【正文】 脈沖寬度 τ來增加信號(hào)能量 ， 而同時(shí)用增大調(diào)頻寬度 BM的辦法 ， 保持輸出脈沖寬度在允許的范圍內(nèi) 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 通過匹配濾波器后，脈沖的寬度變窄，輸出端的最大瞬時(shí)信噪比為 )()(202m a x tntsdoo?式中 ??? dNHtn o 2|)(|2 1)( 022 ? ????其中， N0為白噪聲功率譜密度。 ??????線性調(diào)頻信號(hào)輸入脈沖寬度 τ與輸出脈寬 τ′之比通常稱為壓縮比 D，即 MMBBD ???? ??? /139。 匹配波濾器輸出脈沖 4dB間的寬度 τ′=2t′， 而 ， 則壓縮后脈沖寬度 ， BM為信號(hào)調(diào)頻寬度 。 它是一個(gè)固定載頻 f0的信號(hào) ， 其包絡(luò)調(diào)制函數(shù)如 ()式所示 。2|39。(02202022/2/39。1239。239。s i n39。2s i n39。2/202202/39。239。239。2c o s39。)39。()()]([)()39。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 線性讞頻信號(hào)的包絡(luò)是寬度為 τ的矩形脈沖 ， 但信號(hào)的瞬時(shí)載頻是隨時(shí)間線性變化的 。 為了強(qiáng)調(diào)這種技術(shù)的重要性 ， 往往把采用這種技術(shù)的雷達(dá)稱為脈沖壓縮雷達(dá) 。 這種信號(hào)稱為脈沖壓縮信號(hào)或稱為大時(shí)寬帶寬積信號(hào) 。 因此距離分辨力取決于所用信號(hào)的帶寬 B。 但應(yīng)該注意到 ， 在簡單矩形脈沖條件下 ， 脈沖寬度 τ直接決定距離分辨力 。 這時(shí)脈沖信號(hào)能量 E=ptτ， Pt為脈沖功率 ， τ為脈沖寬度 。根據(jù)傅里葉變換式 2|)(|)( fSuy s ?以及巴塞瓦爾定理， At可改寫為 244|)(||)(|???????????????dffSdffSA ?其量綱為時(shí)間 ， 而距離分辨力取決于信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu) 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 信號(hào)自相關(guān)函數(shù) ys(t)與其頻譜 si(f)的關(guān)系為 dfefSdtutstsuCuy fujiiisss ?22)()()()()39。 為了充分利用輸入信號(hào)能量 ， 也應(yīng)選擇 to≥ts， 即輸出達(dá)到最大峰值的時(shí)間 ， 必然在輸入領(lǐng)事全部結(jié)束之后 ， 即充分利用了信號(hào)的全部能量 。 匹配濾波器輸出端可獲得的信號(hào)噪聲功率比的最大峰值可求得為 0m a x2NEd ??輸出噪聲平均功率信號(hào)輸出功率最大峰值式中， E為輸入信號(hào)能量， ttsffSE ii d|)(|d|)(| 22 ?? ?????? ??若按發(fā)射機(jī)峰值功率的定義 (高頻周期平均值 )，則匹配濾波器輸出端的信噪比 039。第 9 章 高分辯力雷達(dá) 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 高距離分辯力信號(hào)及其處理 合成孔徑雷達(dá) (SAR) 逆合成孔徑雷達(dá) (ISAR) 陳列天線的角度高分辯力 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 高距離分辨力信號(hào)及其處理 當(dāng)濾波器輸入端為信號(hào)和噪聲的混合物時(shí)， 即 )()()( tntstx i ??先設(shè)噪聲為均勻白噪聲 ， 其雙邊功率譜密度為 Pn(f)=No/2。m a x NEd ??輸出噪聲平均功率輸出信號(hào)峰值功率第 9 章 高分辯力雷達(dá) 說明輸出端最大信噪比只取決于輸入信號(hào)能量 E和輸入噪聲功率譜密度 ， 而和輸入信號(hào)形式無關(guān) 。 匹配濾波器輸出 y(t)是輸入 x(t)和 h(t)的卷積， 即 )()()()()]()()[()()()(000ttCttCtytyduutnutsutsduutxuhtysnssnsii????????????? ? ??????? 從原理上講 ， 匹配濾波器等效為一個(gè)互相關(guān)器 ， 它的輸出是信號(hào) si(t)的自相關(guān)函數(shù)及信號(hào)和噪聲的互相關(guān)函數(shù) 。( ?? ???? ???即自相關(guān)函數(shù)是信號(hào)功率譜的傅里葉變換 ， 信號(hào)頻譜愈寬時(shí) ， 其時(shí)域上的自相關(guān)函數(shù)愈窄 ， 相應(yīng)的距離分辨力愈高 。 例如 ， 簡單矩形脈沖寬度為 τ時(shí) ， 可計(jì)算得其 Aτ=2τ/3， 線性調(diào)頻脈沖其調(diào)頻帶寬為 Bm時(shí) ， Aτ= 1/Bm。 當(dāng)要求雷達(dá)探測目標(biāo)的作用距離增大時(shí) ， 應(yīng)該加大信號(hào)能量 E。為保證上述指標(biāo) ， 脈沖寬度 τ的增加會(huì)受到明顯的限制 。B愈大 ， 距離的分辨力越好 。 因?yàn)槊}沖內(nèi)有附加調(diào)制后 ， 其脈寬 τ和帶寬 B的乘積大于 1， 一般采用 Bτ1。 為獲得高的距離分辨力 ， 必須采用脈沖壓縮信號(hào) 。 瞬時(shí)角頻率 ωi為 tdtdi ???? ??? 0() 在脈沖寬度 τ內(nèi) ， 信號(hào)的角頻率由 變化到 ， 調(diào)頻的帶寬 。( 0將 ?????? ????????? ???????????????????2)39。(2c o s2)(2020txtxtxr e c tAtxsxxxr e c tAxsii?????代入上式后 ， 再展開三角函數(shù) 。139。39。39。2/2tftttkAtxtttkAdxtxttkAtstto?????????????????????????????????????????????????????第 9 章 高分辯力雷達(dá) () 39。39。239。239。239。202202/39。|139。 當(dāng) t′τ時(shí) ， 包絡(luò)近似為辛克 (sinc)函數(shù) 39。 可見壓縮后的脈寬反比于 BM， 而與輸入脈寬無關(guān) 。() 它就是信號(hào)的時(shí)寬頻寬積 。匹配濾波器的頻率響應(yīng) 02)(*)( ftjekSH ??? ??所以 2)(2|)(|22)(022202*202ENkdttskNdSkNtn o??????????????第 9 章 高分辯力雷達(dá) 式中， E為信號(hào)能量。 ?221 AE ?第 9 章 高分辯力雷達(dá) 下面討論線性讞頻信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器后信號(hào)幅度的變化 。39?？梢娸敵雒}沖振幅增大到 倍。 f0 附近 。 dtttffjAfS i ??? ???????????? ??? 2/2/20 2)(2e xp2)(????將積分項(xiàng)內(nèi)指數(shù)項(xiàng)進(jìn)行配方， 202020200220)(2122)(222)(2?????????????????????????????? ??????????? ?????????????????? ???????tttttff第 9 章 高分辯力雷達(dá) 所以 dttjjAdtjtjAfSi????????????????????? ???????? ??????????????????????? ???2/2/20202/2/20202e x p2)(e x p2)(22e x p2)(??????????????????為查表方便起見，設(shè) xt ????? ????????? ?? 0則 dxdt???第 9 章 高分辯力雷達(dá) 于是正頻率軸上頻譜可寫為 dxxjjAfSXXi ??? ??????????? 21 2e xp]2)(e xp [2)(220 ??????積分上、下限分別為 ? ? ? ????????????? 02012,2?????? XX最后得到頻譜表示式為 )]()()()]([2)(e x p2)(221120XjSXCXjSXCjAfS i????????? ?????????第 9 章 高分辯力雷達(dá) 式中 ?? ?? XX dyyXSdyyXC 02022s i n)(,2c os)(??為菲涅耳積分，它的數(shù)值可在專門的函數(shù)表上查找。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 由式 ()出發(fā) ， 可討論線性讞頻信號(hào)頻譜 (正頻域部分 )的幅相特性 。 即 表示線性調(diào)頻信號(hào)特征的 ， 是其頻譜的平方律相位項(xiàng) Φ1(ω)， 在正向斜率調(diào)頻的情況下 ， ????? 201)()( ???具有與頻差 (ωω0)成平方關(guān)系而和調(diào)頻斜率 μ成反比的滯后相位。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) (2) 相位特性的特點(diǎn)是和平方相位項(xiàng)共軛，然后再加一個(gè)遲延項(xiàng)，即 0202)()( tf ?????? ????濾波器的群遲延特性為 00)()( tddT ff ??????????? () 即要求濾波順具有色散特性 ， 群遲延值應(yīng)隨著頻率的增加而減小 ， 再加上遲延 t0， 以保證在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)群遲延值均是負(fù)值 。 除主瓣外 ， 還有在時(shí)間軸上延伸的一串副瓣 。 因此能否成功地使用線性調(diào)頻脈壓信號(hào) ， 就依賴于能否很好地抑制時(shí)間副瓣 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 求最佳的頻譜函婁來得到所需輸出波形的問題是和低副瓣天線設(shè)計(jì)問題相同的 。 所得天線方向圖 E(υ)和 sinυ的關(guān)系與匹配濾波器輸出端波形和時(shí)間的關(guān)系相同 。 第 9 章 高分辯力雷達(dá) 作為一般的原理 ， 對于任一所需輸出時(shí)間函數(shù) so(t)， 其所要求的頻譜函數(shù)可由傅里葉變換對得到： dttjtsW o? ??? ?? )e xp ()()( ??根據(jù)這個(gè)公式可求所出要求的 W(ω)。與上面的泰勒加權(quán)很接近，其加權(quán)函數(shù)為 ????? 2c )( ??HW() 經(jīng)哈明加權(quán)后 ， 所得時(shí)間函數(shù)的副瓣較主峰值低 ， 而 3 dB的主瓣脈沖寬度為不加權(quán)矩形頻譜時(shí)的 倍 。 其組成方框見圖 (a), (b)。 激勵(lì)脈沖的選擇應(yīng)當(dāng)使擴(kuò)展以后的信號(hào)合乎線性調(diào)頻的要求 ， 即在擴(kuò)展濾波器頻帶范圍內(nèi)具有均勻的頻譜 。 如果想在收發(fā)系統(tǒng)中采用相同頻率特性的濾波器分別作擴(kuò)展和壓縮之用 ， 則可在接收機(jī)中匹配濾波器之前 ， 加一個(gè)旁頻反轉(zhuǎn)電路 ， 如圖 所示 。 常規(guī)雷達(dá)的距離延遲是相對主脈沖而言的 ， 因此脈沖重復(fù)頻率觸發(fā)與模氦示產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)的壓控振蕩器 (VCO)或脈沖展寬濾波器之間的任何時(shí)間抖動(dòng) ， 都會(huì)變換成相鄰脈沖間的相位誤差數(shù)據(jù) 。 下面舉例說明高分辨力雷達(dá)對電路時(shí)間抖動(dòng)的要求：雷達(dá)工作頻率 f0=10GHz (λ=3 cm)， 中頻為 750 MHz、 線性調(diào)頻信號(hào)帶寬為 pst 136010 129 ???????? ??第 9 章 高分辯力雷達(dá) 即允許時(shí)間抖動(dòng) Δt=3ps， 時(shí)間抖動(dòng)是由 PRF源的頻率不穩(wěn)以及線性調(diào)頻信號(hào)形成電路時(shí)間不穩(wěn)所引起的 。 不然 ， 就需要附加的頻率線性化 、 溫控及標(biāo)準(zhǔn)方法 ， 這就會(huì)使設(shè)備復(fù)雜并使可靠性下降 。 表聲器件是 20世紀(jì) 60年代以后發(fā)展起來的一種新型器件 ， 它的突出優(yōu)點(diǎn)是體積小 ， 工作可靠 ， 器件制作的重復(fù)性好 。 當(dāng)交流信號(hào)輸入時(shí) ， 由于壓電效應(yīng)使指條之間材料產(chǎn)生形變 ， 這種周期性形變成為超聲波傳播 ， 其頻率等于信號(hào)頻率 。 高頻成分在換能器的稠密部分產(chǎn)生和接收 ， 而在叉指的稀疏部分則產(chǎn)生和接收較低的頻率分量 。 常用這種加權(quán)濾波器來抑制壓縮后的距離副瓣強(qiáng)度 。