电子战基本原理之雷达信号特性

摘要

本文概述了雷达信号的基本特性，包括脉冲宽度、脉冲重复时间、脉冲重复频率及功率，这些特性影响雷达的距离分辨能力、最大探测距离和电子保护技术。同时，讨论了雷达接收机的休息时间、恢复时间和侦听时间，以及占空比、峰值功率和平均功率的概念。雷达信号的调制方式如幅度调制、频率调制和脉冲调制也被提及，其中脉冲调制用于测量距离和目标角度。最后，强调了理解雷达信号关键特性对雷达运行和干扰技术的重要性。

正文

1.介绍

每种雷达都会产生射频(RF)信号，它具有不同于所有其他信号的特定特征，并定义了其能力和局限性。脉冲宽度（脉冲持续时间）、脉冲重复时间（脉冲重复间隔）、脉冲重复频率和功率，都是由雷达发射机决定的雷达信号特性。侦听时间、休息时间和恢复时间是雷达接收机的特性。理解用来描述这些特性的术语，对理解雷达的运行至关重要。

2.脉冲宽度 (PW) 

图3-1描绘了一个典型脉冲雷达的输出。脉冲宽度，有时也称为脉冲持续时间(PD)，是发射机发射射频能量的时间。脉冲宽度是以微秒为单位计算的。它影响雷达的距离分辨能力，即雷达根据距离分辨两个目标的精确程度。

图3-1 典型雷达脉冲

3.脉冲重复时间 (PRT) 

脉冲恢复时间又称脉冲重复时间。它是脉冲完成一个完整传输周期所需的时间。即从射频能量的一个脉冲开始，到下一个脉冲开始的时间。脉冲重复时间是以微秒为单位计算的。它与脉冲重复间隔(PRI)相同，用于雷达告警接收机和其他电子战支援(ES)设备，来区分雷达系统。它也影响雷达的最大探测距离。

4.脉冲重复频率 (PRF) 

脉冲雷达信号最重要的特征之一，是脉冲重复频率。它是脉冲或脉冲组传输的速率。脉冲重复频率通常是每秒产生的脉冲数，用赫兹（Hz）表示。脉冲重复间隔是脉冲重复频率的倒数。请注意：不要混淆雷达的工作频率（以赫兹为单位）和脉冲重复频率（同样以赫兹为单位）。它们是脉冲雷达信号的两个完全不同的特性。

图3-2 恒定脉冲重复频率的雷达脉冲

a.在恒定脉冲重复频率下工作的脉冲雷达，称为恒定脉冲重复频率雷达（图3-2）。脉冲雷达系统可以使用脉冲重复频率参差或脉冲重复频率抖动作为电子保护(EP)技术，来对抗中继器或同步干扰。每个脉冲之间的时间是脉冲重复间隔。

图3-3 脉冲重复频率参差

b.脉冲重复频率参差，是通过确保不通的相邻脉冲重复间隔来实现的。产生的不同的脉冲重复间隔数量称为参差的“位置”。双位置错参差有两个脉冲重复间隔值，比如，300微秒和500微秒（图3-3）。

c.脉冲重复频率抖动可以被认为是一种随机参差。它也是一种对抗同步干扰的电子防护技术。脉冲重复频率抖动没有脉冲重复间隔值的重复模式（图3-4）。

图3-4 脉冲重复频率抖动

5.雷达接收机特性 

脉冲重复频率、脉冲重复时间和脉冲宽度由发射机确定。与接收机的运行相关的脉冲雷达信号的特征，是休息时间，恢复时间(RT)和侦听时间(LT)（图3-5）。

图3-5 典型雷达脉冲

a.休息时间是从一个发射脉冲结束到下一个发射脉冲开始之间的时间。它表示雷达没有发射的总时间。休息时间以微秒为单位。

b.恢复时间(RT)是紧随发射时间之后的时间。在此期间，接收机无法处理返回的雷达能量。恢复时间由发射机和接收机之间的隔离量以及双工器的效率决定。高功率发射机的一部分输出溢出到接收机中，使系统饱和。接收机从这种情况中恢复所需的时间，就是恢复时间。

c.侦听时间(LT)是接收机能够处理目标返回的时间。侦听时间是从恢复时间结束到下一个脉冲开始测量的，或者脉冲重复时间减去(PW+RT)。侦听时间以微秒为计算单位。

6.占空比

占空比是在给定的传输周期内，发射机工作的时间与可以工作的时间之比。雷达的占空比可以通过脉冲宽度除以脉冲重复时间或脉冲宽度乘以脉冲重复频率来计算。占空比没有单位（等式3-1）。连续波雷达的占空比为100%，而预警雷达的占空比可能在1%左右。

公式3-1 占空比

7.峰值功率

雷达的功率输出通常用峰值功率或平均功率表示（图3-6）。峰值功率是单个雷达脉冲的振幅或功率。它是用瓦特或兆瓦来衡量的简单功率，当发射机打开时辐射能量。雷达发射的功率通常用来确定该雷达的最大探测距离。然而，雷达脉冲的能量决定了雷达的最大探测距离。由于功率是能量流动的速率，雷达脉冲中的能量等于峰值功率乘以雷达发射时间或脉冲宽度（公式3-2）。

图3-6 峰值功率和平均功率

公式3-2 每脉冲能量

8.平均功率

平均功率是在脉冲恢复时间上分布的功率。它可以用图3-6中的公式计算。平均功率传输的能量，可以通过平均功率乘以脉冲重复时间来计算。由于一组脉冲中的能量决定了雷达的探测距离，平均功率或能量，能比峰值功率更好地衡量雷达的探测距离。可以通过增加脉冲重复频率、增加脉冲宽度或增加峰值功率来增加平均功率（图3-7）。

图3-7 雷达功率与能量

9.调制

为了传输信号上的信息，必须改变射频信号的特性，此过程就叫做调制。调制是通过将载波的基本射频信号与包含所需信息的调制信号结合来实现的，然后使用所得到的波形来传输所需的信息。

a.幅度调制(AM)是一种基本的调制技术。载波与包含变化幅度信息的调制信号结合，产生的波形具有与载波相同的频率，但有着来自调制信号的信息的变化的振幅。幅度调制广泛用于通信和广播无线电传输（图3-8）。

图3-8 幅度调制

b.频率调制(FM)是另一种将信息加在载波上的方法。通过将载波与包含频率变化信息的调制信号结合的方式，来实现频率调制。频率调制产生的波形具有与载波相同的幅度，但频率根据来自调制信号的信息而变化（图3-9）。调频技术广泛应用于通信和商业无线电中，也用于连续波(CW)雷达，使其更抗干扰，并增加其距离探测能力。

图3-9 频率调制

c.脉冲雷达采用一种称为脉冲调制(PM)的幅度调制方式，来产生短而强大的射频能量。脉冲调制将载波和一个矩形脉冲结合起来，其作用就像一个开关，它打开发射器，并持续打开一段时间，然后关闭。其结果是产生雷达脉冲的波形，因此，可以用来测量距离和目标的相对角度（图3-10）。

图3-10 脉冲调制

10.总结

雷达信号的脉冲宽度、脉冲重复间隔、脉冲重复频率和功率特性，决定了特定雷达的最大探测距离和距离分辨能力。当与雷达信号的载波频率相结合时，这些参数成为识别特定雷达信号的唯一参考。调制是把信息放在射频载波上的方法。雷达信号产生的主要调制技术，包括幅度调制、频率调制和脉冲调制。雷达信号的脉冲重复频率、脉冲重复间隔、功率和调制特性，是理解雷达运行和干扰技术的关键。