步進頻率信號(Stepped-Frequency Waveform, SFW)是一類 寬帶雷達信號 。
步進頻率脈沖信號包括若干個脈沖,每個脈沖的工作頻率是在中心頻率基礎上以均勻步進,且每個子脈沖可以是單載頻脈沖,也可以是頻率調制脈沖。
子脈沖為單載頻脈沖的步進頻率往往稱為 步進頻率(跳頻)脈沖信號 ,而子脈沖采用線性頻率調制的步進頻率信號則稱為 調頻步進信號 。步進頻率脈沖信號也屬于相參脈沖串信號。
步進頻率(跳頻)脈沖信號
步進頻率(跳頻)脈沖信號可表示為
其中 為子脈沖包絡; 為子脈沖寬度, 為脈沖重復周期; 為子脈沖個數;步進頻率信號的第 個子脈沖的載頻是
是一個固定頻率,且頻率步進量 ,這種波形的時寬帶寬積為
下圖所示為步進頻率信號的頻率隨時間的變化規律
模糊函數
將信號的復包絡代入模糊函數的定義式中,經簡化得到步進頻率信號的模糊函數為
取 ,進一步化簡上式,可得步進頻率脈沖信號的模糊函數為
其中
為子脈沖的負型模糊函數。
在實際應用中,目標回波的時延 ,即 目標位于雷達的不模糊探測距離內 。為考察信號的高分辨性能,更關心的是中心模糊帶特別是模糊圖中心主瓣的形狀。
令上式中的 ,即可得到步進頻率信號模糊函數中心模糊帶的表達式
步進頻率信號的模糊函數主瓣類似 線性調頻信號 ,為“ 斜刀刃 ”形,因而存在距離—多普勒耦合 現象 。
令步進頻率信號模糊函數式中 ,信號的距離模糊函數為
當 時,其主瓣為
由上式可見,其 **主瓣包絡似為 函數,主瓣的 寬度為 ** 。
步進頻率(跳頻)信號的時延分辨常數 ,信號有效相關帶寬 。因此,**步進頻率信號的距離分辨率取決于跳頻總帶寬 ** 。
同樣在步進頻率信號模糊函數式中令 ,得到信號的多普勒模糊函數為
其主瓣為
由上式知,步進頻率信號的多普勒名義分辨率為 ,頻移分辨常數 ,信號有效相關時寬 。
步進頻率信號的距離模糊函數和多普勒模糊函數如下圖所示。
從上圖可以看出, 步進頻率脈沖信號的模糊函數存在距離—多普勒耦合現象 。為了使得模糊函數的主瓣接近于理想的“ 圖釘 ”形的響應,步進頻率脈沖信號 在不增加信號的發射瞬時帶寬的前提下 ,通過多個脈沖的相參合成處理實現高距離分辨率(High Range resolution, HRR)。
而 接收機的瞬時帶寬只需與子脈沖帶寬相匹配 ,這要比線性調頻信號的帶寬小得多,因此,步進頻率信號對雷達的 工作帶寬要求相對于線性調頻信號可大大降低 。但多脈沖相參合成需要脈沖之間保持嚴格的相位關系,這就要求雷達具有良好的相參性。
由于步進頻率脈沖信號具有 很高的距離分辨率 ,因而常用于 對目標進行成像 。考慮相參積累形成一幅距離像的時間較長,為了盡量減少目標姿態變化的影響,雷達一般應工作于 高重頻狀態 。
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