介绍

雷达系统使用匹配筛选器以提高信噪比(SNR)。匹配滤波器是传输信号的时间反转和共轭版本。的模糊度函数对于给定的输入波形，匹配滤波器的输出是否正确．模糊函数是用来看到一个波形的分辨率和在多普勒和距离域的模糊。理想的歧义函数是一个二维狄拉克函数，类似于图钉形状，没有歧义。然而，这个函数是无法实现的，因为它需要一个持续时间无限的波形带宽．带宽是一个波形的上、下频率之差。不同波形的模糊函数提供了它们的优点和缺点。

本实例中介绍了雷达系统的要求和特点利用模糊函数进行波形分析例如，光速近似为3e8米/秒。所需要的系统最大明确的射程为15公里，射程分辨率为1.5公里。

矩形波形

描述

最基本的波形是矩形波形，其振幅在两个值之间交替变化，类似于方波。的默认波形雷达波形分析仪是矩形波形。

用这些参数创建一个波形:

使用至少是波形最高频率分量(在本例中是带宽)两倍的采样率。在矩形波形中，带宽是脉冲宽度的倒数。由于带宽为100khz，采样率为200khz。

范围和分辨率

的特征选项卡显示使用给定矩形波形的雷达系统的属性。为了观察脉冲重复频率(PRF)与其他特性的关系，增加和减少PRF值。

的特征标签显示PRF与最大无二义范围成反比，因为最大无二义范围是由脉冲之间的时间量决定的。PRF和最大无模糊范围之间的关系适用于所有脉冲波形，因为脉冲传播的距离越远，在下一个脉冲发射前信号可以传播和返回的距离就越远。

除了简单的测量距离外，雷达系统还利用多普勒效应来测量速度。与原始信号相比，多普勒频移越大，目标移动越快。因此，多普勒频移和速度是直接成比例的，经常互换使用。的特征页签显示多普勒分辨率和最大多普勒频移，分别对应速度分辨率和最大可检测速度。这些波形也证明了多普勒的困境，当PRF较小时，最大无歧义距离较大，但最大多普勒较差;当PRF较大时，最大多普勒较好，但最大无歧义距离较差。

的特征标签显示，更小的脉冲宽度可以提供更好的距离分辨率和更小的最小距离。为了更小的脉冲宽度，它需要更高的峰值功率来可靠地检测回波。

原始波形的最大距离为15公里，距离分辨率为1.5公里，但多普勒分辨率为10 kHz。假设雷达工作在1ghz，多普勒分辨率表明雷达系统不能分离速度差小于30公里/秒的目标，这对许多现实世界的雷达系统来说太大了。为了进一步可视化距离和多普勒域，查看不同的模糊图。

在0 kHz时的多普勒切割图显示了波形的自相关函数(ACF)，它对应于静止目标的匹配滤波器响应。每个波形的第一个零响应与其各自的脉冲宽度相同。为了获得距离分辨率，将脉冲宽度乘以超过2的光速来计算往返行程。对于示例波形，距离分辨率分别为1.5 km、3 km和4.5 km。金宝搏官方网站

零延迟切割图显示了很大的间隙，直到第一个零响应的每个波形。在10µ脉冲宽度的波形中，第一个零值为0.1 MHz，转换为100 kHz或30 km/s的多普勒频移。换句话说，两个目标必须有超过30公里/秒的速度差异，才能通过多普勒响应分离，这在大多数雷达情况下是不现实的。

等高线图显示了模糊函数的非零响应。因为工作周期，即脉冲宽度与脉冲周期之比为10%，则非零响应仅占所有延迟的10%左右。表面模糊函数显示了响应与延迟和多普勒的关系，这是另一种可视化三维等高线图的方法。

脉冲宽度和PRF的变化表明了如何提高最大模糊距离和距离分辨率，但多普勒分辨率仍然很低。解决方案是使用更小的脉冲宽度和更大的PRF，但这两种变化都大大降低了最大功率，从而降低了信噪比，使探测目标更加困难。带宽和脉冲长度的乘积称为时间带宽积，由于矩形波长的带宽和脉冲长度是反比的，因此该波形的时间-带宽乘积不能超过1。由于这些权衡，矩形波形很少在实际雷达系统中使用。

线性调频

描述

线性调频(FM)波形是相位调制波形，其频率在脉冲持续时间内线性增加或减少。线性调频波形是雷达系统的常用选择，因为与矩形波形不同，脉冲宽度和脉冲能量由于频率的变化而解耦。这种解耦使时间带宽乘积超过1，并允许改进目标检测能力。的雷达波形分析仪应用程序也有建模这些波形的功能。有关线性调频波形的更多信息，请查看线性频率调制脉冲波形

用这些参数创建一个波形:

点击光谱选项卡查看峰值功率。

范围和分辨率

由于波形较长，功率增大。然而，由于频率调制的影响，距离分辨率、多普勒分辨率和最大无模糊距离与矩形波形相同。的特征TAB显示最小距离大大增加，意味着系统无法探测到任何距离小于7.5 km的物体。为了提高多普勒分辨率和减少最小距离，使用多个脉冲。

通过使用相干脉冲序列和多普勒处理，多普勒分辨率与增加的脉冲数成正比。的特征选项卡显示距离分辨率、最大多普勒和最大明确距离仍然保持不变，但多普勒分辨率有了很大的提高。增加更多脉冲的代价是现在存在旁瓣，这可以在匹配滤波器的响应选项卡。减少这些旁瓣的一种方法是应用一个窗口。

新闻Ctrl然后点击两个波形，并排比较它们。这个窗口将主瓣的功率从100 V降低到50 V以下，大约损失33 dB的功率，主瓣的宽度也比没有设置窗口的波形更宽。然而，窗口使旁瓣变平，使得阈值检测更加可靠。

频率调制连续波形(FMCW)

描述

频率调制连续波形(FMCW)类似于线性调频波形，但它是连续的，而不是脉冲的，后者是有效的线性调频波形，但占空比为100%。fmcw由于其对多普勒和距离的清晰分辨率，常用于近程汽车雷达系统。

用这些参数创建一个波形:

范围和分辨率

检查特征标签，看到大多数特征是相同的矩形波形。一个显著的区别是，在连续的波形中，接收器总是开着的，所以最小范围总是0。为了提高距离分辨率，需要增加扫描带宽。

距离分辨率提高了5到0.3公里。然而，多普勒分辨率仍然很差，在10千赫。改善这种情况的一种方法是增加扫描时间，这实质上延长了频率调制的持续时间。

增加的扫描时间将多普勒分辨率提高了10倍，减少到1 kHz。虽然多普勒分辨率提高了，但延长信号的代价是最大多普勒降低了相同的因素，所以如果有快速移动目标超过这个多普勒限制，雷达系统无法确定它们的速度，而无需额外的处理复杂性。

增加扫频次数遵循与相干脉冲序列相同的原理，将多普勒分辨率从10 kHz提高到1 kHz。多普勒切割标签显示模糊函数，它有相当大的旁瓣。

具有多个旁瓣的歧义函数常被称为“钉床”歧义函数。为了看得更清楚，可以将3-D模糊图并排比较。

模糊度函数沿多普勒延迟面略有倾斜，这表明多普勒的微小变化会导致距离测量的误差。这种现象称为距离-多普勒耦合，通常发生在线性调频波形中。

与FMCW波形的另一个权衡是，最大无模糊范围是扫描时间的函数，这可能很难增加超过某一点。因此，许多FMCW雷达被限制在较短的距离内，但由于与其他波形相比，FMCW波形的距离和多普勒分辨率都有所提高，因此，FMCW波形通常用于要求较高测量精度的系统中。

总结

这个例子展示了如何使用雷达波形分析仪应用程序，以比较不同类型的波形，包括矩形，线性FM，和FMCW波形。波形的模糊函数是以该波形为输入的匹配滤波器的输出，模糊函数是确定给定雷达系统波形有效性的有价值的工具。