序言
在雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)用中，毫無疑問，矢量信號(hào)源起著舉足輕重的作用。不僅可以為雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)提供高質(zhì)量本振信號(hào)，更重要的是，還可以按照測(cè)試所需生成各式各樣的波形，這就是矢量信號(hào)源的優(yōu)勢(shì)。
眾所周知，距離分辨率決定了雷達(dá)在距離維度上的分辨能力，是目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)和成像雷達(dá)非常重要的參數(shù)。對(duì)于簡(jiǎn)單射頻脈沖而言，脈寬大小決定了距離分辨率，脈寬越窄，則距離分辨率越高，反之，距離分辨率越低。
但是，一味減小脈寬來提高距離分辨率是不現(xiàn)實(shí)的，一方面脈寬減少，則意味著脈沖信號(hào)的平均功率降低了，這會(huì)縮短雷達(dá)探測(cè)距離。另一方面，太窄的脈沖也在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上提出了更高挑戰(zhàn)。
有沒有方法既能使用寬脈寬又可以實(shí)現(xiàn)高分辨率呢？
答案是肯定的，目前高分辨率雷達(dá)通常采用脈沖壓縮技術(shù)，可以在采用寬脈寬的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的距離分辨率。今天就跟大家聊一聊脈沖壓縮技術(shù)，以及矢量信號(hào)源在這種雷達(dá)測(cè)試中的應(yīng)用。
脈沖壓縮技術(shù)簡(jiǎn)述
所謂脈沖壓縮，可以理解為在接收機(jī)側(cè)通過匹配濾波器或者互相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)脈寬的壓縮，從而提高距離分辨率。或者簡(jiǎn)單地認(rèn)為，只要脈內(nèi)采用了頻率調(diào)制或者相位調(diào)制，都可以認(rèn)為使用了脈沖壓縮技術(shù)。目前比較常見的兩種調(diào)制方式分別為線性調(diào)頻（Chirp or LFP pulse）和相位編碼（Barker Pulse），如圖1所示。
圖1. 典型Chirp和Barker Pulse
脈沖壓縮技術(shù)并不是通過降低脈寬提高距離分辨率，而可以在脈寬不變的情況下，通過引入脈內(nèi)調(diào)制，同時(shí)保證雷達(dá)探測(cè)距離和高分辨率。
雷達(dá)接收機(jī)通常采用匹配濾波器，以實(shí)現(xiàn)信噪比SNR的最大化。如果脈內(nèi)采用了頻率或相位調(diào)制，經(jīng)過匹配濾波器后，SNR被改善的同時(shí)，脈寬也會(huì)被大幅度壓縮。在這個(gè)過程中，有兩個(gè)非常重要的參數(shù)：脈沖壓縮比和時(shí)域邊帶抑制度。前者為原脈沖寬度與壓縮后脈沖寬度的比值，衡量了距離分辨率被改善的程度；后者為回波信號(hào)經(jīng)過匹配濾波器后，時(shí)域沖激響應(yīng)的最高邊帶與主帶信號(hào)幅度的比值，決定了雷達(dá)對(duì)低散色截面目標(biāo)的探測(cè)能力。下面將從這兩個(gè)參數(shù)著手，分別對(duì)Chirp Pulse和Barker Pulse進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
(1) Chirp Pulse
線性調(diào)頻脈沖是指脈沖內(nèi)部采用線性頻率調(diào)制，載波頻率可以線性增大（ramp up）、線性減?。╮amp down）或者先線性增大再線性減?。╮amp up and down or down and up），諸如此類的頻率線性變化，都屬于線性調(diào)頻的范疇。關(guān)于接收機(jī)側(cè)是如何通過匹配濾波器實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮的，可以查閱相關(guān)書籍，此處更多是關(guān)注脈沖壓縮比和時(shí)域邊帶抑制。
假設(shè)線性調(diào)頻脈沖的脈寬為τ，帶寬為B，其脈沖壓縮比是多少呢？
接收機(jī)側(cè)會(huì)使用一個(gè)匹配濾波器處理雷達(dá)回波信號(hào)，其輸出的時(shí)域波形近似為Sa(x)函數(shù)，有主瓣，亦有豐富的邊帶，如圖2所示?；蛘呖梢赃@里理解，線性調(diào)頻脈沖的頻譜類似于一個(gè)帶通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線，經(jīng)過匹配濾波器后，其頻譜形狀變化不大，可以將其想象成頻域的“脈沖”，經(jīng)過IFFT后得到的時(shí)域波形則類似于Sa(x)函數(shù)曲線，這就是壓縮后的時(shí)域波形，壓縮后的脈寬可以近似為1/B (在3dB脈寬和6dB脈寬之間)。
信號(hào)原脈寬為τ，壓縮后的脈寬近似為1/B，則脈沖壓縮比近似為：τ?B，這也是通常所講的時(shí)寬帶寬乘積，是線性調(diào)頻脈沖的一個(gè)非常重要的參數(shù)。
圖2. 線性調(diào)頻脈沖的典型時(shí)域沖激響應(yīng)
壓縮后的脈沖近似Sa(x)函數(shù)，所以第一邊帶相對(duì)于主瓣的電平理論值為：-13.3dB。此時(shí)的時(shí)域邊帶抑制還不夠高，較強(qiáng)的時(shí)域邊帶可能會(huì)造成目標(biāo)誤判，同時(shí)也可能將目標(biāo)回波信號(hào)淹沒在邊帶中而探測(cè)不到目標(biāo)。為了進(jìn)一步降低時(shí)域邊帶，在數(shù)據(jù)處理過程中可以考慮引入時(shí)間窗，但時(shí)間窗的引入會(huì)導(dǎo)致主瓣寬度的增大，需要折中考慮。
(1) Barker Pulse
