雷達訊號特性

雷達訊號特性（Radar signal characteristics）是雷達系統，利用從目標反射回來的雷達頻率電磁訊號取得目標的資訊，在一個典型的雷達訊號系統中，訊號的發射和接收會呈現許多以下特徵。

載波（Carrier）

雷達訊號（Radar signal）的載波是射頻訊號，通常是毫米波，通常（並不是所有）毫米波都是經過調變的，這樣系統才能取得所需要的訊號。在最簡單的測距雷達中，載體通常都是經過脈衝調變，脈衝調變有兩種含義。一是指脈衝本身的參數（振幅、寬度、相位）隨訊號發生變化的過程。脈衝振幅隨訊號變化，稱為脈衝振幅調變；脈衝相位隨訊號變化，稱為脈衝相位調變；同理還有脈衝寬度調變、雙脈衝間隔調變、脈衝編碼調變。在連續波系統中，比如多普勒雷達，就不需要經過調變。大部分的系統都是脈衝調變的，有的可能輔以其他的調變訊號。脈衝調變系統中，載波通常都通過開關來進行同步，調變波通常不存在於傳送的訊號之中，脈衝波形包絡通常從雷達接收器的解調載波中提取出來。

脈衝頻寬（Pulse width）

被傳送訊號的脈衝頻寬（脈衝時間）指的是，每一段脈衝持續的時間，通常在毫米級。如果脈衝不是一個理想的方波，那麼時間通常從脈衝下降緣（rising edge））和下降緣（falling edge）的50%能量級處開始計算。脈衝頻寬必須足夠長，這樣才能夠有足夠的能量使反射波能夠被接收器探測到。能量能夠被傳遞到目標距離取決於兩個要素：傳送器的峰值輸出功率和傳送的時長。因此，頻寬限制一個目標能夠被探測的最大距離。 距離的解像度，也就是雷達能夠把兩個目標區分開來的最小距離，也收到脈衝頻寬的限制。在任何距離範圍內，在相同的方位角和仰角的情況下，同一個雷達所發射的非調變脈衝，距離的解像度約等於脈衝時間中，光所走的距離的一半。 脈衝頻寬同時也決定了雷達盲區。當雷達傳送器處於啟動狀態，接收器的輸入是空白的，這樣避免放大器被飽和(過載)甚至毀壞。一個簡單的計算就能夠得出，大約經過10.8微秒，雷達就能夠收到1英里以外目標的反射波。為了方便，人們通常會記住，從雷達發射波開始到接受到目標的反射，1海里以外的物體，大約需要12.4微秒；1千米以外的物體，大約需要6.7微秒。如果雷達脈衝頻寬是1微秒，150米以外的物體都無法被探測到，因為接收器處於空白狀態。 這都說明，設計者不能夠簡單的靠增加脈衝頻寬來取得更大的探測距離而不改變其他的屬性。許多其他的因素都要被考慮進來，為了取得更好的效能，不得不做出很多的折衷。

脈衝重複頻率（Pulse Repetition Frequency PRF）

為了製造出可辯別的回聲，許多雷達系統都連續地發出脈衝。每當一個脈衝被傳送出去，從目標取得的回聲會被經過訊號處理之後顯示出來或者被訊號處理器所整合，用以增強返回值來做出探測。脈衝重複頻率越高，就有更多的目標被顯示出來。然而，更高的脈衝重複頻率意味着雷達探測視距更短。雷達的設計者會在滿足其他條件下，儘量使用較高的脈衝重複頻率。 有兩個方面是雷達的設計者不得不仔細考慮的，一是雷達天線的射束寬度，二是雷達掃射視野範圍所需要的時間。一個射束寬度為1度的雷達以1080Hz的頻率掃射360度的視野範圍，每2秒鐘將會有6次脈衝覆蓋每個弧度。如果接收器需要12次相同強度的反射脈衝才能夠確定一次探測，那麼雷達的設計者有三種方法解決這個問題，要麼脈衝重複頻率提高一倍，要麼將掃射速度減半，要麼將射束寬度增加一倍。實際上，這三種方法都有被用到，雷達的設計就是在不同的衝突中尋找一個平衡和折衷。

重頻交錯（Staggered PRF）

重複頻率參差（參差變化之脈衝覆送律）是一個訊號傳送過程，這樣的一個過程中，雷達每一次的詢問時間都有細微的，模式化的，已可辯別的重複變化。重複頻率的變化使得雷達可以讓自己的脈衝，跟其他擁有相同脈衝重複頻率且頻譜相近的雷達所傳送的脈衝區分開來。考慮到雷達脈衝之間的時間間隔是相同的，目標的反射基本上在相同的時間內保持相對穩定的距離。在頻譜已經非常擁擠的今天，雷達的接收器可能會探測到很多其他的脈衝，或者來自雷達的發射器，或者來自其他地方的反射。雷達跟目標之間的距離取決於上一個由發射器發射出的脈衝傳播的時間，而干擾脈衝則可能隨時隨地都出現。當干擾雷達的頻脈衝重複頻率跟主雷達的脈衝重複頻率非常接近時，這些距離的變化就會非常的慢，很容易被誤以為是真的目標。通過將頻率錯開，雷達的設計者可以迫使干擾雷達的訊號發生跳變，進而用來區分主雷達發射出來的電波反射。

如果沒有重頻交錯，來自同樣頻段的任何其他雷達發射的電波都會看成穩定的訊號，然後被誤認為是來自主雷達發射出來的反射波。有了重頻交錯，只有雷達探測的目標的反射波，才會顯得穩定，同時干擾源的訊號則看起來非常的不連續，然後就被接收器所丟棄。重頻交錯是僅有的幾個相似技術之一，其中還包括干擾脈衝重複頻率（Jittered PRF，脈衝時間是變化且不規則的），脈衝頻率調變（pulse-frequency modulation PFM），以及其他幾個類似為了降低無意識的訊號同步的策略。這些技術都被廣泛的應用在潛艇安全和雷達導航之中。

雜波（Clutter）

Multipath propagation diagram en

雜波是來自雷達不感興趣目標對無線電波的反射。這樣的目標包括很多自然界的物體，比如大地，海洋，降水（比如，雨，雪，冰雹），沙塵暴，動物（尤其是鳥），氣流，跟其它大氣現象，比如電離層的反射，流星餘跡通訊，三體散射（three-body scattering）。雜波也可能來自人造物體，比如建築物，或者干擾箔。有些雜波是雷達發射器和天線之間的長波導引起的。

靈敏度時間增益控制（Sensitivity time control STC）

靈敏度時間增益控制用來拓展接收機動態範圍，防止近程雜波干擾使得接收機飽和(過載)，有時也叫近程增益控制或時間增益控制，是為保證接收機靈敏度，設計電路對訊號進行的増益控制，從而保證小目標的獲取。它的基本原理是每次發射脈衝後，產生一個隨時間趨近於零的控制電壓，在射頻、中頻或在接收機前端的饋線中通過數控衰減器對接收機通道增益，該控制電壓大小隨時間或目標距離進行變化，近距離增益小，遠距離増益大。在雷達中STC往往用數控衰減器來完成，一是控制靈活，可根據雜波環境來確定，二是可設置在射頻、中頻，使得接收機的動態範圍大大提高，設置在射頻比設置在中頻更容易使接收機動態有較大拓展，但在保證STC的平坦度上會更難。另外設置地方的不同將帶來的影響不同，需要根據對總動態範圍的要求和接收機可能達到的線性動態範圍綜合加以考慮。

參考文獻

• Modern Radar Systems by Hamish Meikle (ISBN 0-86341-172-X)
• Advanced Radar Techniques and Systems edited by Gaspare Galati (ISBN 1-58053-294-2)