常见雷达信号分析研究

陶建胜，梅 林

（国家无线电监测中心上海监测站，上海 201419）

1 雷达信号的分类

从特征上可将雷达信号分为脉冲雷达和连续波雷达。

脉冲雷达包括：简单脉冲雷达信号，只能测试距离，无速度信息；脉冲多普勒雷达信号，相参信号，通过多普勒频率得到速度信息；脉冲压缩雷达信号，又可分为线性调频、非线性调频、相位编码、多相调制。利用脉内调制，解决雷达测试距离与测试分辨率之间的矛盾；频率捷变雷达信号，又分为捷变频雷达和步进变频雷达，该提高雷达的抗干扰能力。

连续波雷达包括：简单连续波雷达信号，通过测量多普勒频移测量被测物体速度，但没有距离信息；调频连续波雷达信号，可以测试距离。连续波雷达信号约占雷达信号的10%。

2 雷达信号的关键参数

（1）脉冲信号持续时间（τ）即发射脉冲的时间；脉冲重复周期（Tr）即相邻两个发射脉冲前沿的间隔时间；脉冲重复频率（fr）即每秒钟发射的射频脉冲个数。脉冲重复频率（fr）与脉冲重复周期（Tr）互为倒数。

图1 雷达信号参数

R 为雷达到目标的直线距离，C 代表电磁波在自由空间的传播速度3*108m/s。雷达的探测距离如下：

雷达的探测距离Rmin

（2）脉冲重复率是雷达脉冲发射的速度，即雷达每秒发射脉冲的个数，雷达在工作过程中可以改变该参数。雷达发射机的工作模式通常具有最基本的脉冲宽度和重复频率（PRF）控制，以实现可变的目标跟踪和分辨率。

3 雷达信号的主要特征

（1）简单的脉冲信号，脉宽（τ）决定梳状谱的零点，梳状谱谱线间隔由脉冲周期（T）决定（=1/T），脉冲峰值功率=主谱线的最大读数-20*log（τ/T）。

图2 脉冲信号频谱图

（2）连续波雷达信号的特征依据发射的连续波的不同而不同。

图3 单一频率连续波和连续波波形

4 雷达信号的分析

雷达信号可以从频域、时域和调制域方面进行分析。

频域方面，不同类型的雷达信号频谱不同。根据已知雷达信号的频谱和经验，可以从频谱上可以区分简单的雷达信号类型。

图4 雷达信号时域分析图

时域方面，用示波器和频谱仪0SPAN 功能可以对被测信号进行时域分析，可以发现脉冲信号，可以测试简单的脉冲参数。另外，还可以利用软件，对信号的进行时域分析。

调制域方面，需要借助特定的软件进行分析，有时需要从频域、时域和调制域三方面结合来分析，可以识别各类脉内调制雷达信号和其他各类复杂的雷达信号。

5 常见的雷达信号

5.1 气象雷达

用来探测大气中的降水类型、分布和移动，并可对其未来分布和强度作出预测的一种雷达。气象雷达工作体制为脉冲多普勒体制，其信号在时间域上呈现短时突发特性。

图5所示为气象局附近监测到的雷达信号，中心频率为2865MHz，带宽约为4MHz。信噪比约25dB。信号单次出现时间极短，频谱仪只有用最大保持模式才能捕获其频谱。

图5 气象雷达信号（S频段）频谱图

5.2 航管二次雷达

指提供地面对空中交通监视和管制用的二次雷达系统。地面询问雷达由全方向旋转天线发射方向性扫描波束，其载波频率为1030MHz。机载雷达应答机靠刀状天线全方向接收和发射应答信号，其载波频率为1090MHz。飞机在此频点上发射应答信号，因此同一个频点上可能叠加了多个飞机的应答信号。

图6 航管雷达地面发射信号（1030MHz）频谱图

图7 航管雷达飞机应答信号（1090MHz）频谱图

5.3 超视距天波雷达

为克服视距对雷达的限制，监测到地平线以下的目标，人们发明了超视距雷达。与常规雷达相比，超视距雷达具有探测距离远、监测范围广、反隐身能力等优点。超视距雷达是用于远距离预警和广域监控的一种经济有效的手段，监控不可能安装常规雷达的战略领域。

超视距雷达信号的带宽在10kHz～80kHz 不等，由于其绝对带宽较窄，天线波束宽，因此抗干扰能力较弱。图8为日常监测中监测到的频谱图，带宽为60kHz，属于CW 连续波雷达。

图8 超视距天波雷达频谱图

5.4 海岸雷达

一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，目前全球沿海气象局（站）、大型海岸工程和港航工程项目引进世界先进的地波雷达，主要用于海洋气象测量。原理是将无线电波朝海面发射时，在海水表面会存在一种电磁波传播模式，是一种表面波，实际上海岸雷达是一种高频地波雷达。在中波和短波段海水表面的地波传播衰减很小，而且地波在一定程度上会沿着弯曲的地球表面传播，到达地平线以下很远的地方，即实现超视距传播。因此利用地波超视距传播特性进行探测的高频地波雷达也是地波超视距雷达的一种，属于调频连续波雷达。

图9 海岸雷达频谱图

6 结束语

对于雷达信号，其在时域中的特征更为突出，且其回波信号也拥有更多的分析及研究价值。由于日常的监测工作以频域信息为主，较少关注时域信息，因此在这方面还存在一定的盲区。但通过日常监测和对历史监测数据的统计分析和研究，依然能够掌握雷达的信号特征、频率使用、发射地点以及变化动向，能进一步保障雷达探测领域的数据安全，不断提高突发性无线电干扰事件应急处理效率。