数字脉冲压缩技术研究+文献综述(3)
2.2 脉冲压缩原理
在脉冲压缩系统中，往往对发射波在相位上或频率上进行调制，致使信号带宽B>>1/τ，其中τ表示经脉冲压缩后的有效脉冲宽度。我们把压缩比D定义为发射脉冲宽度T与系统经压缩后的脉冲宽度τ的比值，即公式：
（1）
因为τ=1/B，得出D=TB，即系统的时宽带宽积等值于系统的压缩比[5]。所以在很多场合常用系统的时宽带宽积来作为系统性能的重要参数。脉冲雷达系统的平均功率用PT表示，此处P为峰值功率，T为脉冲宽度。由此可知，假定发射相同的峰值功率并获得相同的距离分辨率，则脉冲压缩系统的平均功率是简单脉冲系统发射的平均功率的D倍。
图1 脉冲压缩处理示意图
图1所示在雷达系统中进行脉冲压缩处理的流程。信号源产生宽度为τ的窄脉冲，通过延迟线网络输出为宽度T(T>>τ)的脉冲，将这个信号放大后通过雷达发射机天线向外发射。然后将接收到的回波信号经适当处理后通过脉冲压缩滤波器。压缩滤波器一般采用和发射波形匹配的滤波器;输出为宽度为τ=1/B的压缩脉冲。被压缩的信号经适当降频放大后便被显示出来。
3.脉冲压缩信号种类
脉冲压缩系统的选择依赖于信号的类型和其产生方式。现代雷达信号处理系统中常用的脉冲压缩技术主要有线性调频信号脉冲压缩、巴克码信号脉冲压缩、非线性调频信号脉冲压缩等几类，其中线性调频信号应用最为广泛[6]。
3.1 线性调频信号
雷达应用中搜索和跟踪雷达最常用的脉冲压缩波形就是线性调频信号，线性信号的复数表达式是：
（2）
式中，B是信号带宽；τ为脉冲宽度；k =B/τ为信号瞬时频率的变化斜率； 是中心频率。
在脉冲宽度τ范围内，信号的瞬时频率如图2：
图2 线性调频信号频率特性
可以得出，在信号瞬时频率变化斜率一定即k不变的前提下，信号的频率呈线性变化， 所以我们称这种信号为线性调频信号。
对于线性调频信号，脉冲压缩的标志是匹配滤波的完成；压缩系统的峰值旁瓣比过小仅为-13.4dB，探测距离不高且十分容易造成干扰。通常采用加权处理方法来抑制旁瓣，加权处理即失配滤波。但是失配处理后会导致主瓣展宽，输出峰值下降，距离分辨率变差。
在工程应用中常采用Hamming函数作加权函数来抑制旁瓣。具体分为频域加权法和冲激响应加权法。理想情况下可以使峰值旁瓣比达到-42.8dB，很大程度上提高了峰值旁瓣比完善了信号质量[7]。
线性调频(LFM)信号是一个典型的,获得实现大时宽带宽积的信号。而且它是最早被提出,使用最广泛的是脉冲压缩信号。这是因为线性调频信号的匹配滤波器对回波信号的多普勒频移信号不敏感。所以线性调频信号是现在雷达系统最常用的信号之一。
3.2 巴克码信号
巴克码是二进制相位编码的一种，所谓二进制相位编码就是将长度为τ的宽脉冲被划分成N段比较窄的子脉冲，每个子脉冲的宽度是Δτ=τ/N。之后将0或π随机赋值成子脉冲的的相位，压缩后的的波形形状很大程度上决定于这种随机相位赋值的情况[8]。一般性习惯我们把相位为0的子脉冲定义为二进制的“1”把相位为π的子脉冲定义为二进制的“0”。可以算出这种编码方式的压缩比D等于长脉冲宽度与子脉冲宽度的比值，压缩后脉冲峰值比长脉冲峰值大N倍。