6.1 概述

6.1 概述

依据雷达理论,信号带宽是用于衡量信号偏离中心频率的程度,它表明信号能携带信息量的多少,也称为绝对带宽。带宽的另一种表示方法是采用中心频率的百分比。定义百分比带宽,即带宽指数为

图示

式中,B为信号频谱宽度;fH、fL为感应器的最高和最低频率,也称信号上限和下限频率。

需要指出的是,上限和下限频率不是谐振电路和滤波器设计中所用的半功率点(-3 dB)频率。百分比带宽的概念可以定义窄带、宽带和超宽带信号。

目前,广泛应用的超宽带(Ultra-wideband,UWB)信号的定义是瞬时信号带宽(定义为中心频率在-10 dB点对应的带宽)大于中心频率20%的信号,即μ>20%,或瞬时信号绝对带宽大于500 MHz的信号。信号频带宽度满足1%<μ<20%的信号为宽带信号,μ<1%的信号为窄带信号。对于UWB信号,由于通常不存在调制载波,所以式(6-1)一般以频谱中心频率作为参考。

现代雷达信号频带宽度通常不超过中心频率的10%,而常规无线电和雷达信号的频带宽度通常小于中心频率的1%。与传统的窄带雷达相比,超宽带雷达具备许多优越的性能。

1.较高的距离分辨力

理论上,距离分辨力ΔR与雷达脉冲宽度τ(或信号带宽B)满足如下关系,即

图示

超宽带雷达的脉冲宽度为0.1~1 ns,脉冲上升时间可达到皮秒量级,因此其频谱极宽,其距离分辨力可以达到厘米量级。

超宽带雷达的相对带宽大,可以分辨目标的许多散射点,将这些散射点的回波信号积累,从而改善了信噪比。(https://www.daowen.com)

2.良好的目标识别能力

超宽带雷达可以利用被接收的后向散射波与发射信号进行逆卷积,以得到目标的冲击响应。发射脉冲的短时性,可以使目标不同区域的响应分离,并可得到目标传递函数的极点。对于大多数雷达目标,它们的极点具有不变性,即目标的极点与视角、极化无关,而只与目标的形状结构和材料构成有关,是目标的固有属性,因此可以用来进行目标识别。

3.强电磁穿透能力

一般电磁波对介质的穿透能力与频率和介质的性质有关。一方面,长波长电磁波(低频)更易穿透遮蔽物,因为其波长长于遮蔽物的厚度,而短波长电磁波(高频)因其波长短于遮蔽物的厚度,而使其反射信号更强。另一方面,超宽带信号能够穿透非导电材料(或非金属材料)。通常,其穿透性能随着物体的导电性能增加而衰减。材料的导电性越好,对超宽带信号的反射(散射)就越强。因此,超宽带信号甚至不能穿透一片薄的金属片,也不能穿透海水,但它能穿透中等导电性能的材料,如人体,也可探测丛林中、植被下、烟、雾、云层、灰尘、雨、雪等遮蔽下的目标。试验证明,200 ns的窄脉冲能够完全穿透石膏、木材、水泥墙。

4.强抗干扰能力

超宽带雷达发射的极窄脉冲占有很宽频带,采用脉冲重复频率捷变技术(即脉位编码技术)后其频谱更进一步展宽,使之具有类似热噪声性质,发射信号的功率谱密度很低,极具隐蔽性。普通侦察接收机覆盖的频率范围远小于超宽带雷达的工作频率范围,只能接收到部分雷达信号,无法获取雷达的完整参数,不能有效地检测超宽带雷达信号,从而难以实现截获和引导,难以进行瞄准式和回答式干扰。对于扫频式和阻塞式干扰来说,由于其占有的频带只是超宽带引信的一小部分,事实上也难以进行有效干扰。若要加大干扰带宽并保持一定的干扰功率密度,则必须耗费过大功率,难以实现。同时,由于采用窄波门技术,超宽带引信距离截止特性好,具有很强的抗无源干扰能力。

5.强反隐身能力

隐身材料和涂料的特殊频率特性,或具有隐身效果的特殊结构,都只在某一特定的频带内有效。在超宽频带内,目标总会在某些频带范围内有较强反射,容易被探测到。此外,窄脉冲冲击信号有可能激起目标谐振,从而产生较强反射,因此具备强的反隐身能力。

6.良好的电磁兼容性

超宽带雷达信号虽然在频谱上覆盖了窄带雷达信号,但在单个频点和窄带上的功率却很低,且持续的时间极短,窄带雷达系统来不及反应脉冲即已消失,因此不会对其他的窄带设备造成强的干扰。

7.超近程探测能力

常规窄带雷达在探测超近程目标时存在近程盲区,超宽带雷达的脉冲宽度极窄,其最短探测距离与距离分辨力大致相等,可以实现超近程探测目标,如近炸引信、防撞装置等。