雷达基础系列文章之一：雷达信号的波形、调制形式以及工作模式

我会带着你远行 2023-07-14 05:28 21阅读 0赞

> 雷达起源于二战英国对抗德国空军，在长达一个世纪的发展中，逐步变得更加精确和复杂。其基本原理始终没变，利用TOA时间获取目标到自身的距离，利用多普勒效应获取目标的速度。为了更好地学习甚至设计雷达，就需要对现有的雷达进行学习。

# 1.雷达信号的波形 #

参考书籍：《[雷达系统设计Matlab仿真][Matlab]》

前言：雷达系统中，波形类型和信号处理技术的选取很大程度上**取决于**雷达的具体任务和作用。某种波形的软硬件实现相关**成本和复杂性**是决策过程中的主要考虑因素。      雷达可以使用连续波（CW）、调制和未调制的脉冲波形。   调制技术可以是模拟的，也可以是数字的。        距离分辨率和多普勒分辨率与特定波形的频率特征直接相关。

## （1）低通信号、带通信号和正交分量 ##

如果一个信号包含的主要频率成分处于包括直流的低频频带，则称其为**低通（LP）信号**。

如果一个信号包含的主要频率成分处于离开原点的某个频率附近，则称其为**带通（BP）信号**。一个带通信号可以表示为：

![x(t)=r(t)cos(2\\pi f\_\{0\}t+\\phi \_\{x\}(t))][x_t_r_t_cos_2_pi f_0_t_phi _x_t]

其中：r(t)是幅度调制或包络，![\\phi \_\{x\}(t)][phi _x_t]是相位调制，![f\_\{0\}][f_0]是载波频率，r(t)和![\\phi \_\{x\}(t)][phi _x_t]所包含的频率成分都比![f\_\{0\}][f_0]明显要小。

**调制频率**为：![f\_\{m\}(t)=\\frac\{1\}\{2 \\pi\} \\frac\{\\mathrm\{d\} \}\{\\mathrm\{d\} t\}\\phi \_\{x\}(t)][f_m_t_frac_1_2 _pi_ _frac_mathrm_d_ _mathrm_d_ t_phi _x_t]

**瞬时频率**为：![f\_\{i\}(t)=\\frac\{1\}\{2 \\pi\} \\frac\{\\mathrm\{d\} \}\{\\mathrm\{d\} t\}\\phi \_\{x\}(t)=f\_\{0\}+f\_\{m\}(t)][f_i_t_frac_1_2 _pi_ _frac_mathrm_d_ _mathrm_d_ t_phi _x_t_f_0_f_m_t]

如果信号带宽为B，且f0远大于B，则信号x(t)称为窄带信号。

带通信号可以用两个正交分量的低通信号表示，原信号可以重写为：

![x(t)=r(t)cos(2\\pi f\_\{0\}t+\\phi \_\{x\}(t))=x\_\{I\}(t)cos(2\\pi f\_\{0\}t)-x\_\{Q\}(t)cos(2\\pi f\_\{0\}t)][x_t_r_t_cos_2_pi f_0_t_phi _x_t_x_I_t_cos_2_pi f_0_t_-x_Q_t_cos_2_pi f_0_t]

其中：![x\_\{I\}(t)][x_I_t]和![x\_\{Q\}(t)][x_Q_t]是称为正交分量的实低通信号，分别表示为：

![x\_\{I\}(t)=r(t)cos(\\phi \_\{x\}(t))\\\\ x\_\{Q\}(t)=r(t)sin(\\phi \_\{x\}(t))][x_I_t_r_t_cos_phi _x_t_ x_Q_t_r_t_sin_phi _x_t]

**PS:这也说明了怎么提取带通信号中的低频分量的方法。通过混频器混合某个正交分量的低通信号，即可得到低通信号。**

## （2）各种雷达的信号波形 ##

1.常规雷达的信号波形

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2tpc3Nnb29kYnllMjAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

2.频率分集雷达的信号波形

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2tpc3Nnb29kYnllMjAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

# 2.信号的基础知识 #

## （1）Matlab产生一个方波信号 ##

参考博客：[matlab产生方波脉冲和周期性方波信号][matlab]

周期性矩形波（方波）信号：在MATLAB中用square函数来表示，其调用形式为

y=square(t,DUTY)

其作用类似于sin(t)，用以产生一个时长为t、幅值为±1的周期性方波信号，其中的DUTY参数表示占空比，即在信号的一个周期中正值所占的百分比。例如频率为**30Hz的周期性方波信号**的 MATLAB 参考程序如下：

t=-2*pi/100:pi/1024:2*pi/100;
    
    y=square(2*pi*30*t,50);
    
    plot(t,y);
    
    grid
    
    ylim([-1.5 1.5])

[Matlab]: https://wenku.baidu.com/view/5df6d461e97101f69e3143323968011ca200f74b.html
[x_t_r_t_cos_2_pi f_0_t_phi _x_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?x%28t%29%3Dr%28t%29cos%282%5Cpi%20f_%7B0%7Dt&plus;%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29%29
[phi _x_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29
[f_0]: https://private.codecogs.com/gif.latex?f_%7B0%7D
[f_m_t_frac_1_2 _pi_ _frac_mathrm_d_ _mathrm_d_ t_phi _x_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?f_%7Bm%7D%28t%29%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%20%5Cpi%7D%20%5Cfrac%7B%5Cmathrm%7Bd%7D%20%7D%7B%5Cmathrm%7Bd%7D%20t%7D%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29
[f_i_t_frac_1_2 _pi_ _frac_mathrm_d_ _mathrm_d_ t_phi _x_t_f_0_f_m_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?f_%7Bi%7D%28t%29%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%20%5Cpi%7D%20%5Cfrac%7B%5Cmathrm%7Bd%7D%20%7D%7B%5Cmathrm%7Bd%7D%20t%7D%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29%3Df_%7B0%7D&plus;f_%7Bm%7D%28t%29
[x_t_r_t_cos_2_pi f_0_t_phi _x_t_x_I_t_cos_2_pi f_0_t_-x_Q_t_cos_2_pi f_0_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?x%28t%29%3Dr%28t%29cos%282%5Cpi%20f_%7B0%7Dt&plus;%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29%29%3Dx_%7BI%7D%28t%29cos%282%5Cpi%20f_%7B0%7Dt%29-x_%7BQ%7D%28t%29cos%282%5Cpi%20f_%7B0%7Dt%29
[x_I_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?x_%7BI%7D%28t%29
[x_Q_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?x_%7BQ%7D%28t%29
[x_I_t_r_t_cos_phi _x_t_ x_Q_t_r_t_sin_phi _x_t]: https://private.codecogs.com/gif.latex?x_%7BI%7D%28t%29%3Dr%28t%29cos%28%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29%29%5C%5C%20x_%7BQ%7D%28t%29%3Dr%28t%29sin%28%5Cphi%20_%7Bx%7D%28t%29%29
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[matlab]: https://blog.csdn.net/wordwarwordwar/article/details/56676130?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task