线性调频连续波雷达发射信号的动态测试

　　1　引言

　　发射信号的动态测试是线性调频连续波(LFM-CW)雷达的关键技术问题,对于衡量LFM-CW雷达信号质量及改进发射信号线性度具有重要意义。现有的测试方法[1]类似于从扫频源实时闭环动态校正环路中提取扫频源瞬时频率偏离的方法[2,3],只能对瞬时频率偏离进行测试,而且需要针对被测系统建立一套复杂的测试仪器,其实用性受到限制。

　　本文给出一种对发射信号各参量进行动态测试的实用新方法,可以避免现有测试方法的不足。

　　2　LFM-CW信号的表征参量

　　实际LFM-CW信号ST(t)可用包络a(t)、中心频率f0、扫频斜率μ、瞬时相位偏离φe(t)或瞬时频率偏离fe(t)=φ′e(t)/(2π)描述如下:

　　在实际工作中,经常用最大偏离线性度ηm、均方根线性度ησ、扫频斜率μ、扫频带宽B、瞬时频率偏离fe(t)等参量来表征实际LFM-CW信号与理想LFM-CW信号的差别。这些参量定义如下:

　　其中Tf为对扫频区段Te的观察区间(Tf∈Te),T为观察区间的时间宽度,f(t)为ST(t)的瞬时频率:

　　而式(2)中的μ和fe(t)实际上是对f(t)进行最小均方线性逼近得到的直线斜率和逼近误差函数。

　　3　动态测试原理

　　根据式(1),一个距离为R、回波延时为τ=2R/c(c为光速)的点目标产生的回波为

　　其中Kr为常量,与目标反射强度和传播衰减有关,θ0为目标反射引入的附加相移。

　　在LCM-CW雷达中,接收机为自差式结构:回波信号SR(t)与发射信号的一部分KL·ST(t)作基带混频,得到差拍信号

　　而Tf=[τ-T0/2,T0/2]为Te与Tτ的公共区间,称为观察区间K是一个与Kr、KL和混频器损耗有关的常数。

　　利用一阶近似公式:

　　上式表明,LFM-CW雷达发射信号的瞬时频率f(t)与点目标回波差拍信呈瞬时相位(又称相位史)ψ(t)呈线性关系。

　　将式(10)代入式(2)可得

　　式(11)~(15)式表明,发射信号在Tf区间内的各参量均可以用点目标回波差拍信号相位史ψ(t)、点目标回波延时τ及Tf区间的时间宽度T=T0-τ来表示。由于τ通常比T0小4~5个数量级,因此,Tf区间的情况已足以代表Te区间的情况。用矩形窗函数

　　乘以式(5)中的差拍信号,得到

　　由式(9)和式(6)可知,当τ和fe(t)满足一定条件时(见4·1节),SD(t)可以看成一个窄带信号,其希尔伯特变换S^D(t)可表示为

　　由式(16)和式(17)可得

　　式(18)中存在的相位模糊可以利用SD(t)和S^D(t)的正负及相位连续性来消除。初相模糊虽然无法消除,但它并不影响式(11)~(15)的结果。

　　上述分析表明,在已知观察区间时宽和点目标回波时延的条件下,发射信号的各参量均可以由点目标差拍信号相位史来确定;相位史可以借助于希尔伯特变换从点目标差拍信号中获得,而点目标差拍信号是LFM-CW雷达自差式接收机的混频器输出信号,易于获取。