河海大學

[拼音]：maichong yasuo leida

[英文]：pulse-compression radar

發射寬脈衝訊號，接收和處理回波後輸出窄脈衝的雷達。為獲得脈衝壓縮的效果，發射的寬脈衝採取編碼形式，並在接收機中經過匹配濾波器的處理。脈衝壓縮雷達的優點是能獲得大的作用距離和具有很高的距離分辨力。

發展簡況

初期的脈衝雷達， 發射的是固定載頻的脈衝，其距離分辨力反比於發射脈衝寬度。要增加作用距離，就要求加大發射脈衝寬度，這樣必然會降低距離分辨力。雷達作用距離和雷達分辨能力正是雷達的兩項重要效能指標。因此，必須解決這一矛盾。自從40年代提出匹配濾波理論和50年代初P.M.伍德沃德提出雷達模糊原理之後，人們認識到雷達的距離分辨力與發射脈衝寬迭a href='http://www.baiven.com/baike/224/296773.html' target='_blank' >任薰兀欽扔詵⑸瀆齔迤蕩磯取Ｖ灰苑⑸淇礪齔褰斜嗦氳髦疲蠱渚哂寫蟮鈉蕩磯齲閱勘昊夭ń釁ヅ浯硨缶湍芑竦梅直媼芎玫惱齔迨涑觶滁I>τp≈1/B。式中τp為處理後的輸出脈衝寬度;B為發射脈衝頻頻寬度。根據這一原理，發射脈衝寬度和頻寬都足夠大的訊號，雷達就能同時具有大的作用距離和高的距離分辨力，還可以使單一脈衝具有較好的速度分辨力。因為根據雷達模糊原理，速度分辨力與發射脈衝時寬τ成正比。這種訊號的脈衝壓縮倍數為τ/τp≈τB。

編碼形式

可展寬脈衝內頻寬的編碼訊號主要有調頻編碼和相位編碼兩類。調頻編碼又有線性調頻、非線性調頻和階梯調頻等形式（圖1）。圖中τ為發射脈衝的寬度。三種訊號形式中以線性調頻訊號最為常用，因它易於產生和處理，加權後能得到低旁瓣，但是距離分辨力和信噪比有所損失。有的雷達採用某種特定形式的非線性調頻訊號，雖然訊號產生和處理較複雜，但具有不加權就能獲得低旁瓣和不損失信噪比的優點。階梯調頻的效果不如線性調頻而且比較複雜，實際採用極少。

相位編碼在原理上雖有二相位編碼和多相位編碼等形式，但二相位編碼在訊號產生和處理方面簡便易行，實際採用相位編碼的雷達均用這種形式。圖2為7位巴克編碼，圖中正碼位表示相位0°，負碼位表示相位180°。巴克碼的優點是旁瓣小，但是人們尚未找到超過13位的巴克碼。表中列出巴克碼序列和主旁瓣比。

另一種有用的二相位編碼稱為最長序列，因它可用回授移位暫存器輸出所需要的最長編碼。p級回授移位暫存器輸出的最長編碼位數N＝2p-1。圖3為p=5、N=31時的最長碼輸出。“1”表示發射碼元相位0，“0”表示相位180°。實際上，p=5時可有三種不同回授，因而可輸出三種不同的N=31的編碼，圖為其中之一。

訊號處理

訊號的壓縮處理可分為匹配濾波和相關積分兩類，兩種處理的效果是等價的。某些訊號形式，如二相位編碼，用相關積分法更易實現。但相關積分的主要缺點是必須在每個壓縮後脈寬τp距離門內進行相關處理。因此，若目標可能出現的距離範圍很大或τp很小時，實際處理裝置量就必須增多。用匹配濾波器對調頻壓縮訊號進行處理比較方便。另外，匹配濾波在時域上是連續的處理，因此不需要在距離上分路。不論匹配濾波或相關積分，在具體實現時均可用數字或模擬方法。

數字處理

60年代數字整合技術出現後，特別是70年代大規模積體電路商品化以後，許多雷達設計採用數字脈衝壓縮處理。數碼為二進位制，數字脈衝壓縮對二相位編碼訊號特別方便。採用脈衝線性調頻的脈衝壓縮雷達也可用數字處理技術(圖4)。數字處理前先把高頻訊號與本振訊號差拍成零中頻。為了保持相位資訊，零中頻訊號分為I和Q兩個支路。頻譜乘法器就是完成數字式的頻域匹配處理而用的。數字處理的優點是：

（1）具有靈活性，可以在計算機控制下快速改變發射波形，同時改變訊號處理，使之與改變了的波形相匹配；

（2）具有高的可靠性和精確性，可在只讀儲存器中存入合適加權，使脈衝壓縮後的旁瓣極小。數字處理的缺點是對大頻寬訊號必須有極高的數字處理速度，解決這個問題尚存在困難。

模擬處理

在脈衝壓縮處理中已廣泛應用的一種器件是聲表面波器件。它是用換能器將電磁波能轉換成聲波，使聲波在基體的表面傳播。這種表面波稱為瑞利波，具有非色散的性質。但只要把叉指換能器間隔按一定規律變化，就可製成色散延遲線(圖5)。當換能器受到電脈衝衝擊時，在各對叉指間便產生波長為2d的聲波。叉指對的排列使內側的間隔小，因此內側叉指對傳送和接收的頻率高，傳播的路程短，高頻延時小；外側叉指對的間隔大，傳送和接收的頻率低，傳播的路程長，低頻延時大。控制叉指對的間隔，可使延遲線產生線性的或某種規律的非線性的色散訊號(即調頻訊號)。色散訊號的總頻寬取決於叉指對的最小間隔d

和最大間隔d

，總時寬取決於叉指列的總長度 D。各頻率分量是可以加權的，加權的方法是變化叉指對交叉的深度。

通常，效能先進的雷達除採用脈衝壓縮技術外，還兼用其他可提高效能的技術，諸如單脈衝測角、動目標顯示、脈衝多普勒效應、相控陣天線等。從原理上說，脈衝壓縮能夠與這些技術完全相容。但在實際設計時，必須使雷達頻率有足夠高的短期穩定度和接收機有足夠大的線性動態範圍。否則，用脈衝壓縮技術提高距離分辨力的優點將部分或全部喪失。

發展趨向

在脈衝壓縮訊號的產生和處理方面， 數字方式和聲表面波器件仍是最常用的兩種方式。數字方式需要進一步加大可處理的頻寬，這就要求研製速度更高的大規模積體電路。聲表面波器件則須進一步加大脈衝寬度和降低器件的插入損耗。另外，70年代出現的電荷耦合器件也將在脈衝壓縮技術中得到應用。但這種器件必須具有大的動態範圍才能獲得好的脈衝壓縮效果。

參考書目

張直中著：《雷達訊號的選擇與處理》，國防工業出版社，北京，1979。

D.K.Barton，Radars，Vol.3，Artech House，Dedham，1975.