脉冲信号的波形分析

脉冲雷达发射信号时，和连续波雷达一样，动目标回波信号会产生一个附加的多普勒频率分量，不同的是，回波只会在脉冲宽度时间内周期性出现。

相干检波器输入端有基准信号和回波信号两个电压，分别记作：

基准电压 – \(u _0 = U _0 \sin (\omega _0 t + \varphi _{01}) \)，基准电压是连续相干振荡，其频率和起始相位均与发射信号相同；

回波信号 – \(u _r = U _r \sin [\omega _0 (t - t _R) + \varphi _{01} + \varphi _{02}] \)。

和连续波回波信号不同，这里的回波信号具有脉冲特性，只有在脉冲宽度\(\tau\)内才可能有输入，因此相干检波器的输出也不是连续的，相当于对连续回波信号的取样，取样频率为脉冲重复频率(PRF)。相干检波器可能有输出的时间区域为：

\( (n-1) T _r + t _R \leq t \leq (n-1) T _r + t _R + \tau \)

其输出为(取检波常数\(K _d = 1\) )：

\(u = K _d U _\Sigma = K _d U _0 (1+m \cos \varphi ) = U _0 (1+m \cos \varphi ) \)

其中，差拍信号的相位差为：

\(\varphi = \varphi _0 + \omega _d t \)，式中\(\omega _d = 2 \pi f _d \)。

1. \(v _r = 0\)

当\(v _r = 0\)时，\(\omega _d = 0\)，\(\varphi = \varphi _0 \)为常数。

在脉冲宽度\( \tau \)内，相位检波器输出合成矢量为：

\(u = U _0 (1+m \cos \varphi _0) \)

在脉冲宽度\( \tau \)外，相位检波器输出合成矢量为：

\(u = U _0 \)

在连续的时间段内，相位检波器输出为如图所示的等幅脉冲串。

2. \(v _r \neq 0\)

当\(v _r \neq 0\)时，\(\omega _d \neq 0\)，有：

在脉冲宽度\( \tau \)内，相位检波器输出合成矢量为：

\(u = U _0 (1+m \cos (\varphi _0 + \omega _d t) ) \)

在脉冲宽度\( \tau \)外，相位检波器输出合成矢量为：

\(u = U _0 \)

这时，相位检波器输出波形有如下几种情况：

(1) 当目标的径向速度较低时，若\(f _d \leq \frac{1}{2} f _r\)，在连续的时间段内，相位检波器输出为如图所示的蓝色脉冲串，经过包络调制得到绿色连续波形，与实际的红色连续波形一致，即\(F _d = f _d \)。通过该绿色连续波形就可以解析到多普勒角频移\( f _d \)，从而计算目标的径向速度和距离。

随着目标径向速度的提高，多普勒频移增大：

(2) 当目标径向速度提高时，若\(f _d \gt \frac{1}{2} f _r\)，这时，相位检波器输出的蓝色脉冲串与低速时相似，经过包络调制得到的绿色连续波形与实际的红色连续波形不同，即\(F _d \neq f _d \)，这种现象称为频闪效应。出现频闪时，得到的多普勒频移信息是不正确的，导致了测速模糊。

频闪效应有一种特殊情况，即\(f _d = n f _r\)，这时，\(\Delta \varphi = n \cdot 2\pi \)，相位检波器输出等幅脉冲串，与固定目标的输出相似，无法解析到实际的红色连续波形，也就是说，相位检波器无法检测具有径向速度\(v _{0a}\)的运动目标，这就是盲速。

出现盲速时：

\(\Delta \varphi = \omega _d T _r = 2 \pi f _d T _r = n \cdot 2\pi \)

即：

\(f _d T _r = n\)

\(f _d = n / T _r = n f _r\)

已知\(f _d = 2 v _r / \lambda\)，因此盲速可记作：

\(v _{ra} = \frac{1}{2}n \lambda f _r\)，其中n=1, 2, 3, …

(3) 当目标径向速度非常高时，\(f _d \gt 1/\tau\)，相位检波器将在任一个脉冲宽度内输出完整的信号波形，此时可将该波形按照连续波信号的方法处理，直接提取多普勒信息，可见，高速目标不会出现盲速和频闪现象。