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。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 ,这两个信号参数基本上是独立的,因而可以分别加以选择来满足战术要求。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”。文献综述
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影响。
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。
2.2 线性调频脉冲信号
线性调频脉冲信号是目前在工程应用上最广泛的、技术最成熟的一种脉冲压缩信号。他的优点是对回波信号的多普勒频移不敏感, 因而可以用一个匹配滤波器来处理具有不同多普勒频移的信号, 这将大大简化信号处理系统, 并且该信号容易产生和处理;缺点是具有较大的距离和多普勒交叉耦合, 通常要进行加权处理使压缩脉冲时间副瓣降低到允许的电平。
线性调频矩形脉冲信号的复数表达式如下式所示: (2.1)
A为信号的复包络, τ为脉冲宽度。
由信号表达式(2.1)可以推导出信号的瞬时频率为: (2.2)