線性調頻信號

在軍事應用中，對雷達的作用距離、分辨能力、測量精度等性能指標提出了越來越搞得要求。為了提高分辨能力和測距精度，要求信號具有大的帶寬；而為了提高速度分辨力和測速精度，要求信號具有大的時寬。除此之外，提高雷達系統的作用距離又要求信號具有大的能量，在系統的發射設備峯值功率受限的情況下，大的信號能量只能靠加大信號的時寬得到，這都要求信號具有大的時寬、帶寬乘積。由信號與系統理論可知，普通信號的時寬帶寬積為一常量，所以信號同時具有大的時寬和帶寬是不可能的。為了解決這一矛盾，人們開始各種嘗試和探索，力求從雷達體制上得到突破。脈衝壓縮技術的出現有效地解決了雷達系統作用距離和距離分辨力之間的矛盾。線性調頻便是脈衝壓縮技術的一種，其產生和處理都比較容易，技術上比較成熟，因此得到廣泛應用。

線性調頻信號可以採用如下數學表達式表示：

其中：f0為中心頻率；k=B/為調頻頻率；B為頻率變化範圍；tao為脈衝寬度；a(t)為線性調頻脈衝的包絡。

線性調頻信號通過對載波頻率進行調製以增加信號的發射帶寬並在接收時實現脈衝壓縮。由於線性調頻信號具有較高的距離分辨力，當在速度上無法區分多目標時，可以通過增加目標距離測試解決多目標的分辨問題；同時在抗干擾方面，線性調頻信號可以在距離上區分干擾和目標，因而可以有效地對抗拖曳式干擾，這使得線性調頻信號在雷達波形設計中得到了廣泛的應用。由於線性調頻信號是通過一個發射脈衝實現距離高分辨的，因此該信號對目標多普勒頻移不敏感，即使回波信號有較大的多普勒頻移，脈衝壓縮系統仍能起到壓縮的作用。這將大大簡化信號處理系統。

線性調頻脈衝壓縮技術的主要缺點是存在距離和多普勒頻移的耦合。此外，線性調頻信號的匹配濾波器的輸出壓縮脈衝包絡近似為sinc(x)函數形狀，旁瓣電平較高，為了提高分辨多目標的能力，必須採用旁瓣抑制技術或簡稱加權技術，即採用時域數字加權技術或頻域數字加權技術實現。降低旁瓣電平是以增大主瓣寬度為代價的，並且將在一定程度上降低系統的靈敏度。

傳統的模擬方法通常是採用表面波器件、壓控振盪器等器件產生線性調頻信號，具有設計難度大、開發週期長等問題。 ^[1]  文章中研究了一種基於FPGA的線性調頻信號產生方法，突出了該方法的優點。

線性調頻信號經過壓縮處理接收後的信號幅度峯值是原來發射信號峯值的D的1/2次方（D為脈壓比，等於脈衝寬度與B的乘積）倍，即輸出脈衝峯值功率比輸入脈衝峯值功率增大了D倍。在要求發射機輸出功率一定的情況下，接收機輸出的目標回波信號經過匹配濾波壓縮處理，具有窄的脈衝寬度和更高的峯值功率，前者提高距離分辨率而後者符合探測距離遠的要求，這便充分體現了脈壓體制獨特的優越性。從反偵察的角度來説，脈壓雷達比普通雷達具有更強的生存能力。由於線性調頻信號的幅度和信噪比更小，由偵察方程可知，同等靈敏度的偵察機其偵察距離為原來的D的負1/2次方，所以在雷達應用領域，脈壓雷達具有功率優勢，應用前景十分廣闊。