測量方法

雷達脈沖的瞬態(tài)特性與現(xiàn)代脈沖壓縮方案常常要求仔細(xì)設(shè)計的實驗裝置。最基本的脈沖測量是與時間有關(guān)的。脈沖寬度和周期是兩個基本參數(shù)，分別對應(yīng)于重復(fù)頻率和占空比。為了限制發(fā)射機的頻譜，常常對脈沖進行整形，這就需要另外一些測量來表征。整形后的脈沖形狀包括信號的上升時間、下降時間和其它一些非預(yù)期的畸變。這些畸變包括超調(diào)、欠調(diào)、振鈴和下垂。一個重要的測量難題是當(dāng)脈沖整形不是預(yù)期的那樣時，測量瞬態(tài)輻射和頻譜再生長。

從一個脈沖到下一個脈沖的時間變化是另一個重要的時間測量?？赡苡幸饣驘o意地引起性能下降的變化，重要的是能夠測量這些變化。

雷達信號的每個脈沖中可能還攜帶調(diào)制信息。脈沖調(diào)制可以很簡單（如BPSK或QPSK），也可能很復(fù)雜（如M進制QAM或跳頻）。有幾種常用的方法來測量脈沖內(nèi)的調(diào)制。

幅度、相位和頻率都是一維參數(shù)，它們是逐樣點進行運算的。 幅度測量是通過對每一個樣點的 In-phase (I) 和 Quadrature (Q) 值進行平方、求和、開方運算得到幅度包絡(luò)檢測結(jié)果。

圖1右下角是脈沖經(jīng)過七步隨機頻率跳變后的頻率-時間圖，圖1右上角是對應(yīng)脈沖的幅度-時間圖。觀察到高頻脈沖幅度較大，而低頻脈沖幅度較小。這是由于該雷達發(fā)射機具有幅度滾降特性，即輸出功率隨著頻率的增加而減小。

因為脈沖是隨機地在發(fā)射機斜率上移動，所以幅度變化比如果是線性調(diào)頻時更加明顯。在這個例子中，發(fā)射機頻率響應(yīng)誤差有可能導(dǎo)致接收機錯誤地確定目標(biāo)屬性。

相位-時間

數(shù)字基帶數(shù)據(jù)通常包含同相（In-phase，I）分量和正交（Quadrature，Q）分量，每個樣本的相位可以計算出來。對于簡單的相位隨時間變化的圖表，相位是Q/I的反正切。相位參考通常是最開始的采集記錄。使用這個參考，相位被繪制在樣本編號（以時間為單位表示）上。

圖2中，顯示裝置的右側(cè)為頻率-時間圖，左側(cè)為相位-時間圖，它們都是同一數(shù)據(jù)采集的結(jié)果。這個信號是一個經(jīng)過巴克（Barker）編碼的相位調(diào)制單脈沖。相位圖顯示脈沖中有13個相位段。對于這種特定的編碼，前5個相位段、第6和第7個相位段、以及第8和第9個相位段中的相位值都相同，因此看起來這些段比最后4個段更寬。

頻率圖顯示很大的頻率跳變，因為相位調(diào)制有兩個問題。首先，各個段自身并不具備相位連續(xù)性。這并不會影響相位圖，但是會在相位改變的瞬間造成很大的瞬時頻率調(diào)制。不連續(xù)性會形成很短的包含很寬頻譜的“頻譜飛濺”（spectrum splatter），它可能在很短時間內(nèi)超過允許的頻譜掩模，可能對附近頻率上運行的設(shè)備造成干擾，也可能形成一個可識別的“特征”（signature），用于特定雷達的識別。

第二，發(fā)射機顯然沒有帶寬限制濾波器，這加劇了相位突變。如果對帶寬進行濾波和限制，頻率圖會更接近平坦。

對于幅相圖來說，很重要的一點是要認(rèn)識到，因為相位參考是獲取記錄的開始，如果記錄的開始位于一個脈沖內(nèi)（被觸發(fā)），那么相位在一次獲取和下一次獲取之間可能會很相似。但是如果記錄的開始是隨機的（未被觸發(fā)），那么相位參考點可能會位于脈沖間隔的噪聲中。這就會導(dǎo)致相位參考在一次獲取和下一次獲取之間出現(xiàn)大的隨機變化。

頻率-時間

頻率-時間測量顯示感興趣時間內(nèi)信號的瞬時頻率。和調(diào)頻檢測一樣，它將測量檢測帶寬內(nèi)的所有信號，因此必須設(shè)置儀器的捕獲帶寬，或者采用其他方法排除不需要的頻率(這也適用于相位-時間測量)。

頻率就是相位隨時間的變化。在一秒鐘內(nèi)完成一次循環(huán)，相位旋轉(zhuǎn)360度。任兩個采樣點的頻率通過下述方法測量：先分別測出每個采樣點的相位，然后用兩個采樣點的相位差除以采樣間隔時間（正如“f = ? ? / ?t”一樣）得出。

對數(shù)字調(diào)制信號的分析更加復(fù)雜。理想情況下，調(diào)制測量將顯示振幅、相位或兩者隨傳輸“符號”的變化（傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字）。這需要匹配調(diào)制類型、符號率和測量/參考濾波器參數(shù)。其他調(diào)制測量包括 constellation 圖、錯誤圖、信號質(zhì)量和解調(diào)符號表。

脈沖可以具有更高的調(diào)制階數(shù)，如QAM、OFDM，甚至直接序列擴頻（見圖3）。這些可以拉伸脈沖頻譜，從而降低被發(fā)現(xiàn)的機會，并允許在接收機中對脈沖進行壓縮。它們甚至可以允許在雷達脈沖中傳輸數(shù)據(jù)。

短幀（單脈沖）

對單個脈沖（有時稱為短幀測量）所進行的測量取決于對脈沖的預(yù)期用途。所施加的調(diào)制將決定所需的測量。對于簡單的單頻（連續(xù)波，CW）脈沖，測量可能包括功率（或電壓）、時間、形狀、射頻載波頻率和射頻頻譜占用情況。

長框架（多脈沖）

單個脈沖的測量通常不能保證發(fā)射機的性能?？梢詼y量很多脈沖，并且任何差異都可以用來診斷其它方法難以發(fā)現(xiàn)的問題。測量結(jié)果表格有助于人工觀察某個測量結(jié)果是否有差異。通常，對結(jié)果進行FFT分析有助于確定任何變化的原因（見圖4）。

中心頻率偏移

測量跳頻雷達信號、空中測量信號以及在鄰道干擾下測量信號，通常會對測量系統(tǒng)形成挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，要么需要關(guān)閉調(diào)制跳頻，要么需要捕獲中心頻率處的脈沖序列，然后才能對雷達信號進行分析。

在對雷達真正的跳頻行為進行分析時，能夠測量那些不在分析帶寬中心的信號是非常重要的。圖5顯示了一個頻率跳變的脈沖信號。通過取消測量頻率對中心頻率的鎖定，會出現(xiàn)一個滑動的測量窗口，這樣用戶就可以很容易地在獲取的頻譜中選擇感興趣的頻率。

能夠選擇不在中心頻率處的測量窗口，這是進行空中測量以及測試跳頻雷達在跳頻條件下出現(xiàn)的問題（如頻率穩(wěn)定性和時間問題）的一種寶貴方法。

選擇測量參數(shù)

在開始測量之前，用戶必須正確地設(shè)置幾個參數(shù)，這些參數(shù)影響脈沖信號的處理，它取決于信號的性質(zhì)以及希望儀器與入射脈沖的相互作用方式。

測量過濾器類型

在測量脈沖信號時，一個很重要的參數(shù)就是測量濾波器的類型和帶寬。所有的測量設(shè)備都自身具有帶寬限制。一旦信號被數(shù)字化（使用頻譜分析儀或者示波器），進一步的數(shù)字處理就可以減小并修飾測量帶寬。使用帶寬更窄的濾波器可以減小測量帶寬內(nèi)的噪聲，因此也就減小了某些測量參數(shù)的不確定度。這只有在待測脈沖信號不含比所用濾波器更寬的頻譜成分（如快升/降沿，或?qū)掝l/相位調(diào)制）時才有用。使用帶寬更窄的濾波器會增加上升時間測量的不確定度。

如果脈沖信號通過一個帶限濾波器，將會有一些信號失真。一個濾波器將對脈沖上升時間產(chǎn)生它自己的貢獻。任何具有陡峭上升或下降時間的脈沖都將在載波頻率之外具有廣泛的頻譜成分。濾波器去除的這些頻率越多，對脈沖信號就越可能產(chǎn)生失真（超調(diào)和振鈴）。而且，即使濾波器足夠?qū)捯酝ㄟ^脈沖而不產(chǎn)生問題，它 also 也會有相位和振幅變化，從而引入失真。