雷达波形分类解析与低成本半实物仿真验证

雷达系统的性能与效能，很大程度上取决于其核心的“语言”——雷达波形。

波形可以简单理解为是信号在某个特定域的表现形式，比如时域和频域。而作为雷达获取信息的载体，雷达波形的产生方式和调制样式直接决定了雷达系统的信号处理方式、探测能力、抗干扰能力和应用场景。

因此，深入理解和熟练掌握雷达波形的分类与应用至关重要。本文将对常见的雷达波形及其分类进行简单介绍，帮助我们理解不同雷达波形之间的差异和作用。

一.连续波形

雷达波形可以大致分为两类：既连续波形与脉冲波形。两者最大的区别就在于对应雷达的工作机制不同，连续波雷达是收发同时进行，而脉冲雷达则是收发间隔进行。

也就是基于这两种最基本的波形体制，再对其进行幅度、频率、相位、时间等多域多维度的调制，最终形成了千变万化的雷达波形。

1.单频连续波（CW）

单频连续波作为最基础的雷达信号波形，本质上就是未经调制的单频点的连续波信号。

由于是连续波，所以单频连续波可以通过对接收信号与发射信号的混频得到目标的多普勒频率，但这种方式缺乏允许系统准确计时发射和接收周期并将其转换为距离所需的定时标记。

因此，单频连续波雷达只能实现对移动目标（沿视线）的速度测量，而不能进行距离测量。目前单频连续波主要应用于靶场的多普勒测速，是靶场武器实验中的主要测试手段之一。

2.多频连续波（MFCW）

多频连续波其实就是由多个固定频率的连续波信号组成的波形。与单频连续波仅能测速不同，多频连续波由于存在多个频率成分，可以利用不同频率间的相位差或频差来探测目标距离、速度等信息，解决了单频连续波测距的难题。

由于多频连续波很适合用于穿障侦察，很早就被应用于大地勘探和导弹制导中的精确测距，具有无距离盲区、极高的距离分辨力、灵敏度高、结构简单、体积小等一系列优点。近年来，随着5G毫米波和自动驾驶技术的推进，多频连续波在民用雷达领域占据了重要地位，目前已成为近距离感知的核心技术之一。

3.调频连续波（FMCW）

调频连续波是一种通过发射频率随时间变化的连续波形，由于其频率经过特定信号的调制，调频连续波雷达可以通过比较任意时刻回波信号频率与此时刻发射信号的频率的之差方法来得到目标的距离信息。

其核心优势在于同时实现高精度测距与测速，且具有低峰值功率、抗干扰性强等特点，在军用和民用领域得到了广泛应用。

其中，常见调制波形包括线性锯齿波调频、线性三角调频、分段线性调频、步进调频、非线性调频等。

4.调相连续波（PMCW）

调相连续波是一种通过相位编码调制的连续波形，利用发射信号与回波信号之间的相位差异及编码相关性来解算目标距离与速度。

与调频连续波不同，调相连续波的核心特征在于时域相位序列编码，而非频域线性调制。相当于是通过相位编码赋予连续波信号“身份指纹”，使其在复杂电磁环境与高密度目标场景中具备独特优势，广泛应用于车载雷达、5G通信感知一体化（ISAC）及室内定位等领域。

2.脉冲波形

脉冲波形是一种在时间上有明显间隔的短暂信号，通常表现为一系列短促的波形，每个波形称为一个脉冲。

在雷达系统中，每个脉冲的宽度、幅度和间隔都可以独立控制，并且由于信号发射以及回波接收过程可以在时间上实现分离，进而避免了连续波雷达中发射信号泄露的问题。

1.简单脉冲

简单脉冲也可称之为固定频脉冲，如果在脉内没有调制，则波形就是最简单的周期脉冲波形。

而基于简单脉冲，还可以延展出很多更为复杂的信号，比如经过脉间PRI调制的PRI参差、PRI滑变、PRI抖动、PRI脉组捷变等，以及经过脉间频率调制的频率捷变、频率分集、频率编码等。

值得注意的是，从本质上来说雷达的脉间调制并未影响到单个脉冲的波形，但最终却产生了不同功能特点的雷达信号。

2.调频脉冲

调频脉冲波形是脉冲雷达系统中的关键信号形式，其目的是通过频率调制实现高分辨率探测与抗干扰能力，这与连续波为了实现测距功能而调制不同。

实现雷达测距的高分辨率需要极窄脉冲（如1ns脉宽对应15cm分辨率），但窄脉冲的峰值功率需求极高（如兆瓦级），且能量受限导致探测距离短。而调频脉冲可以采用宽脉冲（如100μs）结合大带宽调频（如100MHz）的方式，通过脉冲压缩技术实现等效窄脉冲的高分辨率，同时保持高能量积累并提升探测距离。

而为了用频率调制来增大信号带宽，常见的频率调制方式有：线性调频-LFM、非线性调频-NLFM(余弦调频、正切调频、反正切调频、双曲线调频）、频率编码-FSK（Coatas阵列编码）、频率步进调频-STEP等。

3.调相脉冲

脉冲波形的脉内调制除了频率调制还可以对其相位进行调制，相位编码脉冲信号是由许多子脉冲构成的，每个子脉冲的宽度相等，子脉冲的相位由一个编码序列决定的。

常见的相位编码调制方式有：二相编码-BPSK（巴克码-Barker、M序列码、L序列码、Kasami序列码、Gold序列码）、多相编码-MPSK（弗兰克码-Frank、P1-P4码、霍夫曼码）以及自适应编码等。

调相脉冲通过改变脉冲内不同时段的相位状态实现信号调制，其核心价值在于通过编码设计优化信号的自相关/互相关特性，从而提升雷达系统的抗干扰、低截获及多目标处理能力。（下图为二相码脉冲信号波形）

4.复合调制波形

随着现代战争电磁环境复杂性的增加，单一调制方式雷达信号已很难满足需求。

复合调制波形是指在时域、频域、相位域等多个维度联合调制信号，通过多种调制技术的协同设计解决单一调制方式的性能瓶颈。其核心目标是兼顾探测精度、抗干扰性、频谱效率与系统复杂度，已成为新一代雷达、通信及通感一体化系统的核心技术。

常见的复合调制信号有线性调频-二相编码（LFM/BPSK）复合调制信号、频率键控-二相编码（FSK/BPSK）复合调制信号等。例如频率键控-二相编码（FSK/BPSK）复合调制信号，由于具有大时宽带宽积，高分辨率优点和低截获概率特性，在雷达信号处理领域吸引了越来越多的研究。

3.雷达波形研究利器-荟迹®仿真雷达系统

随着电磁空间的争夺日益激烈，深入研究各种雷达波形以及波形隐匿、波形重建、波形捷变反侦察等关键技术的需求变得愈发强烈。

立思方基于软件综合射频理念开发的荟迹®仿真雷达系统，为行业提供了一个理想的雷达波形开发与验证平台，系统具备雷达原型所需的全部功能，包括雷达波形生成、信号处理、数据处理、目标识别以及显控模块等。

可生成任意雷达波形

荟迹®仿真雷达系统可以生成任何用户想要的自定义脉冲波形，满足对于新雷达波形的研究需求，并帮助用户快速、低成本的在实验室内搭建一个针对于雷达波形研究的半实物仿真平台。

该系统由软件和硬件两部分组成，软件方面，系统可提供完整开放的API接口，支持自定义的高级信号处理算法和异构加速计算。同时可以输出各节点的原始数据、运行状态&指令，支持外部程序控制与参数调整。

硬件方面，系统则支持小型化、超便携的硬件部署方案，基于超便携射频系统IC8723，可实现单通道高达1GHz信号带宽以及0.3~18GHz频率范围的雷达半实物仿真，推动雷达波形的快速进化与技术革新。