数字脉冲压缩技术在雷达中的应用

 引 言
    随着现代技术的发展，对雷达的作用距离、分辨率和测量精度等性能指标提出了越来越高的要求。为了增加雷达系统的检测能力，要求增大雷达发射的平均功率。在峰值功率受限时，要求发射脉冲尽量宽，而为了提高系统的距离分辨率，又要求发射脉冲尽量窄，提高雷达距离分辨率同增加检测能力是一对矛盾。作为现代雷达的重要技术，脉冲压缩有效地解决了雷达分辨率同平均功率间的矛盾，并在现代雷达中广泛应用。

1 雷达距离分辨率与信号带宽的关系及脉冲压缩
    雷达分辨率的概念由光学分辨率概念引申而来。人眼在观察相邻两物点成的像时，要能判断出是两个像点而不是一个像点，则要求两个衍射斑中心之间的重叠区有一定量的明暗差别，判别结果会因人而异。为了右一个统一的标准，瑞利(Rayleigh)认为：当两衍射斑的中心距正好等于第一暗环的半径，人眼刚能分辨开这两个像点。这也就是常说的瑞利判据。根据瑞利判据，两个衍射斑的合成强度的最小值是孤立衍射斑最大值的0．735；人们认为该判据过于严格，又提出了道斯(Dawes)判据和斯派罗(Sparrow)判据。道斯判据认为当两衍射斑的合成强度的最小值为1．013，两衍射斑附近强度最大值为1．045时，可分辨为两个像点；斯派罗判据认为当两个衍射斑的合成强度刚好不出现下凹时，为可以分辨的极限。在雷达分辨率定义中遵循要求严格的瑞利判据。

    雷达发展的早期，雷达距离向的分辨率ρr表示为：

    在时域对信号进行调幅或调频，可以增大信号的等效带宽。线性相位调制只能移动载频的位置而不能增大等效带宽。脉内线性调频、非线性调频、相位编码、频率编码，脉冲调幅等非线性相位调制都是增大信号等效带宽的有效方法。当频谱分量附加一随频率做非线性变化的相位值，则此宽带信号将具有很长的持续时间。这种附加非线性相位的过程称为信号的展宽过程。将展宽后的信号通过匹配滤波器，校正非线性相位值使之同相，在匹配滤波器输出端将得到窄脉冲信号，这个过程称为脉冲压缩。匹配滤波器在脉冲压缩技术中起着至关重要的作用。下面对匹配滤波器的特性进行简要的分析。

2 匹配滤波器的特性
    设发射信号为s(t)，则其傅里叶变换式为：

    匹配滤波器的输出为s(n)与h(n)的卷积，即脉压结果。

   
    此外，为了抑制脉冲压缩的旁瓣，通常要对匹配滤波器进行加权；即将匹配滤波器的频率响应乘以某个适当的函数，但旁瓣抑制是以信噪比损失及距离分辨率降低为代价的，所以只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难易等几个方面折衷考虑，选择合适的加权函数。

    另外根据时域卷积定理：

4 结 语
    脉冲压缩是一种广泛应用于雷达、声纳和其他探测系统的信号处理技术，其本质是一种频谱扩展的方法，以最小化的峰值功率，得到最大信噪比及目标分辨能力。脉冲压缩也被称为匹配滤波，它是滤波器与接收信号的预期相位的匹配程度的体现。随着高分辨率雷达和合成孔径雷达技术的发展，对脉冲压缩技术又提出了新的挑战。如何利用数字方式实时完成百兆级甚至千兆级带宽脉冲压缩，如何检测被旁瓣淹没的弱小信号，都是在雷达信号处理设计中遇到的并且需要着力解决的问题。