當(dāng)今，脈沖雷達(dá)系統(tǒng)頻繁使用脈沖壓縮技術(shù)。該技術(shù)能將出色的距離分辨率與低峰值功率電平下的長探測距離相結(jié)合。為此，發(fā)射脈沖通過脈內(nèi)調(diào)制擴(kuò)展發(fā)射信號的帶寬和時間。而在雷達(dá)接收機(jī)中使用匹配濾波器壓縮接收到的回波信號，并按脈沖壓縮比值提高接收信號的峰值（參見圖 1）。這鐘方法可以按壓縮比值提高雷達(dá)時間分辨率與距離分辨率。這也降低了雷達(dá)對高脈沖峰值功率電平需求，進(jìn)而減少使用高功率放大器并降低了供電的復(fù)雜性。

圖 1 使用數(shù)字脈沖壓縮濾波器的雷達(dá)系統(tǒng)

但增加脈寬會使雷達(dá)作用盲區(qū)范圍增加，并且影響多普勒效應(yīng)下的測距精度。此外，雷達(dá)系統(tǒng)中的信號處理單元變得更為復(fù)雜。依賴不同的脈沖調(diào)制方式，壓縮脈沖不僅有一個窄的時間峰（即主瓣），而且出現(xiàn)一些旁瓣（又稱為時域旁瓣或距離旁瓣）。這些可能引發(fā)虛警或者顯示成“虛假”的目標(biāo)反射。盡管有這些缺點(diǎn)，但脈壓技術(shù)利大于弊，如今被廣泛使用。

典型的傳輸信號類型包括線性調(diào)頻（LFM，或稱線性調(diào)頻脈沖）、非線性調(diào)頻、二相編碼信號和多相位編碼脈沖信號。比如，使用巴克碼的二進(jìn)制移相鍵控 (BPSK) 就屬于二相編碼信號。盡管業(yè)界現(xiàn)已開發(fā)出更為復(fù)雜的脈壓技術(shù)，但線性調(diào)頻和巴克碼仍在廣泛使用。就純粹的線性調(diào)頻而言，壓縮脈沖顯示 sin(×)/× 響應(yīng)，其最高時域旁瓣的電平理論上應(yīng)比主瓣電平低 13.2 dB。此比率也稱為峰值旁瓣電平比 (PSL)。峰值旁瓣電平比代表雷達(dá)系統(tǒng)辨別鄰近大小目標(biāo)的能力。圖 2所示為線性調(diào)頻脈沖寬度約為38MHz的線性調(diào)頻壓縮脈沖波形，以及脈間頻率和相位特征。

圖 2 線性調(diào)頻壓縮脈沖。相關(guān)振幅窗口顯示峰值旁瓣比峰值低 13 dB

幅度加權(quán)又稱為加窗，可以將峰值旁瓣電平比降至所需的電平，但信噪比會降低。在此情況下，因回波信號和理想的 Tx 波形之間存在相關(guān)性，在接收機(jī)數(shù)字信號處理時會使用到匹配濾波器。通常，頻域乘法運(yùn)算較時域上的卷積運(yùn)算更有效率。首先對接收信號進(jìn)行快速傅里葉變換 (FFT)，然后乘以參考線性調(diào)頻脈沖，最后通過快速傅里葉逆變換將信號變換回時域。眾所周知，加窗廣泛應(yīng)用于快速傅里葉變換信號處理。常用的加窗函數(shù)是漢明窗、布萊克曼窗和布萊克曼哈里斯窗。

表 1 對這些函數(shù)的特征進(jìn)行了對比。圖 3 也顯示38MHz的線性調(diào)頻信號，在使用布萊克曼哈里斯窗后，其峰值旁瓣電平比降了–47dB。

測量挑戰(zhàn)
雷達(dá)使用脈沖壓縮后，僅衡量脈寬或上升和下降時間，已經(jīng)無法充分對雷達(dá)性能進(jìn)行測量評估。任何與理想線性調(diào)頻信號頻率偏差、Tx通道失配反射、相位和幅度失真或調(diào)制器誤差都將影響雷達(dá)的性能，如距離分辨率和測距精度。這些影響可能導(dǎo)致壓縮脈沖的主瓣變寬或者增加旁瓣電平和額外的旁瓣，超出容許閾值。

由于脈內(nèi)添加了線性調(diào)頻、二進(jìn)制移相鍵控和多相位編碼碼調(diào)制方式，工程師可能傾向于將其視為通信信號并應(yīng)用用于測量通信信號質(zhì)量的矢量幅度誤差 (EVM) 指標(biāo)進(jìn)行度量。但是，矢量幅度誤差不能直觀的轉(zhuǎn)變成雷達(dá)的性能參數(shù)，如空間分辨率或虛警率。要評估脈沖壓縮雷達(dá)的性能，直接分析主、旁瓣行為的做法不失為一個好選擇。

為了診斷系統(tǒng)性能下降的根源，需要在系統(tǒng)信號調(diào)理的各個點(diǎn)進(jìn)行測試。而使用參考目標(biāo)，只觀察雷達(dá)接收器最終的處理輸出是不夠的。必須使用測量儀器（通常為信號分析儀）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)脈沖分析，但這也還是不夠。信號分析儀還必須分析使用適合的匹配濾波器和應(yīng)用相關(guān)計算來分析傳輸信號，模擬理想雷達(dá)接收器運(yùn)作方式。

經(jīng)過了脈沖壓縮計算后，顯示時域的壓縮脈沖曲線（參見圖 2 和圖 3）。脈沖響應(yīng)（主瓣）變寬導(dǎo)致距離分辨率變差，以及旁瓣電平和峰值旁瓣電平比都是很容易觀測到。此外，也可顯示脈寬內(nèi)的頻率誤差和相位誤差曲線。如果發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號，則可以通過頻率誤差直接度量頻率斜率的線性度。

圖 3 在接收處理過程中應(yīng)用加窗，將旁瓣電平降至峰值以下 57 dB

還有許多其他參數(shù)用于測量脈壓信號的特性。對于主瓣，這些參數(shù)是主瓣寬度 (3 dB)、主瓣功率、相位和頻率以及壓縮比。重要的旁瓣測量參數(shù)是PSL(峰值旁瓣電平比)、積分旁瓣電平和旁瓣延時，即主瓣和最近的旁瓣之間的時間間隔。主瓣寬度和旁瓣延時是影響可用空間分辨率的重要系統(tǒng)參數(shù)。脈沖壓縮分析功能提供了簡單快速的測試手段，在現(xiàn)場應(yīng)用中可實(shí)際評估系統(tǒng)的可用空間分辨率。鑒于可測量的參數(shù)數(shù)目眾多，應(yīng)能選擇對測量任務(wù)最為重要的參數(shù)進(jìn)行顯示。為此，用戶可在測試結(jié)果表格中任意配置想顯示的測試結(jié)果參數(shù)。圖 2 和圖 3 圖示了信號分析儀如何借助脈沖測量應(yīng)用和時域旁瓣分析功能執(zhí)行此類分析，圖中已經(jīng)配置結(jié)果表格，僅顯示最重要的脈壓參數(shù)。該儀器還提供各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使其可以評估雷達(dá)信號的穩(wěn)定性以及測量的可重復(fù)性。

除了相關(guān)計算功能外，測試還需考慮信號分析儀的分析帶寬或瞬時帶寬。信號分析儀的帶寬需覆蓋雷達(dá)發(fā)射信號調(diào)制帶寬。如果是捷變頻雷達(dá)，則分析儀的帶寬還應(yīng)覆蓋頻率捷變的整個頻段。有些信號與頻譜分析儀可覆蓋高達(dá)500MHz的瞬時帶寬，且使用其寬帶中頻輸出并使用高性能示波器將輸出寬帶中頻轉(zhuǎn)化為數(shù)字I/Q，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)2GHz的瞬時帶寬。在此情況下，分析儀比須補(bǔ)償整個測量鏈的幅度和群延時失真對測試結(jié)果的影響。操作者無需分別操作信號分析儀和示波器，只需單獨(dú)操作信號分析儀即可得到測試結(jié)果。

時域旁瓣分析基于理想發(fā)射波形（又稱為參考信號）和被測發(fā)射信號之間的相關(guān)計算，所以用戶首先應(yīng)該選擇并創(chuàng)建一個參考信號。對于常見的線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、使用巴克碼的二進(jìn)制移相鍵控或嵌入式巴克碼應(yīng)無需借助其他工具創(chuàng)建參考信號；信號分析儀內(nèi)部可直接定義此參考信號。圖 4 顯示可以如何定義此類參考信號（在圖4中為多項(xiàng)式調(diào)頻信號）。對于標(biāo)準(zhǔn)線性調(diào)頻信號，應(yīng)可選擇使用不同的加窗，如漢明窗、漢寧窗、布萊克曼哈里斯窗、高斯窗或切比雪夫窗。目前業(yè)界普遍使用復(fù)雜度高于線性調(diào)頻脈沖或巴克碼的發(fā)射波形。其中許多波形都是專有或保密的，原因很簡單：

圖 4 設(shè)置包含多項(xiàng)式系數(shù)的線性與非線性調(diào)頻信號的參考波形（匹配濾波器）。

如果編碼泄露，則干擾機(jī)可輕松調(diào)制待壓縮的干擾信號（模仿雷達(dá)發(fā)射信號）增加雷達(dá)虛警率?？紤]到發(fā)射波形的機(jī)密性，帶時域旁瓣分析功能的分析儀必須能夠加載特定波形作為用戶參考波形，如用戶I/Q 數(shù)據(jù)。

R&S FSW所提供工具輕松將MATLAB 格式I/Q數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為儀表參考信號數(shù)據(jù)格式。更方便的方式為由分析儀直接捕捉理想的發(fā)射信號作為參考信號。儀表也提供了可視化的功能方便用戶觀測導(dǎo)入 I/Q 數(shù)據(jù)或捕捉信號是否正確（包括幅度、頻率或自動相關(guān)）。該技術(shù)也可以對比不同信號處理階段的信號，從中找出系統(tǒng)性能降級的原因。

通過時域旁瓣分析功能，用戶只需顯示相關(guān)計算后的相關(guān)脈沖曲線（如有必要，也可增加顯示頻率和相位誤差），然后調(diào)整表格結(jié)果以提供期望的測試參數(shù)。由濾波器、放大器或其他雷達(dá)發(fā)射機(jī)部件對系統(tǒng)性能的影響就很容易判斷。圖 5a 和圖 5b 顯示 I/Q 調(diào)制器增益不平衡如何將峰值旁瓣電平比從 -50 dB 降為 -45 dB。而與此同時積分旁瓣電平如何在不受干擾的情況下的 -40 dB，進(jìn)一步降到-33 dB。I/Q 調(diào)制器原點(diǎn)偏移還導(dǎo)致峰值旁瓣電平比從 -50 dB 降到 -43 dB（參見圖 5c）。各種電路的非理性特性對系統(tǒng)的影響可通過脈沖響應(yīng)來辨別，如圖 5b 和圖 5c 所示的相關(guān)脈沖幅度。

圖 5 理想 I/Q 調(diào)制(a) 的加窗線性調(diào)頻信號，以及I/Q調(diào)制器增益不平衡 (b) 和 I/Q 調(diào)制原點(diǎn)偏移 (c)

盡管時域旁瓣測量很重要，更為常見的脈沖參數(shù)（脈寬、脈沖重復(fù)間隔 (PRI)、上升和下降時間、功率、脈頂傾斜、過沖、振鈴或脈間相位）及相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)也提供其他重要信息。因此，可分析雷達(dá)信號的通用測量儀器應(yīng)提供時域旁瓣測量和綜合脈沖分參數(shù)分析功能。由于雷達(dá)性能取決于振蕩器的穩(wěn)定性（通常描述為相位噪聲），測量儀器應(yīng)準(zhǔn)確測量振蕩器穩(wěn)定性。高級信號分析儀具備相位噪聲測量功能并提供精密的脈沖分析，包括時域旁瓣測量，適用于各類雷達(dá)系統(tǒng)。為滿足嚴(yán)苛的頻率穩(wěn)定性分析的要求，通常使用專門的相位噪聲分析儀來測量相位噪聲。

最新的相位噪聲分析儀的測量功能將能分析脈沖信號的相位噪聲同時也能實(shí)現(xiàn)脈沖參數(shù)自動分析功能。