序言

在雷達系統測試應用中，毫無疑問，矢量信號源起著舉足輕重的作用。不僅可以為雷達發射機和接收機提供高質量本振信號，更重要的是，還可以按照測試所需生成各式各樣的波形，這就是矢量信號源的優勢。

眾所周知，距離分辨率決定了雷達在距離維度上的分辨能力，是目標探測雷達和成像雷達非常重要的參數。對于簡單射頻脈沖而言，脈寬大小決定了距離分辨率，脈寬越窄，則距離分辨率越高，反之，距離分辨率越低。

但是，一味減小脈寬來提高距離分辨率是不現實的，一方面脈寬減少，則意味著脈沖信號的平均功率降低了，這會縮短雷達探測距離。另一方面，太窄的脈沖也在技術實現上提出了更高挑戰。

有沒有方法既能使用寬脈寬又可以實現高分辨率呢？

答案是肯定的，目前高分辨率雷達通常采用脈沖壓縮技術，可以在采用寬脈寬的同時，實現更高的距離分辨率。今天就跟大家聊一聊脈沖壓縮技術，以及矢量信號源在這種雷達測試中的應用。

脈沖壓縮技術簡述

所謂脈沖壓縮，可以理解為在接收機側通過匹配濾波器或者互相關算法實現對回波信號脈寬的壓縮，從而提高距離分辨率。或者簡單地認為，只要脈內采用了頻率調制或者相位調制，都可以認為使用了脈沖壓縮技術。目前比較常見的兩種調制方式分別為線性調頻（Chirp or LFP pulse）和相位編碼（Barker Pulse），如圖1所示。

圖1. 典型Chirp和Barker Pulse

脈沖壓縮技術并不是通過降低脈寬提高距離分辨率，而可以在脈寬不變的情況下，通過引入脈內調制，同時保證雷達探測距離和高分辨率。

雷達接收機通常采用匹配濾波器，以實現信噪比SNR的最大化。如果脈內采用了頻率或相位調制，經過匹配濾波器后，SNR被改善的同時，脈寬也會被大幅度壓縮。在這個過程中，有兩個非常重要的參數：脈沖壓縮比和時域邊帶抑制度。前者為原脈沖寬度與壓縮后脈沖寬度的比值，衡量了距離分辨率被改善的程度；后者為回波信號經過匹配濾波器后，時域沖激響應的最高邊帶與主帶信號幅度的比值，決定了雷達對低散色截面目標的探測能力。下面將從這兩個參數著手，分別對Chirp Pulse和Barker Pulse進行簡要介紹。

(1) Chirp Pulse

線性調頻脈沖是指脈沖內部采用線性頻率調制，載波頻率可以線性增大（ramp up）、線性減小（ramp down）或者先線性增大再線性減小（ramp up and down or down and up），諸如此類的頻率線性變化，都屬于線性調頻的范疇。關于接收機側是如何通過匹配濾波器實現脈沖壓縮的，可以查閱相關書籍，此處更多是關注脈沖壓縮比和時域邊帶抑制。

假設線性調頻脈沖的脈寬為τ，帶寬為B，其脈沖壓縮比是多少呢？

接收機側會使用一個匹配濾波器處理雷達回波信號，其輸出的時域波形近似為Sa(x)函數，有主瓣，亦有豐富的邊帶，如圖2所示。或者可以這里理解，線性調頻脈沖的頻譜類似于一個帶通濾波器的幅頻響應曲線，經過匹配濾波器后，其頻譜形狀變化不大，可以將其想象成頻域的“脈沖”，經過IFFT后得到的時域波形則類似于Sa(x)函數曲線，這就是壓縮后的時域波形，壓縮后的脈寬可以近似為1/B (在3dB脈寬和6dB脈寬之間)。

信號原脈寬為τ，壓縮后的脈寬近似為1/B，則脈沖壓縮比近似為：τ?B，這也是通常所講的時寬帶寬乘積，是線性調頻脈沖的一個非常重要的參數。

圖2. 線性調頻脈沖的典型時域沖激響應

壓縮后的脈沖近似Sa(x)函數，所以第一邊帶相對于主瓣的電平理論值為：-13.3dB。此時的時域邊帶抑制還不夠高，較強的時域邊帶可能會造成目標誤判，同時也可能將目標回波信號淹沒在邊帶中而探測不到目標。為了進一步降低時域邊帶，在數據處理過程中可以考慮引入時間窗，但時間窗的引入會導致主瓣寬度的增大，需要折中考慮。

(1) Barker Pulse