雷达的“快时间”与“慢时间”

脉冲体制雷达通过发射一串脉冲信号,并通过相干检波接收机测得回波信号的电平值,并以数字信号进行存储和后续信号处理。

对于一个数字采集系统,采样率和量化位数的选择对雷达设计非常重要,它不仅影响处理器的存储量以及计算量,并且对信号的保真度、混叠情况以及信噪比都会有影响。

在脉冲体制雷达中,我们经常看到“快时间”和“慢时间”的表述,那如何很好的理解信号采样与存储中的快慢时间呢?

快时间(单个脉冲)

雷达发射脉宽为τ的脉冲信号,前沿对应t=0时刻。对于单基地雷达,通常在脉冲发射期间并不进行接收采样,也就是在脉冲发射后的τ时间内接收机是关闭的,这段时间内的脉冲回波无法被接收,因此距离小于Rmin=cτ/2目标的回波不能全部被接收,从而形成了盲区。

对于特定雷达的工作模式,雷达通常在R1到R2一段距离间隔中接收回波,这常被成为距离窗Rw,也叫距离测绘带。

因此,采样发生在脉冲发射后的时刻t1=2R1/c,结束于t2+τ=2R2/c+τ,将产生的L个样本存储在数字存储器中,这被认为快时间采样,得到L个距离门(距离单元),复数样本的相位则是脉冲回波数据的快时间相位历程。

有一点需要注意的就是这里的距离单元是指距离上的采样间隔,有时与分辨单元同义使用,但并不总是等于距离分辨率。快时间采样间隔为Ts,是采样率的倒数,距离单元间隔为:

实际中,常用大于奈奎斯特采样率的速率对快时间维进行采样,一般会有20%到50%的余量。

慢时间(多个脉冲)

脉冲体制雷达并不只发射一个脉冲,通常是发射连续的脉冲序列,例如以M个脉冲作为一组进行处理。脉冲之间的时间间隔成为脉冲重复间隔(PRI),其倒数就是我们所熟知的脉冲重复频率(PRF)。

脉冲数所在的维度称为慢时间轴,采集数据需要的时间为M·PRI,通常叫做相参处理时间(CPI)。除了某些特殊情况,一个CPI内通常是固定的PRI和雷达频率,并且发射波形相同,以便进行多普勒测量。

因此,慢时间的采样频率就是PRF。

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