在介紹LPI(低截獲概率)雷達之前，需要先解釋一下“互相關”的概念。“互相關”用來衡量信號間的相似性，我們以雷達信號為例，來說明“互相關”的計算方法。

假設一個雷達向外發射了一個周期為20ns(PW=20ns)的正弦波信號，該信號只有一個周期，并等待其反射回波。圖1的上圖描述了這個發射信號。在實際應用中，一個雷達向外發射一個脈沖信號，該信號中的正弦波包含多個周期，此時正弦波的周期更短。

假若在發出信號100ns后，雷達開始收到反射回波，如中圖所示。假設雷達每600ns(PRI=600ns)發射一個脈沖，上圖和中圖分別描述了在600ns的時間窗口內的發射信號和接收信號。

雷達無疑知道發射信號，因此通過計算發射信號與接收信號之間的互相關，從而判斷接收信號是否真的是反射回波。

“互相關”

計算互相關的步驟如下，首先將發射信號與接收信號逐點相乘，然后將乘積相加，得到一個互相關的點;然后將接收信號移動一個樣本(在這個例子中，我們假設每納秒測量一個數據點)，重復乘法-求和的過程，得到下一個互相關點。

以圖為例，在此過程中發射信號保持不動，接收信號向右或向左移動(根據圖中箭頭指示右邊為正方向，左邊為負方向)。當上圖的第一個點與中圖的最后一個點重疊時，計算得到第一個互相關點。當上圖和中圖不再重疊時，此過程就結束了。通過以上計算，我們就得到了發射信號與接收信號的互相關，如下圖所示，中心位置處的互相關性為零，在-100ns處有最大值，這意味著，在延遲100ns后，接收信號與發射信號相似。如果雷達是固定不動的，我們可以假定發射信號經過50ns到達目標。雷達波的傳播速度為299,792,458m/s，目標大約在15m之外。

當然，在這個示例中，目標距離雷達特別近，這并不現實。對于移動的雷達或者移動的目標，雷達與目標間的相對速度可通過多普勒頻移來估計，在確定目標的距離時需要考慮相對速度。如果在雷達的探測范圍內存在一個目標，在自相關圖中，會出現一個幅度明顯高于探測門限的峰值。

通過上文闡述的互相關的例子，我們了解到互相關的大小是由發射信號與反射回波乘積的和決定的，當發射信號與反射回波完全重合時，將產生明顯的峰值。

因此，為了降低發射信號的功率使得偵察接收機不能感知到雷達的存在?？梢允褂玫凸β蚀竺}寬的雷達信號。由于信號的總能量保持不變，雷達仍然可以利用互相關性來探測目標。雖然如此，該方法仍存在一個問題。如果雷達信號的脈寬過長，那么兩個目標的反射回波就有可能重疊，從而無法區分。

因此，如果我們希望發射一個低功率、大脈寬的信號，就需要專門的雷達波形。這個技術被稱作脈沖壓縮技術，使用這類波形的雷達被稱作脈沖壓縮雷達。

相位編碼雷達

最簡單的相位編碼雷達只使用了兩種雷達波形，它們是具有相同頻率和幅度，但是相位相差180°的兩個正弦信號。將其中一個信號用1表示，另一個用0表示。這種信號被稱為二進制相移鍵控(BPSK)信號。

一個BPSK信號從0到1的變化速率，或者從1到0，被稱作碼片速率。相位編碼雷達不是發射很長的正弦信號，而是發射相位可能變化的、級聯的、短的正弦信號。例如，一部雷達利用剛剛提到的兩個正弦信號，可以發射序列為[1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-11]的BPSK信號。

這個序列是一個13位的Barker碼。當兩個信號不一致時，Barker碼能夠最大程度地減小信號自相關(即：一個信號與其自身的互相關)的振幅。為了驗證此效果，我們將單周期的雷達信號替換為13位Barker碼信號(PW=260ns)。大脈寬雷達信號的振幅減小了，所以大脈寬信號與小脈寬信號具有相同的能量，如圖所示。

從圖中可以看出以下幾點。首先，盡管大脈寬信號的振幅很小，但是Barker碼信號與其反射回波的互相關的振幅峰值出現在同一位置處。因此，盡管該雷達發射的是低功率信號，卻能以與脈沖雷達差不多的靈敏度進行目標定位。

再者，該雷達甚至在信號發射完畢之前就能接收到反射回波。因此，不同于之前討論的脈沖雷達，LPI雷達需要使用收發分離的天線，一個用于發射信號，一個用于接收信號。

由于接收天線與發射天線毗鄰安裝(以便接收天線能夠收到反射回波)，因此該雷達的發射功率不能太高，同時天線的旁瓣增益必須遠小于主瓣增益。否則，接收天線將受到發射信號的干擾。正因如此，LPI雷達的探測范圍不是很遠。

第三，在此例中，盡管發射信號的脈寬遠大于脈沖雷達信號的脈寬(260ns vs. 20ns)，LPI雷達信號的互相關圖中出現了與圖1中一樣的尖峰。這意味著，盡管這是一個大脈寬的雷達信號，但是該信號仍然可以達到很好的分辨率來分離目標。

為了測試相位編碼雷達是否能像使用短脈沖信號的雷達一樣分離兩個目標，再次進行了仿真分析。在此次仿真分析中，需要探測兩個目標。對于脈沖雷達，在信號發射開始后的第100ns收到第一個目標的反射回波，第150ns收到第二個信號的反射回波，仿真結果如圖3所示。

由于脈沖雷達發射的是脈寬為20ns的信號，因此接收機清楚地看到兩個回波，在發射信號與接收信號的互相關圖中，也能清楚地看到兩個尖峰。對于相位編碼雷達，其發射信號的脈寬是260ns，兩個目標的反射回波有重疊，如圖4所示。

然而，在互相相關圖中相同位置處也能清楚地觀察到兩個尖峰。這兩個簡單的仿真示例說明了使用大脈寬、低功率的信號的相位編碼雷達，能夠達到與短脈沖雷達一樣的距離分辨率和靈敏度。

相位編碼雷達給電子戰系統帶來了巨大的挑戰。期望通過探測到一個突增的接收信號來截獲雷達信號的方法已經行不通了。一般而言，如果接收機知道發射雷達的信號，它可以利用相同的互相關原理來探測信號，積累后的信號能量比雷達接收到的信號能量大。然而，這種情況不太可能出現。

相位編碼雷達的類型不止一種，本文只討論用兩種波形編碼的BPSK雷達信號。還有其它使用兩種以上波形的相位編碼雷達信號。

例如，正交相移鍵控(QPSK)信號使用了四種具有(0°，90°，180°，270°)相移的波形。BPSK信號仍有缺陷，其容易受到多普勒頻移的影響，多普勒頻移改變了回波信號的相位。

審核編輯：湯梓紅