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参考文献 42
1 绪论
1.1 课题研究背景及概述
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备,通常雷达系统使用经过调制的波形通过
方向性的天线发射电磁能量到空间中的特定区域以搜索目标，搜索区域中的目标会反
射部分能量回到雷达，然后通过雷达接收机对这些回波信号进行处理即可获得目标的
距离、速度等信息[1]
。随着雷达技术的发展，雷达的功能也从早期简单的测距，测速
和定位发展到如今的高分辨率成像，目标识别等，因此人们对雷达性能尤其是雷达分
辨率的要求越来越高，其中提高目标的一文距离分辨率就是其中一个基础但重要的研
究方向。
雷达距离分辨率与雷达带宽成反比[2]
，因此可以通过增加雷达带宽提高距离分辨
率。一般来说，未调制的雷达脉冲的时宽带宽积约等于 1，这意着为了提高距离分
辨率而增加带宽的同时需要相应很小的时宽，因此普通的高分辨率雷达信号是宽带的
窄脉冲。虽然使用窄脉冲可以得到大的带宽，但其同时也会减小雷达系统的平均发射
功率，这将严重制约雷达的探测距离。为了解决发射功率与分辨率的矛盾，人们提出
了脉冲压缩技术，通过使用大“时宽-带宽积”的发射信号，获得足够的平均发射功
率，保证了雷达的探测距离，同时又在接收端对回波信号进行脉冲压缩处理以得到较
高的距离分辨率[3]
。由于信号的产生和处理都很方便，因此线性调频信号（LFM）是当
前脉冲压缩技术中研究最早、应用最为广泛、最成熟的大“时宽-带宽积”信号[4]
。虽
然线性调频脉冲压缩技术发展至今已经相当成熟，但当需要进一步提高雷达的距离分
辨率时，其仍然需要很大的瞬时带宽，而从硬件上增加带宽不仅成本高昂，而且大带
宽信号在系统发射、接收和采样等方面对信号处理的要求较高[5][24]
，从而使大带宽雷
达的设计制造面临很多困难，因此通常需要从其他角度寻找提高分辨率的方法。为此，
人们提出了一系列超分辨率算法[6]
，通过用这些超分辨率算法对雷达接收信号进行处
理可以在一定程度上提高距离分辨率，例如 1990 年美国林肯实验室的 Cuomo 提出的
带宽外推技术（BWE）[7][22]
，其通过对已测量信号进行建模以预测测量信号以外频域范
围内目标的回波信号，从而达到获得目标等效宽带回波信号的目的。但所建立的模型
与目标散射特性的吻合程度以及对模型参数估计的精度限制了这类方法获取更宽频带目标频率响应，即提高分辨率的能力[8]
。
针对目前普通的单波段雷达在实现高距离分辨率上所存在的种种技术困难，多波
段雷达技术逐渐成为高分辨率雷达的一种发展趋势，其基本思想就是将原本单波段雷
达难以直接达到的宽带信号划分为若干子窄带脉冲，这样就可以得到目标的一系列窄
带回波信号，从而大大降低了雷达系统的瞬时带宽，然后在系统接收端对这些窄带回
波信号进行融合处理，这样就可以得到等效的宽带信号，从而可以实现更高的距离分
辨率。
频率步进雷达就是基于以上对雷达信号带宽“化整为零”思想，其通过发射一串
载频线性跳变的矩形脉冲（即频率步进信号），然后在接收端通过对这一系列目标回
波进行 IDFT 处理的方式获得合成的高分辨率距离像。频率步进信号通过对载频之间
的离散调制可以合成很高的系统带宽，但是系统的瞬时带宽仅等于各子脉冲间的载频