第5章相控阵雷达要点

6.脉冲压缩的实现：
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络，
脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常
用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
带宽
伪随机二进制序列
比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
N 1
E() E e jk k 0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
Fa
sin
Nd
sin
N
sin
d
sin

Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。
不出现栅瓣的条件：
πd λ
ht e T
t T 2
11.失配加权
线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号 的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为－13分贝。在实际 应用中，要求副瓣电平低于－30dB至－45dB。
海明函数为：
w(t) 0.08 0.92cos2( t ) T
加权以后的失配滤波器的冲激响应为：
2.脉冲压缩
产生一个这样的脉冲，它的TB积远大于1，一般在20－100 之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。
3.雷达距离分辨率：
r

c 2B
4.压缩比D
D T TB 1/ B
5.脉冲压缩的优点：
时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距 离。
有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。
第五章 相控阵雷达
§5.1概述
相控阵：
相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排 列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波 阵面。
相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术 有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈 变化的时期。
相控阵采用的高技术：
计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展
sinθ

，或
d/λ≤1
结论：
1.
阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。∑
2N
d
sin

2.
πd
阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。λ
sinθ

二、相控阵天线扫描
在图5.3中，阵列天线馈电相位按ψ0递减，则波束指向为θ0。改 变ψ0，就能实现相控阵扫描。馈电相位差与等价波程差关系：
噪声
|f2-f1| |f2-f1|
B
分辨率 1/比特率
1/|f2-f1| 1/|f2-f1|
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y(t) s(t) * h(t) s()s*( t t0)d
第四章小结
1.雷达距离分辨率与雷达信号带宽
雷达信号TB积的概念
普通脉冲雷达信号的时宽(T)带宽(B)积是一个常量(约为1)， 矩形脉冲的带宽是时宽的倒数。 要增加带宽只有减小脉冲时宽一
条道。要进一步减小时宽有一定的难度。要有足够大的作用距离就 要有足够大的平均功率。因此，减小脉宽就得增加脉冲功率。现在 的峰值功率已经非常大，给设备的耐压，防止高压打火，体积和重 量提出了高要求。
相控阵雷达的特点：
波束捷变 多目标跟踪 远作用距离 高数据率 自适应抗干扰 快速识别目标 高可靠性 天线共形
§5.2相控阵列的基本原理
相控阵天线的阵元一般在100-10000 个，每个阵元后接一个可控移相器。改 变每个移相器的移相量就改变了阵元间 的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁 波的波阵面指向。
t T 2
h(t) s (t0 t)w(t)
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。
12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。
当t=t0时，y(t)达到最大，实现了脉冲压缩。
10.线性调频脉冲压缩线性调频信号为源自 s' t
Re[ e
j 2
f0

B 2T
t
t
]
t T 2
式中幅度已经归一化，f0中心频率，T为脉冲宽度，B为带宽。其零
中频信号为：
j B t 2
st e T
t T
2
j B t 2
常用的按两个相位变化，在0o和－180o两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。
另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。
四相码应用较少。
习题：线性调频信号的带宽B为1MHz，时宽T为100μs，零中频，t0=0。采 样频率fs=B。 1． 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2． 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3． 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4． 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
θ
dsin(θ)
波阵面
dd 0 12
d N-1
图5.1阵列天线示意图
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
2 d sin
考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布， 等幅馈电，在θ方向某点辐射场矢量和：