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典型雷达信号的波形仿真和分析
文I山西省阳泉市无线电监测站宋建宏成都大公博创信息技术有限公司田剑豪
摘耍：随着无线电监测业务的不断发展，有必獎对茁达信号的监测和分析给予关汴。本义宵先给出 典喂蜇达信号的分类。«次结合儿种典®雷达信号的波形仿貞实例，从时频域描还«信号关键特征。再 次通过*达信号与常规信号的对比分析，指出其特殊性。敁后针对雷达信号的无线电监测进行一些分析 和探讨。
关键紂：无线电监测茁达n号脉冲压缩脉内分析时频分析
后针对雷达信号监测对无线电监测设备和监测技术的特殊
0引言
在无线电监测行业，沃森-瓦特测向广为人知，然 而沃森•瓦特更具影响力的一个贡献是率先给出了工程实 践可行的雷达设计方案。20世纪30年代，德国空军针对 英国本土的空袭令英国损失惨重，为了对抗德军远程轰炸 机的空袭，英国政府悬赏能够提前预知空袭的方案，沃 森•瓦特基于电磁波反射的雷达方案最终脱颖而出，在空 袭预警方面发挥了重要作用。沃森•瓦特本人也因此被称 为“雷达之父”。
跟计算机、火箭等著名的二战副产品类似，雷达技术 也突飞猛进，最终发展成为一个重要的产业，在国防、民 航、气象、交通等多个领域获得广泛应用。通常而言，雷 达给人的第一印象是军事应用，诸如远程监视/预警、地 面/海上/空中防御、短距检测、导弹制导、全天候地形 成像、非合作目标识别和战斗损伤评估等多种用途。其实， 雷达在非军事领域也有相当广泛的应用，诸如民用航空领 域的空中交通管制雷达、气象领域的气象观测雷达、卫星 遥感以及曰常使用的倒车雷达和交通测速雷达。作为国民 经济的支柱产业，汽车产业正处于燃油车到智能电动车的 巨变前夜，而作为电动车智能驾驶的“眼睛”，毫米波雷 达正在获得有史以来最为广泛的应用，这可看作雷达技术 向国民经济和社会的进一步渗透。
由于雷达信号的特殊性，以及无线电监测技术的不断 发展和扩展，有必要对雷达信号的监测予以关注。本文结 合无线电监测设备和监测业务的需要，针对常见的雷达信 号进行简要介绍，梳理其主要分类和类型，重点分析雷达 信号波形的特殊性，并与常规的通信类信号进行比较，最
要求进行简要分析。
1常见雷达信号的类型划分
1.1雷达信号的类型划分
在雷达领域，雷达的类型从不同角度划分，有多种形 式。从频段上，雷达覆盖H
F
、L、S、C、X以及毫米波
等多个频段；从应用上，分为预警、监视、探测、跟踪、 导航、成像等多种类型。从无线电信号分析和监测的角度， 按照雷达信号类型划分是一种较好的分类方式。可粗分为 两大类，第一类是连续波体制雷达，包括连续波C续波调频（F
M
C
W
W
、连
)等；第二类是脉冲体制雷达，包括
脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、脉冲压缩雷达等几种类型。
1.2雷达信号的几个关键参数
(1)载波频率
为提升雷达的性能和抗干扰能力，雷达信号的载波频 率可能会有多种变化形式。相邻的雷达脉冲信号的载波频 率可能发生跳变。在一个脉冲信号内部，载波频率也可能 随机或者按照特定的方式改变。
(2 )脉冲宽度
脉冲宽度是指脉冲信号持续的时间，根据雷达的不同 用途，脉冲宽度可以从几微秒到几千毫秒。
(3 )脉冲重复频率脉冲重复频率（P
RF
)是雷达脉冲发射的速度，即雷
RF
达每秒发射脉冲的个数。机载雷达的P到几百k
Hz
可以从几百H
z
,并且在雷达工作过程中可以改变。
(4 )脉内调制
对脉冲进行频率或相位调制，通过采用脉冲压缩技术
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有效解决雷达探测距离和距离分辨率的矛盾。
2典型雷达信号波形分析
以下结合各种典型雷达的仿真波形，介绍各种雷达信 号波形的重要特点。
2.1脉冲雷达信号
非相参的脉冲信号是最为简单的一类雷达信号，也是 早期雷达普遍采用的信号形式。通常这种信号的脉宽是固 定的，脉冲重复频率也是固定的，因此分析起来也是最简 单的（见图1)。
时域波形
时频ra
图1脉冲信号的时域波形和时频图
相对脉冲雷达信号，脉冲多普勒雷达信号针对脉冲间 的相位进行严格约束，由此可获取更为精确的目标径向速 度。脉冲多普勒体制的雷达可在强静态杂波背景下检测动 目标，这在雷达目标探测方面具有重要意义，著名的动目 标显示（M
TI
)雷达即基于该方式工作。
2.2线性调频信号
无线电监测行业对于线性调频信号并不陌生。很多考 场作弊信号采用了一种特殊的扩频机制，即线性调频。这 类考试作弊发射设备采用了美国SiliconLabs公司的基于 线性调频扩频通信的单芯片集成方案，而该公司基于该扩 频体制主推的其实是物联网应用，该公司也是L
oRa
标准
的牵头者。通过线性调频处理，通信链路可获得更强的通 信抗干扰能力。而线性调频应用到雷达领域，可解决窄脉 冲信号目标探测距离较短、宽脉冲信号距离分辨率太低的 矛盾。
单从频谱上很难看出线性调频信号的特征，这类信号 的特征用时频联合分析的方法表示最为合适。图2是一个 典型的线性调频信号时频二维图，从时频二维图上，可以 明显看到在一个脉冲的时间间隔内，线性调频信号瞬时频 率随时间是线性变化的。
2.3非线性调频信号
基于线性调频信号，人们又继续设计了多种非线性调
监测检测
(-1Z u H6o
sS)s'toon5o o bua:
4o 1 o {£/gplAOU3nbaJJ/JSMOd3o 2o2o
1o
图2线性调频信号的时频图
频信号，主要就是改变频率随时间的变化函数，由线性变 化改进为二次函数、正弦函数、对数函数等多种变化形式。 因此从时频图上可以得到这些函数变化形式的频率变化曲 线。图3和图4分别为二次函数和对数函数形式的非线
性调频信号时域波形和时频图形。
图3非线性调频信号时频图（二次函数形式）
oogOQO时频图
0OO9OO876
-80
MHS¥5(s-s4li:
3(2
1
60 80 100 120 140
Time (us)
图4非线性调频信号时频图（对数函数形式）
2.4相位编码信号
相位编码是另外一种脉冲压缩体制，通过脉内相位调 制，可同时具有探测距离远和距离分辨率高的优点。在相 位编码雷达波形中，一个脉冲被划分为多个子脉冲。相位 编码波形的特性由各个子脉冲上的相位调制来表征。它以 相位跳变值的个数分类，若只有两个跳变值，则为B
PSK
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D
〇 Q
監测检测
信号；若有四个跳变值，则为Q
PSK
信号。大于两个相 位跳变值的统称为多相编码。相位跳变的种类也有很多， 比如用于BPSK
信号编码的二元序列有巴克码、M序列等，
用于Q
PSK
信号编码的序列有Frank码、霍夫曼码等。
跟线性/非线性调频分析方式不同，相位编码信号不 是针对瞬时频率，而是针对瞬时相位做文章。图5和图6 为巴克码编码的雷达信号时频图和瞬时相位变化图。
图5相位编码雷达信号的时频图
2.5 -(peJ)olseMd100
105
110 115
120
125
Time (us)
图6相位编码雷达信号和瞬时相位
2.5其他种类的雷达信号波形
以上是几种基本、典型的雷达信号波形类型。基于这 些基本类型，可组合和衍生出更多形式的雷达信号波形。 比如针对脉冲宽度和脉冲间隔，有重频参差、重频抖动、 重频滑变、重频跳变等多种形式。另外，同时结合相位 和频率，还有线性调频+频率编码（LFM
-F
SK
)、频率
编码+二相编码（FSK-BPSK
)、线性调频+二相编码
(L
FM
-B
PSK
)等多种混合调制方式。其主要目的就是
给敌方的雷达信号分选识别增加难度，雷达设备的反侦察 抗干扰能力因此得到增强。
3雷达信号的特殊性
3.1通彳目丨目号与雷达信号的对比分析
相对于收发协作的通信类信号，雷达信号属于非协作
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T-U
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性质的信号，应用目的的不同，导致雷达信号相对常规的 通信信号有一些特殊之处。
首先，最突出的就是脉冲雷达信号的突发特性，雷达 信号通常由突发脉冲串组成。其次，由于脉冲压缩等技术 的应用，雷达信号的带宽较大，信号带宽可达数百兆赫兹。 这对监测接收机的实时大带宽信号处理能力提出了较高要 求。最后，雷达设计的初衷就是为了尽可能精确地探测和 定位目标，因此雷达信号的方向性较强。
3.2针对雷达信号的无线电监测
基于雷达信号的这些特殊之处，为了更好地监测、接 收和分析雷达信号，需要监测接收机具备宽带信号的接收 能力，以及短时突发信号的检测和采集能力。宽带接收能 力对射频接收机和A
D
转换器件提出了新的要求，突发信
号的快速检测和有效采集，对中频和基带信号的高速实时 处理能力提出了新的要求。传统的基于上位机纯软件的处 理、检测和采集控制，其处理和控制速度难以满足短时突 发信号的实时性检测和采集需求。这些新的要求与其他无
线电监测业务并不存在严格冲突，这些能力的提升和改进, 也非常有利于对以往各类非法无线电干扰信号的检测、采
集、分析和识别。
4结束语
早期的雷达采用的是简单的非相干脉冲形式，为提升 雷达的性能，解决实际中碰到的问题，更好地在探测对方
的同时不被对方探测和干扰，雷达信号的波形设计花样百 出，变得越来越复杂，这为雷达的实际使用带来了很多好
处，同时也大大增加了雷达信号监测和分析的难度。信号 接收设备和信号分析处理技术需要与时倶进，才能更好地 分析和处理雷达信号，才能及时跟上雷达技术和雷达信号 不断演进的脚步。
由于篇幅等诸多限制，本$针对常见的雷达信号波形 特征进行了较为粗浅的分析和总结。除了针对雷达信号本 身的监测需要，面向雷达信号的分析和处理技术研究，对 于无线电监测领域常见信号的检测、分析和识别，也具有 重要的参考和应用价值。K3
参考文献：
[11 丁鹭飞，耿富录.雷达原理.西安电子科技大学出 版社，2014[2] M
errilll. Skolnik主编.雷达手册（第三版）.电子工业出版社，2010
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