号脉冲压缩信号分布频谱信号沃尔什函数信号冲激信号(《雷达系统》,向敬成.表1-1)2023/2/5151.1常见雷达波形1.2雷达信号模糊函数第一章雷达系统基础2023/2/516基本概念雷达分辨力

在多目标环境中，雷达区分两个或两个以上邻近目标的能力（距离、速度、角度进行分辨）。2023/2/517发射信号波形决定波形设计理论依据、工具天线方向图（波束）模糊函数信号固有分辨力基本概念模糊函数

研究雷达波形的数学工具，反映了雷达波形在距离和径向速度二维上的精度和分辨力

波形性能可通过所定义的分辨常数和模糊函数进行比较

模糊与分辨是对立概念。

2023/2/518目标分辨场景目标分辨问题

有两个相同的点目标A和B，它们相对雷达是视角相同的邻近目标

从距离和径向速度二维进行分辨2023/2/519发射信号为参考目标A为基准,则：A的回波复包络为B的回波复包络为为两个目标距离差对应的时间间隔为两个目标相对径向速度差对应的多普勒频移

距离模糊函数与距离分辨率衡量两个信号为“不同”的参数：均方差值2023/2/520设信号是

维几何空间中的点或矢量用两点间的距离度量点和点的可分辨程度对误差的均方，或均方差距离模糊函数与距离分辨率距离分辨问题描述2023/2/521A、B相对雷达径向速度相同仅有距离差时延以目标A为基准，则：A的回波信号为B的回波信号为当时，A、B完全不可区分用两个信号的均方差来衡量它们距离上的差别距离模糊函数与距离分辨率

均方误差

2023/2/522信号能量

取决于该积分式距离模糊函数定义：信号的复自相关函数数学上雷达上信号的距离模糊函数距离模糊函数与距离分辨率距离模糊函数分析：2023/2/523两个目标从距离上越难分辨易分辨两目标完全重合在一起，无法分辨（误认为单目标）

距离模糊函数特殊情况当时，反映了信号在距离上分辨能力2023/2/524距离模糊函数与距离分辨率显然，值或既与时延有关,也与波形函数有关要提高距离分辨率，在于设计一个信号函数使尽可能大，或尽可能小不可预知，不受雷达控制实际

距离模糊函数与距离分辨率最理想的2023/2/525时，最大化实际的在处最大；在位置，迅速降低冲激函数距离模糊函数与距离分辨率衡量波形距离分辨力的参数有：

－固有(或名义)距离分辨力

－延时分辨常数信号固有分辨力常用模糊函数的主瓣宽度定义。

如：3dB(半功率)主瓣宽度

对Sinc型模糊函数，还常采用4dB主瓣宽度采用固有分辨力定义的缺陷:

只考虑了主瓣内邻近目标的分辨能力，没有考虑旁瓣干扰对目标分辨的影响2023/2/526距离模糊函数与距离分辨率时延分辨常数的数学表达式定义为：

2023/2/527将主瓣、基底旁瓣和模糊瓣的全部能量都计算在内，再除以主瓣顶点的功率所得的时间宽度表示信号能量集中在区域的能力越趋近于冲激函数分辨力距离模糊函数与距离分辨率时延分辨常数的频域形式2023/2/528

：信号的自相关函数和功率谱是一对傅立叶变换对：帕斯瓦尔关系式频域形式为：的自相关函数

距离模糊函数与距离分辨率有效相关带宽定义：2023/2/529反映了

的能力逼近时域:频域

：反映了

1(均匀谱)（信号功率谱逼近均匀谱的能力）

表明波形

的频谱与冲激函数的频谱（均匀谱）的相似程度，故称频谱持续宽度。分辨力★有效相关带宽距离分辨力

表明信号距离模糊函数与冲激函数相似的程度。距离模糊函数与距离分辨率2023/2/530★

用信号的有效相关带宽或延时分辨常数来表示，而不是脉冲宽度★

宽脉冲与高距离分辨力不是不相容的，★关键在于信号的有效相关带宽★(如脉冲压缩信号)

宽的有效相关带宽反映高距离分辨力速度模糊函数与速度分辨率速度分辨问题描述2023/2/531A、B相对雷达距离相同

只有径向速度差多普勒频移以目标A为基准，则：A的回波信号为B的回波信号为仿照距离分辨率推导均方差速度模糊函数与速度分辨率速度模糊函数定义2023/2/532易分辨①波形主瓣宽度②多普勒分辨常数描述波形对相邻速度目标分辨力的参数：速度模糊函数与速度分辨率多普勒分辨常数定义2023/2/533反映速度模糊函数逼近冲激函数形状的能力速度模糊函数与速度分辨率多普勒分辨常数的时域表示形式2023/2/534根据帕斯瓦尔关系式、的频谱、频移特性：有效相关时间定义频域：反映的能力逼近时域：1(时宽无限长)反映有效相关时间速度分辨力★信号在时域上持续宽度越大，速度分辨能力越强关于距离、径向速度分辨力的结论结论1：信号频谱越宽，距离分辨力越高结论2：信号时域持续期越宽，速度分辨力越好2023/2/535对常规脉冲信号而言：时宽

频宽有没有时宽、频宽都大的信号？如，LFM、相位编码等脉冲信号距离-速度模数函数与其联合分辨力距离-速度二维联合分辨问题定义2023/2/536点目标A和B同时存在距离差和速度差，即以目标A为基准，则：A的回波信号复包络为B的回波信号复包络为同理，可得均方差误差为：信号复包络的时间-频率复合自相关函数距离-速度模数函数与其联合分辨力距离-速度二维模糊函数定义2023/2/537目标易分辨信号的距离-速度联合分辨力模糊图函数(完全描述了相邻目标的模糊度或可分辨性)模糊图在某一高度上的截面(即二维模糊图)模糊度图由绘成的时延-频移-功率幅度三维空间图形模糊图距离-速度模数函数与其联合分辨力高斯信号举例：模糊图、模糊度图2023/2/538模糊图-3dB截面高斯信号的归一化模糊图高斯信号的模糊度图①A、B恰好可分辨②A、C完全可分辨③A、D不可分辨DD距离-速度模数函数与其联合分辨力用模糊度图判别两个目标可分辨的方法2023/2/539通常以一个目标为参考，即位于原点处，另一目标以相对为变量进行绘制。若另一目标的相对值落入着色区域之外，则认为两目标可分辨。若另一目标的相对值落入着色区域之内，则认为两目标不可分辨。如，目标B或C如，目标D模糊度图判别模糊很直观模糊区域距离-速度模数函数与其联合分辨力模糊图函数性质(5个)2023/2/540性质①原点对称性模糊曲面关于原点中心对称物理意义性质②

原点极大值模糊图函数

最大值位于处物理意义模糊图函数最大点就是均方差准则的最小点，即最难分辨点物理意义距离-速度模数函数与其联合分辨力2023/2/541性质③模糊体积不变性(模糊原理)模糊曲面下的总体积只取决于信号能量，而与信号形式无关。物理意义物理意义短脉冲长脉冲在信号能量相同的情况下，适当选择信号形式满足雷达工作环境及功能的要求。例如，在需要分辨目标的区域内使模糊图的体积分布小些，从而提高分辨力。折衷线性调频脉冲压缩技术距离-速度模数函数与其联合分辨力2023/2/542性质④

变换性——波形变化对模糊函数的影响时域平方相位项模糊函数相对于

轴旋转、拉长频域平方相位项模糊函数相对于

轴旋转、拉长时间比例变化的影响频率比例变化的影响距离-速度模数函数与其联合分辨力2023/2/543性质⑤

轴切割性->距离模糊函数->速度模糊函数

几种典型信号的模糊函数恒载频矩形脉冲信号2023/2/544复包络：(单位能量)几种典型信号的模糊函数2023/2/545恒载频矩形脉冲信号模糊图“正刀刃型”模糊函数几种典型信号的模糊函数2023/2/546根据模糊函数性质⑤的轴切割特性，得：距离模糊函数：速度模糊函数：几种典型信号的模糊函数2023/2/547轴的切割图形轴的切割图形距离模糊函数速度模糊函数几种典型信号的模糊函数恒载频矩形脉冲信号模糊函数特点2023/2/548a.模糊度图近似为椭圆;b.长轴()为，取决于信号时宽;c.短轴()为，取决于信号带宽。信号时宽

轴距离分辨力轴多普勒分辨力恒载频矩形脉冲信号难以使分辨同时达到最佳。几种典型信号的模糊函数线性调频矩形脉冲信号2023/2/549模糊函数性质④:线性调频脉冲信号的模糊函数：复包络：

b是线性调频的

频率变化率脉冲宽度内的调频带宽为：几种典型信号的模糊函数2023/2/550线性调频脉冲信号的模糊函数：恒载频矩形脉冲信号模糊图线性调频矩形脉冲信号模糊图“斜刀刃型”模糊函数几种典型信号的模糊函数2023/2/551线性调频矩形脉冲信号——轴的切割图恒载频矩形脉冲信号——轴的切割图τ轴切割特性：模糊瓣更窄几种典型信号的模糊函数2023/2/552恒载频矩形脉冲信号——轴的切割图线性调频矩形脉冲信号——轴的切割图fd轴切割特性：模糊瓣相同几种典型信号的模糊函数线性调频矩形脉冲信号模糊函数特点2023/2/553a.模糊度图近似为椭圆，但是旋转了一个角度;b.坐标原点附近两个坐标轴宽度可分别由信号带宽(τ轴)和

信号时宽(fd轴)加以控制结论：距离分辨力不一定与宽脉冲不相容，关键是

信号带宽()距离分辨力时宽、带宽分别独立设计(LFM)距离分辨与速度分辨几种典型信号的模糊函数恒载频矩形脉冲串信号——均匀脉冲串2023/2/554复包络：，其中其模糊函数为：表示脉冲之间的间隔几种典型信号的模糊函数2023/2/555均匀脉冲串信号模糊图（板钉型）几种典型信号的模糊函数2023/2/556轴切割图形轴切割图形周期周期包络包络几种典型信号的模糊函数均匀脉冲串信号模糊图特点2023/2/557脉冲时宽脉冲带宽主峰副峰几种典型信号的模糊函数均匀脉冲串信号模糊图特点2023/2/558a.在中心处有一个主峰，横截面是椭圆形，其

长轴与成正比，短轴与成正比；b.除了主峰，还有许多副峰，在方向，相邻两峰间隔为

重复周期；在方向，相邻两峰间隔为；c.多脉冲序列使模糊函数分成一个为主的中心椭圆和许多

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