典型雷达信号的波形仿真和分析

  摘要：随着经济和科技水平的快速发展，雷达是现代战争不可或缺的探测工具，历次战争都证明具有良好目标探测与识别能力的雷达对战争态势的塑造具有决定性作用。雷达通过接收和处理目标反射的电磁波来获取目标信息，其发射波形关系到反射波中包含信息的多少，因此，发射波形对雷达性能有重要影响。 

         关键词：无线电监测；雷达信号；分析

 引言

         随着无线电监测业务的不断发展，有必要对雷达信号的监测和分析给予关注。本文首先给出典型雷达信号的分类。由于雷达信号的特殊性，以及无线电监测技术的不断发展和扩展，有必要对雷达信号的监测予以关注。本文结合无线电监测设备和监测业务的需要，针对常见的雷达信号进行简要介绍，梳理其主要分类和类型，重点分析雷达信号波形的特殊性，并与常规的通信类信号进行比较，最后针对雷达信号监测对无线电监测设备和监测技术的特殊要求进行简要分析。

         1一般雷达波形

         雷达自散射回波提取的有关目标的信息取决于雷达发射波形和接收波形参数，即取决于信号幅度、频率和相位以及电波的极化特性.目标通过与波的相互作用将信息由回波传递给雷达，因此也改变了入射电波的波形参数.对发射信号波形参数进行设定，又测出接收信号的波形参数以及这两组参数的相互关系，就能获得目标传递给电波的所有信息.因此，雷达波形参数在很大程度上决定了雷达检测目标的能力.众所周知，连续的正弦波信号不含任何信息.但是连续波信号与目标相互作用后最重要的结果是改变了传播方向，有部分能量回到雷达接收机，使雷达能够确定目标的存在及其方向.如果目标运动具有径向速度，就要进一步改变信号的频率，即回波产生了多普勒频移，由测量回波信号的多普勒频移就能确定目标运动的径向速度.然而，采用连续波的雷达测不到目标距离.必须将发射信号加上“时间标志”，即对发射波形进行调制，才可能测量目标距离.发射信号通常的调制方式是幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）.下面分别简要介绍这些调制技术及其波形参数之间的关系。

         2雷达信号波形分析

         2.1脉冲雷达信号

         非相参的脉冲信号是最为简单的一类雷达信号，也是早期雷达普遍采用的信号形式。通常这种信号的脉宽是固定的，脉冲重复频率也是固定的，因此分析起来也是最简单的。相对脉冲雷达信号，脉冲多普勒雷达信号针对脉冲间的相位进行严格约束，由此可获取更为精确的目标径向速度。脉冲多普勒的雷达可在强静态杂波背景下检测动目标，这在雷达目标探测方面具有重要意义，著名的动目标显示（MTI）雷达即基于该方式工作。

         2.2计算脉内信号的ＲＦ隐身因子

         提取辐射源单一周期内的脉内信号。该线性调频信号的中心频率为９．５ＧＨｚ，带宽为６ＭＨｚ。设该脉内信号有Ｎ２个周期，提取每个周期的幅度Ａ、频率ｆ和相位参数φ，分别组成长度为Ｎ３的瞬时幅度矢量Ａ、瞬时频率矢量Ｆ和瞬时相位矢量Ф。的瞬时幅度矢量Ａ、瞬时频率矢量Ｆ和瞬时相位矢量Ф的长度均为950000。该数字是雷达发射信号在一个脉冲内的周期数，是由脉冲宽度、线性调频信号的中心频率和调频率决定的，如果改变了其中某一个或几个参数，这个数值也就改变了，比如变为900000等，都是可行的。为便于观察，将各序列的前60个数据进行放大显示，前60个数据对应脉内信号的前60个周期，因此可以将前60个数据视为一个线性调频信号。该线性调频信号的瞬时幅度和瞬时相位都不随脉内周期变化，其瞬时频率随脉内周期线性变化。

         2.3激光束投影点相关信息的获取

         获得激光束在目标场景中的投影点后，经过简单运算即可得到投影点的相关信息。参与激光雷达信号与目标场景作用过程建模的主要包括投影点距激光源的距离、表面反射率、子光线相对于目标场景表面法线的入射角，为方便表述，定义激光束投影点距激光源的距离为子距离像，投影点表面反射率为子强度像。由于激光束中心方向的俯仰角为９０°，近似于垂直入射，因此入射角普遍较小，对应于各个投影点。

         2.4线性调频信号

         无线电监测行业对于线性调频信号并不陌生。很多考场作弊信号采用了一种特殊的扩频机制，即线性调频。这类考试作弊发射设备采用了美国SiliconLabs公司的基于线性调频扩频通信的单芯片集成方案，而该公司基于该扩频主推的其实是物联网应用，该公司也是LoRa标准的牵头者。通过线性调频处理，通信链路可获得更强的通信抗干扰能力。而线性调频应用到雷达领域，可解决窄脉冲信号目标探测距离较短、宽脉冲信号距离分辨率太低的矛盾。单从频谱上很难看出线性调频信号的特征，这类信号的特征用时频联合分析的方法表示最为合适。可以明显看到在一个脉冲的时间间隔内，线性调频信号瞬时频率随时间是线性变化的。

         2.5其他种类的雷达信号波形

         以上是几种基本、典型的雷达信号波形类型。基于这些基本类型，可组合和衍生出更多形式的雷达信号波形。比如针对脉冲宽度和脉冲间隔，有重频参差、重频抖动、重频滑变、重频跳变等多种形式。另外，同时结合相位和频率，还有线性调频+频率编码（LFM-FSK）、频率编码+二相编码（FSK-BPSK）、线性调频+二相编码（LFM-BPSK）等多种混合调制方式。其主要目的就是给敌方的雷达信号分选识别增加难度，雷达设备的反侦察抗干扰能力因此得到增强。

         结语

         在实际处理过程中，可能预先并不知道目标（希望探测到的物体）回波信号处于什么样的距离范围内，这时回波信号和距离选通范围就有可能产生错位的情况，即有可能探测不到目标信号或只探测到目标信号的一部分。因此，如何实现距离选通门限与目标回波信号的位置关系建模成为全波形激光雷达回波信号建模仿真中的关键技术之一。由于二者在时间域都有一定的长度，可能出现的位置关系多种多样，无法简单地用“包含或非包含”、“前或后”来表述，需要结合实际探测中二者的位置关系和建模仿真中的具体实现方法，进行分类建模和分析。首先，按照回波信号开始时间和距离选通门限开始时间的关系可分为两大类，即前者小于后者和前者大于后者；其次，在每一大类中考虑回波信号结束时间与距离选通门限的位置关系，进一步细化可能出现的位置关系类型并涵盖全部可能性。为提升雷达的性能，解决实际中碰到的问题，更好地在探测对方的同时不被对方探测和干扰，雷达信号的波形设计花样百出，变得越来越复杂，这为雷达的实际使用带来了很多好处，同时也大大增加了雷达信号监测和分析的难度。信号接收设备和信号分析处理技术需要与时俱进，才能更好地分析和处理雷达信号，才能及时跟上雷达技术和雷达信号不断演进的脚步。

         参考文献：

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         ［3］秦楚雄，张连海．基于ＤＮＮ的低资源语音识别特征提取技术［Ｊ］．自动化学报，２０１７，４３（７）：１２０８－１２１９．