式中,rect(t)为矩形脉冲,而线性调频信号的幅度的表达式为A,脉冲宽度的表达式为τ,中心频率的表达式为f0,带宽的表达式为B,线性调频系数的表达式为μ=B/τ。
Part.3 捷变频信号
雷达系统由于大气影响以及友源的相互干扰和信道阻塞而导致的频率快速变化被称之为频率捷变。然而除了受外界的影响,有时雷达系统也会主动进行这样的操作,其目的就是为了避免被其他探测雷达所监测到。同时这项技术也被应用在许多其他不同的领域,例如镭射和无线电收发机上。所以在雷达系统中,可以用捷变频技术对雷达脉冲进行调制,得到的调制信号即为捷变频信号,其数学定义表达式如下:
A(t)是信号包络,ψ0是信号相位。
Part.4 相位编码信号
相位编码信号的英文表达是 Binary Phase-Shift Keying(BPSK),一般雷达系统中较为常用的是二相编码信号。所以一般BPSK 又被称之为2PSK,如图 4所示:
图4 BPSK 信号
鉴于 BPSK 信号能够承受的噪声和干扰值是所有相控键移信号中使得调制解调器刚好会处理出错的最大承受值,所以其一直被视为PSK 信号中最强健的信号。其数学表达式如下:
f0为频率,A是幅度。如果在一个编码的周期T内,当NC表示相位变化次数,TC表示码片宽度时,相位编码的周期T=NCTC。
03 确定FMCW Chirp信号时域特性
为了准确测量FMCW Chirp信号的性能参数,必须首先确定FMCW Chirp信号的时域特性参数,例如:Chirp频率带宽( BWChirp)、 Chirp周期(TChirp)、Chirp帧周期(frame Period)、功率占空比(Power Duty Cycle)等。
时域参数测量仪器一般有示波器、频谱分析仪、功率分析仪等。由于FMCW Chirp技术主要应用在毫米波雷达领域。因此要求测量仪器要么直接支持高达77 GHz(甚至更高频率)的信号处理,要么需要通过外部变频或检波部件将信号降至较低的频率处理。考虑实际应用中频谱分析仪的便利性和经济性,下文主要针对使用频谱分析仪测量FMCW Chirp信号时域特性进行讨论。
04 实验方法
1. 测量线路连接图
测量线路连接如图5所示。
图5 测量连接图
2. 测量方法步骤
使用信号源发射FMCW信号,并用频谱仪进行分析。
05 示例
频谱仪测量FMCW信号时域特性
1) 使用频谱分析仪测量 FMCW Chirp信号时域特性,需采用分析仪的零扫宽(Zero-Span)测量模式。通过Zero-Span模式,可以捕获FMCW Chirp信号的时域信息,见图6所示。
图6. FMCW信号时域特性
2) 频谱分析仪的分辨率带宽(RBW)是有限的,只能捕捉目标频率点附近RBW 带宽内FMCW信号有限带宽的信息,无法反应整个 FMCW信号的完整信息。RBW越大,捕获的信息越能充分复现信号的特性。然而,即使 RBW有限,也可以提供不少有用的信息,例如 Chirp帧(Chirp frame)、Chirp帧周期(frame Period)和每个帧的Chirp 数量等。