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

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发布时间：2019-03-25

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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：《》

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：

$x(t)=r(t)cos(2\pi f_{0}t+\phi _{x}(t))$

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

调制频率为： $f_{m}(t)=\frac{1}{2 \pi} \frac{\mathrm{d} }{\mathrm{d} t}\phi _{x}(t)$

瞬时频率为： $f_{i}(t)=\frac{1}{2 \pi} \frac{\mathrm{d} }{\mathrm{d} t}\phi _{x}(t)=f_{0}+f_{m}(t)$

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：

$x(t)=r(t)cos(2\pi f_{0}t+\phi _{x}(t))=x_{I}(t)cos(2\pi f_{0}t)-x_{Q}(t)cos(2\pi f_{0}t)$

其中： $x_{I}(t)$ 和 $x_{Q}(t)$ 是称为正交分量的实低通信号，分别表示为：

$x_{I}(t)=r(t)cos(\phi _{x}(t))\\ x_{Q}(t)=r(t)sin(\phi _{x}(t))$

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

2.频率分集雷达的信号波形

2.信号的基础知识

（1）Matlab产生一个方波信号

参考博客：

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);gridylim([-1.5 1.5])

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