雷达脉冲信号怎样分析？怎么确定是属于那种雷达信号？

Question

如题所述

Answer 1

雷达系统中采用的脉冲信号难以定性分析，这是因为脉冲宽度和脉冲重复频率不是常数，并在很大程度上依赖于雷达的模式，其有力地阻止了采用射频功率计作为工具，通过平均功率来计算脉冲信号的峰值功率。此外，必须测量许多参数才能有效地表征脉冲信号，包括峰值和平均功率、脉冲波形及脉冲外形，其中包括了上升时间、下降时间、脉冲宽度和脉冲周期。其他测量包括载波频率、占用频谱、载波占空比、脉冲重复频率和相位噪声。频谱分析仪为工程师提供了测量脉冲宽度、峰值功率、相位噪声，以及许多其他重要参数的最佳解决方案。考察脉冲信号 脉冲信号包含了很多跨越广泛频率范围的频谱线(图1)。结果可有三种显示方式，这有赖于脉冲和分辨带宽(RBW)等参数。如果RBW小于频谱线间距，改变它不会改变其测量水平。带宽窄于包络中第一个无效间距(1/脉冲宽度)就可以显示包络频谱。最后，如果带宽宽于无效间距，带宽内的整个频谱下降，这意味着该信号的频谱无法显示。随着带宽的进一步增加，响应接近脉冲的时域函数。依靠脉冲参数，还可以计算出脉冲降敏因子，这减少了频谱分析仪脉冲带宽内的测量水平。在这种情况下，标记读数加上降敏因子等于峰值功率。 RBW值对脉冲信号的测量很重要，这是因为在测量水平上RBW的改变产生变化。脉冲降敏因子取决于脉冲参数和RBW，如果带宽大于频谱线的间距，所测得的幅度依赖于带宽和总信号带宽内的频谱线数目。仪器中的滤波器形状决定着RBW校正因子，这是因为带宽的形状反映了滤波器带宽内的功率。如果RBW太宽，频谱线或包络频谱变成时域谱，并且RBW滤波器的脉冲响应变得很明显。 在时域使用频谱分析仪，就有可能获得脉冲宽度的直接测量。峰值标记允许峰值功率的测量，而增量标记允许参数的测量，例如上升时间、下降时间、脉冲重复间隔及过冲。通过宽RBW和视频带宽(VBW)，频谱分析仪可以追踪射频脉冲的包络，以便可以看到脉冲的冲击响应。最高RBW/VBW限制了频谱分析仪测量窄脉冲的能力，并且通用规则长期以来一直认为最短的脉冲是可测的，其脉冲宽度应大于或等于2/RBW 。 雷达系统通常在射频脉冲内采用调制。了解这种调制的功率特性很重要，这是因为雷达范围受到脉冲内可获得功率的限制。反过来说，更长的脉冲长度将导致有限的分辨率。调制制式可能的范围从简单的FM(调频)到复杂的数字调制制式，其可以支持现代频谱分析仪。频谱分析仪也可以测量传统的模拟调制脉冲(AM、FM、相位调制) 。此外，其还可以执行分析功能，这涉及许多数字调制制式的解调制，如射频脉冲内的巴克码BPSK调制、脉冲到脉冲的相位测量等。 脉冲功率测量和探测器 在雷达发射机中，测试输出功率是一个重要的测量，并且可以采用几种不同类型的测量。平均功率通常采用功率计作为均值功率测量。另一个重要的值是峰值功率，且如果脉冲重复频率(PRF)和脉冲宽度已知，就可以计算出所测到的平均功率。 在频谱分析仪上采用光栅扫描CRT显示器(或LCD)来显示时域信号波形。这些显示器中的象素数目，在振幅轴以及在时间(或频率)轴是有限的。这导致幅度和频率或时间的有限分辨率。为了显示扫描到的全部测量数据，探测器被用来将数据采样压缩到显示像素许可的数量。 对于峰值功率的测量，频谱分析仪具有峰值检测器，其可以显示某个给定测量区间内的最高功率峰值。然而，对于调幅信号的平均功耗测量，如脉冲调制信号，频谱分析仪中的峰值探测器是不适合的，这是因为峰值电压与信号功率无关。然而，这些仪器也提供了抽样探测器或rms探测器。 抽样探测器每个测量点检查包络电压一次，并显示结果，但这可能引起信号信息的总损耗，这是因为可在屏幕x轴上获得的像素数量是有限的。rms探测器在ADC的全采样率下采样包络信号，并且单个像素范围内的所有采样被用于rms功率的计算。因此，rns探测器显示了比抽样检测器更多的测量样本。 通过将功率计算公式用于所有样本，每个像素都代表了rms探测器测量的频谱功率。对于高重复性，可以通过扫描时间来控制每个象素的样本数量。越长的扫描时间，时间间隔上每个像素的功率积分也随之增加。在脉冲信号下，可重复性依赖于像素内的脉冲数量。对平滑部分，稳定的rms追踪结果，扫描时间必须设为足够长的值，以便在一个像素内捕捉几个脉冲。rms探测器计算所有样本的rms值，这由屏幕上的一个单一像素来线性地代表。 为了精确测量脉冲调制信号的峰值和均值功率，该仪器的IF带宽和ADC转换器的采样率必须足够高，以便其不会影响脉冲的形状。例如，罗德与施瓦茨(R&S)公司的FSP频谱分析仪中可以获得10MHz分辨带宽和32MHz采样率，在脉冲宽度窄至500ns的高精度下测量脉冲调制信号是可能的。 测试设备实例 对本文中的测量例子，R&S SMU信号发生器被用于创建模拟雷达信号，并且输出信号是AM调制射频载波。利用任意波形发生器来产生宽带AM调制，以创建一个具有500 ns脉冲宽度和1kHz PRF的脉冲序列。脉冲水平随时间变化，来模拟长期平均功率测量的天线旋转效果。 对于测量峰值功率，频谱分析仪必须设为足够宽的RBW和VBW以便在脉冲宽度内稳定。在这种测量中，RBW和VBW设为10MHz。频谱分析仪设到零跨度，并显示功率随时间的变化。扫描时间设为允许探测单一脉冲的值。频谱分析仪采用视频触发来显示稳定的脉冲形状显示。脉冲宽度被改变，并且采用100ns、200ns和500ns的脉冲宽度来绘制三个测量结果，从而研究分辨滤波器稳定时间带来的影响。典型峰值功率测量的三个结果如图2所示。 蓝色虚线是采用500 ns脉冲宽度测量的，并在脉冲顶部显示出一个平坦响应。绿色虚线是采用200 ns脉冲宽度测量的。此值等于计算得到的稳定时间。该测量中的峰值水平刚刚达到500 ns脉冲的实测值。标记1(T2)被设为峰值，显示为9.97dBm。该脉冲宽度是10MHz分辨带宽下可以准确测量的最小值。红色实线是采用100ns脉冲宽度测得的，其短于分解滤波器的稳定时间。在该图中，增量标记读数“Delta 2 (T3)”设定为峰值，并显示出对归一化脉冲水平大约3dB的损耗。很专业的问题，希望能帮到你。

Answer 2

雷达脉冲信号的分析和确定通常分为以下步骤：
1. 收集数据：首先，您需要获取雷达的脉冲信号数据或信号样本。这可以通过相关设备（如高速数据记录器或示波器）或通过软件进行模拟生成。
2. 信号预处理：在进行更复杂的分析之前，您可能需要对脉冲信号进行一些预处理，如滤波、去噪等，以减小外界干扰，并确保信号的准确性。
3. 特征提取：随后可以提取脉冲信号的一些重要特征，包括但不限于峰值功率、平均功率、脉冲宽度、脉冲周期等。这些特征将有助于你了解该脉冲信号的特性以及它可能对应的雷达信号类型。
4. 信号分类：根据这些特征和其他参数，如载波频率、占用频谱、载波占空比、脉冲重复频率和相位噪声等，你可以开始分析雷达的信号类型。
如何确定雷达脉冲信号的类型，可以根据以下几种情况来分析：
1. 如果脉冲信号的载波是固定的，那么它可能属于固定频脉冲信号。这种信号的特点是载波频率固定，而脉冲的宽度和重复频率可能会变化。
2. 如果脉冲信号的载波频率是线性变化的，那么它可能属于线性调频脉冲信号。这种信号的脉冲宽度和调频率共同决定了脉冲信号的带宽。
3. 如果雷达的每个载频中心是随机变化的，那么它可能属于捷变频雷达。这与线性调频脉冲雷达的主要区别在于，捷变频雷达的载频中心会随机跳变。
4. 如果脉冲信号的相位是伪随机编码的，那么它可能属于伪随机相位编码雷达。这种雷达通过对载波相位进行伪随机编码来增加脉冲信号带宽，从而提高距离分辨率。
以上就是对雷达脉冲信号的一种基本分析方法。要注意的是，这只是基于一些常见特征的初步判断，具体的分类可能需要更复杂的算法和更深入的研究。

Answer 3

为准确测量脉冲串的特性，必须知道脉冲的频率。在许多情况，会有一个系统参考信号可用以把RTSA的参考与被测试设备参考锁定在一起。在这种情况，因测量工具和被测设备是锁定在一起的，所以手动输入频率错误为零。当并不准确把握脉冲频率时，RTSA利用三个用于频率误差估测的可选方法来确定RTSA的中心频率和脉冲频率之差。由用户选定的方法取决于频率和脉冲的相位特性。
雷达脉冲的频率和相位特性可被定义为具有恒固相位、变化相位或线性调频行为。在每种情况，每隔一段时间都对脉冲相位进行估算以确定来自测量相位的任何差异并借助该差异来估算脉冲串和仪器中心频率的频率变化或误差。可通过确定每个脉冲相对于参考信号相位的相位来估算固定相位脉动信号的频率(如脉冲调制的CW信号)。利用被测信号的同相/正交(I/Q)表述来构建内置在RTSA内的信号处理算法。相位是由I/Q波形计算的，其中：
相位(f)=arctan(Q/I)
然后用计算得来的每一脉冲相位计算相位差与时间的斜率，且还得到相对于分析仪频率的频率误差。为优化当确定脉冲相位时由滤波产生的超调和震铃效应，从每个脉冲50%处的中心进行I和Q采样。
对频率固定相位变化的信号(如开/关一个定频振荡器)来说，脉冲间没有简单关系。也就是说，虽然脉冲的频率一样，但每个脉冲的相位却不同。这样，就必须确定每个脉冲频率。通过确定每个脉冲对应于参考信号的相位斜率，有可能算出每个相位的频率误差。每个脉冲高电平中心处的50%用于该计算。然后对分析阶段得出的全部脉冲频率值进行平均以决定与测量频率的频率误差。
对包含重复线性调频变频的信号来说，在脉冲高电平持续时间，相位以抛物线方式变化。这种情况，可通过为每一抛物线相位计算找出一个合适的线切来估算频率误差。
对先进雷达系统来说，脉冲与脉冲间的相位测量一般是个重要指标。伴随着准确测试脉冲频率的需要，脉冲与脉冲间的相位测量精度取决于如下4个关键因素：相噪、整个测量时间、脉冲边沿定义和测量点以及信噪比(SNR)。被测信号自身及测量仪器的相噪都会影响测量精度。相噪带来的不确定性由总体测量时间决定。例如，1ms测量时间将导致集成的集成相噪限制以相对于载频约1kHz的偏置开始并扩展至测量带宽。
可通过把参考脉冲和被测脉冲间间隔最小化的方式来获得脉冲与脉冲间测量的更高稳定性。在准确脉冲测量中另一个重要因素是估算脉冲的上升沿到底在哪里开始，及为了使脉冲震铃消失它到底要持续多长时间。RF载频的脉冲与脉冲间的相位测量是由到脉冲上升沿的确定偏移完成的。定义得不好或测得不准确的上升沿可导致与参考频率不一致的偏移并恶化精度。当测量上升和下降沿时采用插值方法将有助于把该不确定性最小化。
确定相对于脉冲上升沿的测量点是有用的。为计算上升沿，脉冲-脉冲间任意点相位的测量精度都具体规定为应大于t = 10(测量带宽)、无论从上升还是下降沿来算都一样。例如，采用55 MHz测量滤波器的脉冲-脉冲间的相位测量在规范内，从脉冲的上升或下降沿来算，测量点大于10/(55 x 106)，也即约为182 ns。
最后，在脉冲-脉冲测量中，SNR是个重要因素。高端RTSA的典型脉冲-脉冲间相位测量的不确定度在2GHz、20MHz带宽时是1.7deg.、比110MHz带宽下降了2.0deg.。在10GHz、20MHz带宽时精度是3.2deg.，在110MHz带宽时升至5deg.