雷達訊號特性

雷达信号特性（Radar signal characteristics）是雷达系统，利用从目标反射回来的雷达频率电磁信号获取目标的资讯，在一个典型的雷达信号系统中，信号的发射和接收会呈现许多以下特征。

载波（Carrier）

雷达信号（Radar signal）的载波是射频信号，通常是毫米波，通常（并不是所有）毫米波都是经过调制的，这样系统才能获取所需要的信号。在最简单的测距雷达中，载体通常都是经过脉冲调制，脉冲调制有两种含义。一是指脉冲本身的参数（幅度、宽度、相位）随信号发生变化的过程。脉冲幅度随信号变化，称为脉冲幅度调制；脉冲相位随信号变化，称为脉冲相位调制；同理还有脉冲宽度调制、双脉冲间隔调制、脉冲编码调制。在连续波系统中，比如多普勒雷达，就不需要经过调制。大部分的系统都是脉冲调制的，有的可能辅以其他的调制信号。脉冲调制系统中，载波通常都通过开关来进行同步，调制波通常不存在于发送的信号之中，脉冲波形包络通常从雷达接收器的解调载波中提取出来。

脉冲带宽（Pulse width）

被发送信号的脉冲带宽（脉冲时间）指的是，每一段脉冲持续的时间，通常在毫米级。如果脉冲不是一个理想的方波，那么时间通常从脉冲下降缘（rising edge））和下降缘（falling edge）的50%能量级处开始计算。脉冲带宽必须足够长，这样才能够有足够的能量使反射波能够被接收器探测到。能量能够被传递到目标距离取决于两个要素：发送器的峰值输出功率和发送的时长。因此，带宽限制一个目标能够被探测的最大距离。 距离的分辨率，也就是雷达能够把两个目标区分开来的最小距离，也收到脉冲带宽的限制。在任何距离范围内，在相同的方位角和仰角的情况下，同一个雷达所发射的非调制脉冲，距离的分辨率约等于脉冲时间中，光所走的距离的一半。 脉冲带宽同时也决定了雷达盲区。当雷达发送器处于启动状态，接收器的输入是空白的，这样避免放大器被饱和(重载)甚至毁坏。一个简单的计算就能够得出，大约经过10.8微秒，雷达就能够收到1英里以外目标的反射波。为了方便，人们通常会记住，从雷达发射波开始到接受到目标的反射，1海里以外的物体，大约需要12.4微秒；1千米以外的物体，大约需要6.7微秒。如果雷达脉冲带宽是1微秒，150米以外的物体都无法被探测到，因为接收器处于空白状态。 这都说明，设计者不能够简单的靠增加脉冲带宽来获取更大的探测距离而不改变其他的属性。许多其他的因素都要被考虑进来，为了获取更好的性能，不得不做出很多的折衷。

脉冲重复频率（Pulse Repetition Frequency PRF）

为了制造出可辩别的回声，许多雷达系统都连续地发出脉冲。每当一个脉冲被发送出去，从目标获取的回声会被经过信号处理之后显示出来或者被信号处理器所集成，用以增强返回值来做出探测。脉冲重复频率越高，就有更多的目标被显示出来。然而，更高的脉冲重复频率意味着雷达探测视距更短。雷达的设计者会在满足其他条件下，尽量使用较高的脉冲重复频率。 有两个方面是雷达的设计者不得不仔细考虑的，一是雷达天线的射束宽度，二是雷达扫射视野范围所需要的时间。一个射束宽度为1度的雷达以1080Hz的频率扫射360度的视野范围，每2秒钟将会有6次脉冲覆盖每个弧度。如果接收器需要12次相同强度的反射脉冲才能够确定一次探测，那么雷达的设计者有三种方法解决这个问题，要么脉冲重复频率提高一倍，要么将扫射速度减半，要么将射束宽度增加一倍。实际上，这三种方法都有被用到，雷达的设计就是在不同的冲突中寻找一个平衡和折衷。

重频参差（Staggered PRF）

重复频率参差（参差变化之脉冲覆送律）是一个信号发送过程，这样的一个过程中，雷达每一次的询问时间都有细微的，模式化的，已可辩别的重复变化。重复频率的变化使得雷达可以让自己的脉冲，跟其他拥有相同脉冲重复频率且频谱相近的雷达所发送的脉冲区分开来。考虑到雷达脉冲之间的时间间隔是相同的，目标的反射基本上在相同的时间内保持相对稳定的距离。在频谱已经非常拥挤的今天，雷达的接收器可能会探测到很多其他的脉冲，或者来自雷达的发射器，或者来自其他地方的反射。雷达跟目标之间的距离取决于上一个由发射器发射出的脉冲传播的时间，而干扰脉冲则可能随时随地都出现。当干扰雷达的频脉冲重复频率跟主雷达的脉冲重复频率非常接近时，这些距离的变化就会非常的慢，很容易被误以为是真的目标。通过将频率错开，雷达的设计者可以迫使干扰雷达的信号发生跳变，进而用来区分主雷达发射出来的电波反射。

如果没有重频参差，来自同样频段的任何其他雷达发射的电波都会看成稳定的信号，然后被误认为是来自主雷达发射出来的反射波。有了重频参差，只有雷达探测的目标的反射波，才会显得稳定，同时干扰源的信号则看起来非常的不连续，然后就被接收器所丢弃。重频参差是仅有的几个相似技术之一，其中还包括干扰脉冲重复频率（Jittered PRF，脉冲时间是变化且不规则的），脉冲频率调制（pulse-frequency modulation PFM），以及其他几个类似为了降低无意识的信号同步的策略。这些技术都被广泛的应用在潜艇安全和雷达导航之中。

杂波（Clutter）

Multipath propagation diagram en

杂波是来自雷达不感兴趣目标对无线电波的反射。这样的目标包括很多自然界的物体，比如大地，海洋，降水（比如，雨，雪，冰雹），沙尘暴，动物（尤其是鸟），气流，跟其它大气现象，比如电离层的反射，流星余迹通讯，三体散射（three-body scattering）。杂波也可能来自人造物体，比如建筑物，或者干扰箔。有些杂波是雷达发射器和天线之间的长波导引起的。

灵敏度时间增益控制（Sensitivity time control STC）

灵敏度时间增益控制用来拓展接收机动态范围，防止近程杂波干扰使得接收机饱和(重载)，有时也叫近程增益控制或时间增益控制，是为保证接收机灵敏度，设计电路对信号进行的増益控制，从而保证小目标的获取。它的基本原理是每次发射脉冲后，产生一个随时间趋近于零的控制电压，在射频、中频或在接收机前端的馈线中通过数控衰减器对接收机通道增益，该控制电压大小随时间或目标距离进行变化，近距离增益小，远距离増益大。在雷达中STC往往用数控衰减器来完成，一是控制灵活，可根据杂波环境来确定，二是可设置在射频、中频，使得接收机的动态范围大大提高，设置在射频比设置在中频更容易使接收机动态有较大拓展，但在保证STC的平坦度上会更难。另外设置地方的不同将带来的影响不同，需要根据对总动态范围的要求和接收机可能达到的线性动态范围综合加以考虑。

参考文献

• Modern Radar Systems by Hamish Meikle (ISBN 0-86341-172-X)
• Advanced Radar Techniques and Systems edited by Gaspare Galati (ISBN 1-58053-294-2)