1、 1 第二章 脉冲压缩 2.1 概述 表 2.1 窄脉 冲高距 离分辨 力雷 达的能 力 距离分 辨力 ：通 常在 距离 上比在 角度 上更 容易 分离 （分辨 ）多 个目 标 距离精 度： 具 有良 好分 辨力的 雷达 同样 具有 良好 的距离 精度 杂波衰 减： 通 过减 少与 目标回 波信 号相 竞争 的分 布式杂 波量 可以 提高 目标- 杂波比 杂波内 可见 度： 对一 些 “ 片状” 类陆 地和 海杂 波， 高分辨 力雷 达可 在杂 波片 间的清 晰 区 域 中 检测 运动 目标 多普勒 容错 ：采 用窄 脉冲 波形时 ，运 动目 标的 多普 勒频移 与接 收机 带宽 相比 显得很
2、 小; 因而 只 需要 单个 匹配滤 波器 检测 最小作 用距 离： 窄脉 冲可 以使雷 达以 最短 小的 距离 工作。 它也 可以 减小 高脉 冲重复 频 率 雷 达 的盲 区（ 重叠） 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 / T 。 带宽 B 与压缩后的脉冲宽度
3、 的关系为 1/ B 。 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： 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 1 B ,这两个信号参数基本上是独立的， 因而可以分别加以选择 2 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 av P 增加了信号能量，因此扩大了探测距离。 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
4、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” 。 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： 最小作用距离受脉冲宽度 限制。 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。 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 30dB35dB 以上，但将有 1dB3dB 的信噪比损失。 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
5、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： 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. 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
6、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。 根据这些要求，可用下面的框图来描述一个理想的脉冲压缩系统， 如图 2.1 所示。 3 0 压缩网络 () i U () o U () H 图 2.1 理想 脉冲 压缩系 统 在理想脉冲压缩系统模型中， 我们假定在电波传播和目标发射过程中， 以及 在微波通道、 收发天线和压缩网络前的接收通道传输过程中， 信号没有失真， 而 且增益
7、为 1。 因此， 接收机压缩网络输入端的目标回波脉冲信号就是发射 脉冲信 号，其包络宽度为 ，频谱为： () ( ) | ( ) | i ii j U U e 压缩网络的频率特 性为 () H ，根据匹配条件应满足下式： 0 ( ) 2 ( )= | ( )| i d i j j ft H K U e e 式中，K 为比例常数， 使幅频特性归一化， 0 d t 为压缩网络的固定延时。 经压 缩后输出信号包络宽度被压缩成 0 ，峰值提高了。脉冲压缩的输出表达式为： 2 0 0 2 ( ) ( ) ( ) | ( )| d ii j ft U U H K U e 必须指出 ，这是 一 种理想情 况
8、，在 实际实 现时往往 不可能 得到完 全的匹配， 迫使系统工作在一定程度的“失配”状态下。 有两种方法可以描述脉冲压缩雷达的工作。 一种是根据模糊函数， 对宽脉冲 进行调制以提高它的带宽。 接收时调制过的宽脉冲信号通过匹配滤波器。 通过分 析模糊图就可以得到它的距离分辨力。 幅度恒定的线性调频脉冲信号是得到广泛 应用的脉冲压缩波形的一个例子，如图 2.2 所示。 4 d f d R f kT R T T 1/T 1/B B T _ T图 2.2 一个 宽度 为 T 、 带宽 为 B 的 单个 线 性频 率调 制脉 冲的 二维 模糊图 它的模糊图表明宽度为 T 的宽脉冲提供的压缩脉冲宽度等于
9、1/B 。 另一种描述脉冲压缩的方法是线性调频脉冲压缩。 对宽脉冲进行调制， 可被 认为沿着 脉冲的 不同部 分在相位 或频率 上设置 不同的“ 标志” 。例如 ，线性调频 信号在频率上的变化是沿着脉冲分布的， 使得脉冲的每一小段对应于一个不同的 频率。 调制脉冲通过一条色散延迟线， 该延迟线的延迟时间是频率的函数， 脉冲 的每一段都经过不同的延时， 这样在色散延迟线中， 脉冲的下降沿可能被加速而 上升沿被减速，以便它们“走到一起” ，从而完成脉冲压缩。 5 2.2 线 性调频（LFM)脉冲压缩 2.2.1 引言 发射机 频率 调 制 混 频 器 LO 中频放大 器 脉冲 压 缩 滤 波器 检
10、波 器 视频 放大 器 到显 示器 R T 天线图 2.3 一个 线性 调频 脉冲 雷达的 方框 图 幅 度 A T 1 t 2 t 时 间（a ） 发射 波形 1 t 2 t 时 间 频 率 2 f 1 f B(b) 发射 波形 的频 率与 时 间的关 系 6 时 间 幅 度（c ） 线 性调 频波 的 表示 时间 幅 度 BT 2 B(d ） 脉冲 压缩 滤波 器的 理论输 出 频 率 1 t 2 t 时间 1 f 2 f B(e) 图 2.4 线性 调频 脉 冲压缩 7 图 2.3 是线性调 频脉冲 雷达的 框图 ，图 中除了 发射机 是调 频的 且接收 机里 有一个脉冲压缩滤波器外，
11、该框图与常规雷达框图相似。 目前通常是产生低功率 的调频波形并由功率放大器进行放大。发射波形图 2.4(a)由恒定幅度 A 和周 期T 的矩形脉冲组成。 在脉冲的持续期间内， 频率从 1 f 线性增加到 2 f 图 2.4(b), 有时称为上线性调频。 反之， 频率随时间线性 下降称为下线性调频。 图 2.4(c) 给 出随时间变化的波形。 接收时， 调频信号通过一个脉冲压缩滤波器。 相对于脉冲 前沿的较低频率，滤波器加快了在脉冲后沿较高频率的速度，以便信号压缩到 1/B 宽度， 其中 21 B f f 图 2.4 （d）脉冲压缩滤波器 是一个匹配滤波器， 因 此， 其输出包络 （不考虑噪声）
12、 是输入信号的自相关函数。 在这种情况下， 输出 与 (sin ) / Bt Bt 成 正 比 。 脉 冲 在 通 过 滤 波 器 后 ， 脉 冲 的 峰 值 功 率 提 高 了 脉 冲 压 缩比 / B TT 倍。 2.2.2 线性调频脉 冲 压缩的基 本原理 线性调频脉冲压缩的基本原理可用 图2.5 说明。 8 i u 0 t f 1 f 2 f 0 1 d t 2 d t d t 0 t 1 f 2 f 2 d t 0 1 d t 0 f f 0 u 1 f 2 f A d t f 0 i u 0 u ) (t ) (t 0 0 A (a) 接收机输入 高频脉冲的包络 (b) 输 入高频
13、 脉冲 内载频 的调制 特性 (c) 压缩网络的 频率 时延特性 (d) 压缩网络输出脉冲的包络 (e) 线性 调频信 号 脉冲 压缩的波 形关系图 2.5 线 性调 频脉 冲压 缩的 基 本原理 图 2.5（a） 、 （b ） 表 示接 收机 输入 信 号， 脉 冲宽 度为 ，载频由 1 f 到 2 f 线 性增长变 化，调 制频偏 1 2 f f f ，调制斜 率 =2/ f 。图 2.5（c） 为压缩 网络的频 率-时 延特性 ，也按线 性变化 ，但为 负斜率， 与信号 的线性 调频斜率相 9 反 ， 高 频 分 量 延 时 短 ， 低 频 分 量 延 时 长 。 因 此 ， 线 性 调
14、 频 信 号 低 频 分 量 1 f （ ） 最 先进入网络， 延时最长为 1 d t ,相隔脉冲宽度 时间的高端频率分量 2 f （ ） ， 最后进 入网络， 延时最短 2 d t （ ） 。 这 样， 线性调频信号的不同频率分量， 几乎同时从网络 输出，压缩成单一载频的窄脉冲 0 ，其理想输出信号包络如图 2.5(d) 所示。 图 2.5(e) 为线性调频信号脉冲压缩的波形关系示意图。从图 2.5(d) 所 示可以得到网络信号各频率成分的延时关系为 2 1 0 dd tt 即 2 01 () d dtt 因 12 dd tt 故 0 可见， 线性调频宽脉冲信号 通过压缩网络后， 其宽度被压
15、缩， 成为窄脉冲 0 。 由于 0 1 B 故 0 DB 式中，B f （ 或 ） 为线性调频信号的调频频偏或有效频谱宽度。 如果压缩网络是无源的， 它本身不消耗能量也不加入能量， 则根据能量守恒 原理 00 EPP 故 0 0 P D P 式中，P 为 输入 脉 冲的峰 值 功率 ， 0 P 为 输 出 脉冲的 峰 值功 率 。可 见 ，输出 脉 冲 10 的峰值功率增大了D 倍。 若输入脉冲幅度为 A，输出脉冲幅度为 0 A ，则由式 可得 00 / AA D 0 A AD 可见，输出脉冲幅度增大了 D 倍。 由于无源的压缩网络本身不会产生噪声， 而输入噪声具有随机特征， 故经压 缩网络后
16、输入噪声并不会被压缩， 仍保持在接收机原有噪声电平上。 所以输出脉 冲信号 的功率 信噪比 0 ( / ) SN 与 输入脉 冲信号 的功率 信 噪比 ( / ) i SN 之比也提 高了 D 倍，即 0 ( / ) ( / ) i SN D SN 这就使脉冲压缩雷达的探测距离比采用相同发射脉冲功率和保持相同分辨力的 普通脉冲制的雷达探测距离增加了 4 D 倍（例如 D=16 时，作用距离加大 1 倍） 。 由此可见， 接收机输出的目标回波信号具有窄的脉冲宽度和高的峰值功率， 正好符合探测距离远和距离分辨力高的战术 要求， 充分体现出脉冲压缩体制独 特 的性能。 以上定性地介绍了线性调频脉冲压
17、缩的基本原理，为了进一步研究线性调 频脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，我们还必须采用数学方法作定量分析。 11 2.2.3 线 性 调 频 脉 冲 压缩 的 频 谱 特 性 1 ，线性 调频脉 冲信号的 频谱特 性 线性调频脉冲压缩体制的发射信号，其载频在脉冲宽度内按线性规律变化， 即用对载频进行调制 （线性调频） 的方法展宽发射信号的频谱， 使其相位具有色 散。 同 时， 在 t P 受限情况下为了充分利用发射机的功率， 往往采用矩形宽脉冲包 络， 如图 2.6 所示。 图 2.6(a) 为线性调频脉冲信 号的波形； 图 2.6 （b） 为信号的 包 络， 其幅度为 A ， 宽度 为 ； 图
18、2.6 （c ） 为载频 的调制特性， 在 内由低端 1 () f 至 高端 2 () f 按线性规律变化。为简便起见，常将 2.6(a) 所示的线性调频信号 波形 用图 2.6 （d）来表示。 t t t t 2 2 0 0 1 f f 0 f 2 2 f 2 f 1 f 2 f 0 f ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) t rect A图 2.6 线性 调频 脉冲 信号 的波 形及其 表示 方法 12 从图 2.6 （c ）中可以看出 2 1 B f f f f 称为调制频偏，调谐斜率为 2 f 若 信 号 的 载 波 中 心 角 频 率 为 0 0 2 f ， 则 线 性
19、调 频 信 号 的 角 频 率 变 化 规 律为 0 t ，2 t 因而信号的瞬时相位 () i t 为 () i t dt 0 2 1 2 tC 由此可得线性调频脉冲压缩体制的发射信号表达式为 0 2 1 ( ) cos( ) 2 i t u t Arec t 式中, ( / ) rec t 为矩形函数，即 1 () 0 t rec ， ，/2 /2 t t 为分析和计算简便， () i ut 用复数形式表示。 2 + 0 ( /2) ( ) ( ) i jt t u t Arec e 信号的复频谱 () i U 为 ( ) ( ) ii t U u t e dt 2 + 0 /2 ( )
20、/2 /2 j t t A e dt 13 2 0 ( ) 2 2 0 /2 ( ) /2 /2 jt j Ae e dt 令 22 0 ( ) = 22 tx 并且积分上下限分别用 2 v 和 1 v 代换后，信号频谱可以表示为 2 2 2 /2 0 1 ( ) /2 () jx i v j v U A e e dx 其中 0 1 0 2 1 ( )/ 2 1 ( )/ 2 f vD f vD 式 中的积分项可进一步整理成 2 2 2 2 /2 1 1 1 22 = cos( ) sin ) 22 jx v v v v v v e dx x dx j x dx （2 1 22 00 cos(
21、 ) cos( ) 22 vv x dx x dx 2 1 22 00 sin( ) sin( ) 22 vv j x dx x dx 11 22 ( ) ( ) ( ) ( ) c v c v j s v s v 式中 2 0 2 0 ( ) cos( ) 2 ( ) sin ) 2 v v cv x dx sv x dx （称为菲涅耳积分，考虑到菲涅耳积分的对称性，式 可以写成 2 2 /2 11 22 1 = ( ) ( ) ( ) ( ) jx v v e dx c v c v j s v s v 14 最后得到 () i U 的表达式为 11 22 1/2 22 ( ) ( ) (
22、) ( ) ( ) i U A c v c v s v s v ( ) ( ) 1 2 2 0 ( ) ( ) 1 2 1 ( ) arctan 2 s v s v c v c v j e 由式 可求得线性调频脉冲信号的幅频特性和相频特性。 幅频特性：信号的幅度谱为 22 11 1/2 22 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) i U A c v c v s v s v 当 0 时 2 () iUA 0 2 当 时0 2 ( + ) 22 i A U 即幅度为中心角频率 0 时的一半。 0 2 当 时0 2 () 22 i A U 即幅度也为中心角频率 0 时的一半。 当压缩比 D 值不同
23、时， () i U 将随之变化。 图 2.7 画出了 D=13,D=52,D=130 时的幅频特性。由图可以看出，D 值 越 大 ， 则 幅 频 特 性 在 0 /2 到 15 0 /2 之间越平坦， 在这个频带之外幅度下降越快， 信号能量主要集中在 此频带范围内。 由于通常使用的线性调频脉冲信号均满足 1 DB ， 故其频 谱的振幅分布很接近矩形，如 图 2.8 所示 () i U 可近似地表示为 2 A 0 2 0 2 0 () i U 振 幅 频 谱 13 B 52 B 130 B 2 B 2 B 0 2 B 2 B 0 2 B 2 B 0图 2.7 线 性调 频脉 冲 图 2.8 D
24、值 很大 时线 性调 频脉冲 信号的 幅频 特性 信号 的幅 频特 性 2/ ( ) = 0 i A U ， ，0 0 /2 /2 相频特性：信号的相位谱为 16 02 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) ( ) arctan 2 ( ) ( ) i s v s v c v c v 它包含两部分，平方相位部分和剩余相相位部分。当 D 很大时 ，相频特性 可近似地表示为 0 2 () ( ) , 24 i 0 /2 由此可得线性调频信号在 D 很大时的频谱表示式为 2 0 ( ) /2 /4 2/ ( ) = 0 i j Ae U ， ，0 0 /2 /2 综上所述，线性调频脉冲信号具有如下
25、特点： 第一， 具有近似矩形的幅频特性，D 值越大， 其幅频特性越接近矩形， 频谱 宽度近似等于信号的调制频偏 fB 。 第二，具有平方率的相频特性，它是设计匹配滤波器时主要考虑的部分。 第三， 具有可以选择的 “时宽带宽乘积” （ DB ） 。 线性调频脉冲信号的 和 B 都容易做得很宽， 使得 1 B 。目前，线性调频脉冲压缩雷达的 B 可达到 几百、几千，甚至几万。 2 ，线性 调频脉 冲信号匹 配滤波 器 的频谱特 性 前面已讨论，如果接收机输入信号频率特性为 () ( ) | ( ) | i ii j U U e 设匹配滤波器频率特性为 () H ,那么根据匹配条件应满足下式关系 0
26、 () ( ) ( ) i d i j j t H K U e e 根据前面已分析的线性调频信号的频率特性可得到线性调频脉冲信号匹配 滤波器的频率特性为 幅频特性 () H 2/ () 0, KA H ，0 0 /2 /2 相频特性 () 17 0 0 2 () () 24 d t ，0 2 因此，线性调频脉冲信号的匹配 滤波器频率特性可以近似写成 2 0 0 ( ) 2 /4 ( )= j td He ，0 2 群时延特性 ( ) : d t 频率- 时 延 特 性 又称 群 时 延 特 性 。 所 谓 “群 延 时 ” 是 指 对 信 号 频谱 成 分 能 量 的延时，定义为 () 的导数
27、 ( ) / dd 。 对于脉冲压缩网络，其相频特性相应的延时特性为 0 0 () ( ) + dd d tt d ， 0 2 可见压缩网络群时延随频率而变化， 即要求滤波器具有色散特性。 式中 0 d t 为 附加延时，这是滤波器物理实现所决定的。 滤波器的群时延特性正好和信号的相反， 因此通过匹配滤波器后相位特性得 到补偿，而使输出信号相位均匀，保 证信号出现峰值。 图 2.9(matlab) 画出了 匹配滤波器的组成，可以看成由振幅匹配和相位匹配 两部分组成。 振幅匹配保证 0 /2 fB 的通频带， 相位匹配部分保证所需的群延 时特性。 振 幅 匹 配 网 络 () Hf () H f
28、 相 位 匹 配 网 络 t 2 2 0 f 0 f f f 0 f 0 2 f f 0 2 f f () Hf () d tf 0 d t 0 2 d t 0 2 d t 0 2 f f 0 + 2 f f 0 f f 18 图 2.9 线 性调 频脉 冲压 缩信 号 的匹配 滤波 器 3. 线性调频脉 冲信 号通过匹 配滤波 器 的输出波 形 设匹配滤波器输出信号为 0() ut ，其频谱 0() U 为 0 0 2 ( ) ( ) ( ) d i jt U U H A e ，0 2 匹配滤波器输出信号为 0 0 1 ( )= ( ) 2 jt u t U e d 0 ) 0 0 /2 (
29、 /2 12 = 2 d j t t A e d 0 () 0 0 0 2 sin ( ) / 2 2 ( ) / 2 d d d j t t A t t e tt 将 2 B ， 2/ B ， 0 0 =2 f 代 入 上 式 ， 并 取 其 实 部 得 到 输 出 信 号 0() ut 为 0 00 0 0 sin ( ) ( ) cos 2 ( ) () d d B t t u t A D f t t B t t 由于 0 fB ，故输出信号的载波为 0 0 cos2 ( ) d f t t 而信号的包络为 0 0 sin ( ) () d d B t t AD B t t 波形如图 2
30、.10 所示。 19 t D A ) ( ) ( sin 0 0 d d t t B t t B D A 主峰 B 1 0 B 1 0 0 t d ) ( 2 cos 0 0 d t t f 图 2.10 线 性调 频脉 冲 信号通 过 匹配 滤波 器的 输 出波形 由式 及图 2.10 可以看出，压缩网络输出的脉冲信号具有以下特点： 输出信号具有辛克函数 sin / xx 的形式。 通常规定顶点下-4dB 处的带 宽 （即 幅度下降到最大值的 0.637 倍时所对应的宽度） 为输出脉冲宽度 0 ， 其值正好近 似为发射信号有效频谱宽度 Bf 的倒数。 输出脉冲有效宽度 0 比输入脉冲宽度 缩
31、小了 D 倍， 也就是， 输出 脉冲幅 度 0 A 比输入脉冲幅度 A 增大了 D 倍， 即输出脉冲峰值功率 0 P 比输入脉冲峰值 功率 P 增大了 D 倍。 由于输出信号具有 sin / xx 特性， 在主瓣的两侧存在一系列旁瓣， 其中第 一旁瓣，其幅度比主瓣低 13.2dB （即第一旁瓣 值为主瓣值的 0.212 倍 ） ，其余依 次减小 4dB ，且旁瓣零 点间的间隔均为 1/B 。 输出信号载频为单一频率 0 f 。 这是因为压缩网路的频谱特性与发射信号频 谱实现了“相位共轭匹配” ，消除了“相位色散”的结果。 20 2.2.4 线性调频 信 号的模拟 产生 线性调频（LFM)信号的
32、模拟产生方法有两种：有源法和无源法。 1，有源产生法 有源产生法是指对发射机振荡器直接进行调频来产生线性调频脉冲信号。 2，无源产生法 无源产生 法是利 用 无源元件 组成的 网络形 成的，通 常采用 与脉冲 压缩网络类 似的“脉冲压缩网络”来实现，故称“无源的” 。 利用脉冲扩展网络形成线性调频脉冲信号的原理如图 2.11 所示。 脉冲扩展网 络与脉冲 压缩网 络都具 有线性的 频率- 时延特 性，两者 不同之 处仅在 于特性的斜 率相等而符号相反，或者说它们具有共轭的特性。在发射机中，如图 2.11 （a） 所示， 将单一载频为 i f 、 宽度为 0 的 sin / xx 形成脉冲信号
33、（幅度谱为矩形， 带 宽为 0 1/ f ） 输 入 至 脉 冲 扩 展 网 络 ， 由 于 扩 展 网 络 对 信 号 中 各 频 率 成 分 的 延 迟时间不同， 输出即为展宽的线性调频脉冲信 号。 应注意， 该扩展网络对输入信 号 的 低 频率 成 分 （ 1 f ） 延时 最 短 （ 1 d t ） ， 对 高频 率成 分 （ 2 f ） 延 时 最 长（ 2 d t ）， 其载频开始时低而结束时高。在接收机中，如图 2.11 （b）所示，这个线性调频 脉冲通过压缩网络后被压缩成 sin / xx 形成窄脉冲。 f 1 f 2 f i f 0 d t 1 d t 2 d t ) (t
34、u i ) (t u o i f 1 f 2 f t f 1 f 2 f i f 0 d t 1 d t 2 d t ) (t u i ) (t u o (a) 发射 机中的 波形 脉冲扩展 网络 脉冲 压缩网络 （b ） 接 收机中 的波形 t di t di t f 1 f i f 2 f f图 2.11 线性 调频 脉冲 信号 无 源产生 法的 基本 原理 21 图 2.12 示出“无源产生法 线性调频脉冲压缩 雷达的典型框图。各部分的作用如 下： 由定时器来的定时脉冲触发 sin / xx 信号产生器， 产生包络为 sin / xx 信号 波形，频率为 i f 的中频窄脉冲信号。 si
35、n / xx 信号 发生器的组成如图 2.13 所示， 由窄脉冲发生器产生宽度为 0 的矩形窄脉冲去调制振荡器产生的频率为 i f 的中 频 振 荡 ， 得到 中 频窄 脉冲 信 号 ， 然后 将 其输 入至 带 宽 为 f 的 中 频 矩形 带通 滤 波 器， 该滤波器使输入信号中的一部分频谱分量通过而抑制其他的分量， 使得输出 信号的频谱接近矩形，因而获得 sin / xx 波形包络调制的中频窄脉冲信号 1 () xt 。 1 sin( ) ( ) cos(2 ) i ft x t ft ft 包络 的 中频 窄脉 冲 信号 产生 器 x x sin 整 形 波 门 上 变 频 器 高 频
36、功 率 放大 器 d t 0 f 脉 冲扩展网络 ) ( L i f f ) ( 1 t x ) ( 2 t x ) ( 3 t x t i f 天线 收 发开 关 i f t 0 f 高 频 放大 器 下变 频器 中 频 放 大器 边带 倒 置电 路 d t 0 加权 网络 包 络 检波器 自 定时器 ) ( 7 t x f t ) ( 4 t x ) ( 5 t x ) ( 6 t x ) ( L i f f t i f i f t 至 显 示 器 t t图 2.12 “无源 产生 法” 的线 性调 频脉冲 压缩 雷达 原理 框图 22 中频 振荡器 调 整器 中 频带 通 滤波器 窄 脉
37、冲 发 生器 0 t i f i f 0 t t i f图 2.13 sinx/x 信号 产生 器的 组 成框图 在 图 2.12 中，当波形 1 () xt 输入到具有斜率为 2 / / f 的脉冲扩展网络后， 其输出展宽为线性调频脉冲信号 2 () xt 。 2 2 1 ( ) cos(2 ) 2 i t x t rect ft t 脉冲宽度为 的波形 2 () xt 再经整形波门和上变频器， 将其载频移到雷达发射频率 0 iL f f f , 并 使波 形更 接 近矩 形， 以 利于 发射 机 功率 放大 器 更有 效地 进 行放 大 并发射，其信号为 2 30 1 ( ) cos(2
38、) 2 t x t rect f t t 回波经天线收发开关进入接收机高频放大器放大后， 经下变频器将其载频移至中 频 0 i f f f ，并由中频放大器放大，得到与 2 () xt 相同的波形 4 () xt 。 23 2 4 1 ( ) cos(2 ) 2 i t x t rect ft t 由于脉冲压缩网络应该与脉冲扩展网络的特性相同， 可将脉冲扩展网络用作脉冲 压 缩 网 络 ， 因 此 采 用 了 边 带 倒 置 电 路 ， 波 形 4 () xt 经 边 带 倒 置 后 变 成 调 频 斜 率 与 相反的中频信号 5 () xt 。 2 5 1 ( ) cos(2 ) 2 i t x t rect ft t 波形 5 () xt 经 脉 冲 压 缩 网 络 ， 输 出 的 压 缩 波 形 6 () xt 基本上与 1 () xt 一 样 ， 包 络 为 sin / xx 形， 第一旁瓣为-13.2dB 。 为了压低旁瓣， 6 () xt 通过一个加权网络， 然后 检波得到低旁瓣的视频输出波形 7 () xt 。
