常見雷達(dá)信號(hào)分析研究

陶建勝，梅 林

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心上海監(jiān)測(cè)站，上海 201419）

1 雷達(dá)信號(hào)的分類

從特征上可將雷達(dá)信號(hào)分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。

脈沖雷達(dá)包括：簡(jiǎn)單脈沖雷達(dá)信號(hào)，只能測(cè)試距離，無(wú)速度信息；脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)，相參信號(hào)，通過多普勒頻率得到速度信息；脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)，又可分為線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、相位編碼、多相調(diào)制。利用脈內(nèi)調(diào)制，解決雷達(dá)測(cè)試距離與測(cè)試分辨率之間的矛盾；頻率捷變雷達(dá)信號(hào)，又分為捷變頻雷達(dá)和步進(jìn)變頻雷達(dá)，該提高雷達(dá)的抗干擾能力。

連續(xù)波雷達(dá)包括：簡(jiǎn)單連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)，通過測(cè)量多普勒頻移測(cè)量被測(cè)物體速度，但沒有距離信息；調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)，可以測(cè)試距離。連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)約占雷達(dá)信號(hào)的10%。

2 雷達(dá)信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)

（1）脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間（τ）即發(fā)射脈沖的時(shí)間；脈沖重復(fù)周期（Tr）即相鄰兩個(gè)發(fā)射脈沖前沿的間隔時(shí)間；脈沖重復(fù)頻率（fr）即每秒鐘發(fā)射的射頻脈沖個(gè)數(shù)。脈沖重復(fù)頻率（fr）與脈沖重復(fù)周期（Tr）互為倒數(shù)。

圖1 雷達(dá)信號(hào)參數(shù)

R 為雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離，C 代表電磁波在自由空間的傳播速度3*108m/s。雷達(dá)的探測(cè)距離如下：

雷達(dá)的探測(cè)距離Rmin

（2）脈沖重復(fù)率是雷達(dá)脈沖發(fā)射的速度，即雷達(dá)每秒發(fā)射脈沖的個(gè)數(shù)，雷達(dá)在工作過程中可以改變?cè)搮?shù)。雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作模式通常具有最基本的脈沖寬度和重復(fù)頻率（PRF）控制，以實(shí)現(xiàn)可變的目標(biāo)跟蹤和分辨率。

3 雷達(dá)信號(hào)的主要特征

（1）簡(jiǎn)單的脈沖信號(hào)，脈寬（τ）決定梳狀譜的零點(diǎn)，梳狀譜譜線間隔由脈沖周期（T）決定（=1/T），脈沖峰值功率=主譜線的最大讀數(shù)-20*log（τ/T）。

圖2 脈沖信號(hào)頻譜圖

（2）連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)的特征依據(jù)發(fā)射的連續(xù)波的不同而不同。

圖3 單一頻率連續(xù)波和連續(xù)波波形

4 雷達(dá)信號(hào)的分析

雷達(dá)信號(hào)可以從頻域、時(shí)域和調(diào)制域方面進(jìn)行分析。

頻域方面，不同類型的雷達(dá)信號(hào)頻譜不同。根據(jù)已知雷達(dá)信號(hào)的頻譜和經(jīng)驗(yàn)，可以從頻譜上可以區(qū)分簡(jiǎn)單的雷達(dá)信號(hào)類型。

圖4 雷達(dá)信號(hào)時(shí)域分析圖

時(shí)域方面，用示波器和頻譜儀0SPAN 功能可以對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，可以發(fā)現(xiàn)脈沖信號(hào)，可以測(cè)試簡(jiǎn)單的脈沖參數(shù)。另外，還可以利用軟件，對(duì)信號(hào)的進(jìn)行時(shí)域分析。

調(diào)制域方面，需要借助特定的軟件進(jìn)行分析，有時(shí)需要從頻域、時(shí)域和調(diào)制域三方面結(jié)合來分析，可以識(shí)別各類脈內(nèi)調(diào)制雷達(dá)信號(hào)和其他各類復(fù)雜的雷達(dá)信號(hào)。

5 常見的雷達(dá)信號(hào)

5.1 氣象雷達(dá)

用來探測(cè)大氣中的降水類型、分布和移動(dòng)，并可對(duì)其未來分布和強(qiáng)度作出預(yù)測(cè)的一種雷達(dá)。氣象雷達(dá)工作體制為脈沖多普勒體制，其信號(hào)在時(shí)間域上呈現(xiàn)短時(shí)突發(fā)特性。

圖5所示為氣象局附近監(jiān)測(cè)到的雷達(dá)信號(hào)，中心頻率為2865MHz，帶寬約為4MHz。信噪比約25dB。信號(hào)單次出現(xiàn)時(shí)間極短，頻譜儀只有用最大保持模式才能捕獲其頻譜。

圖5 氣象雷達(dá)信號(hào)（S頻段）頻譜圖

5.2 航管二次雷達(dá)

指提供地面對(duì)空中交通監(jiān)視和管制用的二次雷達(dá)系統(tǒng)。地面詢問雷達(dá)由全方向旋轉(zhuǎn)天線發(fā)射方向性掃描波束，其載波頻率為1030MHz。機(jī)載雷達(dá)應(yīng)答機(jī)靠刀狀天線全方向接收和發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，其載波頻率為1090MHz。飛機(jī)在此頻點(diǎn)上發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，因此同一個(gè)頻點(diǎn)上可能疊加了多個(gè)飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。

圖6 航管雷達(dá)地面發(fā)射信號(hào)（1030MHz）頻譜圖

圖7 航管雷達(dá)飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)（1090MHz）頻譜圖

5.3 超視距天波雷達(dá)

為克服視距對(duì)雷達(dá)的限制，監(jiān)測(cè)到地平線以下的目標(biāo)，人們發(fā)明了超視距雷達(dá)。與常規(guī)雷達(dá)相比，超視距雷達(dá)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、監(jiān)測(cè)范圍廣、反隱身能力等優(yōu)點(diǎn)。超視距雷達(dá)是用于遠(yuǎn)距離預(yù)警和廣域監(jiān)控的一種經(jīng)濟(jì)有效的手段，監(jiān)控不可能安裝常規(guī)雷達(dá)的戰(zhàn)略領(lǐng)域。

超視距雷達(dá)信號(hào)的帶寬在10kHz～80kHz 不等，由于其絕對(duì)帶寬較窄，天線波束寬，因此抗干擾能力較弱。圖8為日常監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)到的頻譜圖，帶寬為60kHz，屬于CW 連續(xù)波雷達(dá)。

圖8 超視距天波雷達(dá)頻譜圖

5.4 海岸雷達(dá)

一種新興的海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有超視距、大范圍、全天候以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，目前全球沿海氣象局（站）、大型海岸工程和港航工程項(xiàng)目引進(jìn)世界先進(jìn)的地波雷達(dá)，主要用于海洋氣象測(cè)量。原理是將無(wú)線電波朝海面發(fā)射時(shí)，在海水表面會(huì)存在一種電磁波傳播模式，是一種表面波，實(shí)際上海岸雷達(dá)是一種高頻地波雷達(dá)。在中波和短波段海水表面的地波傳播衰減很小，而且地波在一定程度上會(huì)沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑ィ竭_(dá)地平線以下很遠(yuǎn)的地方，即實(shí)現(xiàn)超視距傳播。因此利用地波超視距傳播特性進(jìn)行探測(cè)的高頻地波雷達(dá)也是地波超視距雷達(dá)的一種，屬于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)。

圖9 海岸雷達(dá)頻譜圖

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于雷達(dá)信號(hào)，其在時(shí)域中的特征更為突出，且其回波信號(hào)也擁有更多的分析及研究?jī)r(jià)值。由于日常的監(jiān)測(cè)工作以頻域信息為主，較少關(guān)注時(shí)域信息，因此在這方面還存在一定的盲區(qū)。但通過日常監(jiān)測(cè)和對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和研究，依然能夠掌握雷達(dá)的信號(hào)特征、頻率使用、發(fā)射地點(diǎn)以及變化動(dòng)向，能進(jìn)一步保障雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)安全，不斷提高突發(fā)性無(wú)線電干擾事件應(yīng)急處理效率。