线性调频信号

线性调频信号指持续期间频率连续线性变化的信号，是一种常用的雷达信号。

背景

在军事应用中，对雷达的作用距离、分辨能力、测量精度等性能指标提出了越来越搞得要求。为了提高分辨能力和测距精度，要求信号具有大的带宽；而为了提高速度分辨力和测速精度，要求信号具有大的时宽。除此之外，提高雷达系统的作用距离又要求信号具有大的能量，在系统的发射设备峰值功率受限的情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽得到，这都要求信号具有大的时宽、带宽乘积。由信号与系统理论可知，普通信号的时宽带宽积为一常量，所以信号同时具有大的时宽和带宽是不可能的。为了解决这一矛盾，人们开始各种尝试和探索，力求从雷达体制上得到突破。脉冲压缩技术的出现有效地解决了雷达系统作用距离和距离分辨力之间的矛盾。线性调频便是脉冲压缩技术的一种，其产生和处理都比较容易，技术上比较成熟，因此得到广泛应用。

线性调频信号分析

线性调频信号可以采用如下数学表达式表示：

其中：f0为中心频率；k=B/为调频频率；B为频率变化范围；tao为脉冲宽度；a(t)为线性调频脉冲的包络。

线性调频信号通过对载波频率进行调制以增加信号的发射带宽并在接收时实现脉冲压缩。由于线性调频信号具有较高的距离分辨力，当在速度上无法区分多目标时，可以通过增加目标距离测试解决多目标的分辨问题；同时在抗干扰方面，线性调频信号可以在距离上区分干扰和目标，因而可以有效地对抗拖曳式干扰，这使得线性调频信号在雷达波形设计中得到了广泛的应用。由于线性调频信号是通过一个发射脉冲实现距离高分辨的，因此该信号对目标多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，脉冲压缩系统仍能起到压缩的作用。这将大大简化信号处理系统。

线性调频脉冲压缩技术的主要缺点是存在距离和多普勒频移的耦合。此外，线性调频信号的匹配滤波器的输出压缩脉冲包络近似为sinc(x)函数形状，旁瓣电平较高，为了提高分辨多目标的能力，必须采用旁瓣抑制技术或简称加权技术，即采用时域数字加权技术或频域数字加权技术实现。降低旁瓣电平是以增大主瓣宽度为代价的，并且将在一定程度上降低系统的灵敏度。

传统的模拟方法通常是采用表面波器件、压控振荡器等器件产生线性调频信号，具有设计难度大、开发周期长等问题。

文章中研究了一种基于FPGA的线性调频信号产生方法，突出了该方法的优点。

线性调频信号应用

线性调频信号经过压缩处理接收后的信号幅度峰值是原来发射信号峰值的D的1/2次方（D为脉压比，等于脉冲宽度与B的乘积）倍，即输出脉冲峰值功率比输入脉冲峰值功率增大了D倍。在要求发射机输出功率一定的情况下，接收机输出的目标回波信号经过匹配滤波压缩处理，具有窄的脉冲宽度和更高的峰值功率，前者提高距离分辨率而后者符合探测距离远的要求，这便充分体现了脉压体制独特的优越性。从反侦察的角度来说，脉压雷达比普通雷达具有更强的生存能力。由于线性调频信号的幅度和信噪比更小，由侦察方程可知，同等灵敏度的侦察机其侦察距离为原来的D的负1/2次方，所以在雷达应用领域，脉压雷达具有功率优势，应用前景十分广阔。