- 1 -
中国科技论文在线
基于 ADS 的相位编码信号的脉冲压缩研究
孙月影，胡绍海**
作者简介：孙月影（1985-），女，硕士研究生，主要研究方向：智能感知与信息处理
（北京交通大学计算机与信息技术学院，北京 100044）
5 摘要：脉冲压缩作为现代雷达的重要技术，有效地解决了雷达距离分辨力和作用距离之间矛
盾，在现代雷达中得到了广泛应用。本文首先介绍了脉冲压缩技术的工作原理，然后介绍了
二相编码中的巴克码和 M 序列。最后，应用 ADS 软件对相位编码信号进行仿真，得到了
13 位巴克码的脉冲压缩原理图和脉压波形。
关键词：脉冲压缩；相位编码信号；巴克码；ADS 10
中图分类号：
Pulse compression of phase-coded signals based on ADS
SUN Yueying, HU Shaohai
(Institute of Computer and Information Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044) 15
Abstract: As an important modern radar technology, pulse compression solves the contradiction
between radar distance and range resolution effectively and widely used in modern radar. Firstly,
the working principle of pulse compression is introduced in this paper. Then, barker code and M
sequence in binary phase encoding are introduced briefly. Finally, pulse compression of phase
encoding signal is simulated based on ADS software. Through the simulation, the pulse 20
compression schematic and pulse compression waveform are both got.
Key words: Pulse compression; Phase encoding signal; Barker code; Advanced Design System
0 引言
随着数字技术的快速发展，雷达脉冲压缩信号已广泛采用数字技术来实现。通过数字化25
的方法实现脉冲压缩，具有很大的优势，比如系统性能稳定、抗干扰性好、易于控制等。数
字脉冲压缩技术已经成为现代脉冲压缩系统的发展趋势，广泛应用于工程实践和各种类型雷
达的信号处理系统中[1]。
ADS(Advanced Design System)是美国 Agilent 公司推出的一款软件，主要用于电路和系
统分析与仿真。与诸多其他仿真软件相比，ADS 具有突出的优点。它集成了多种仿真手段，30
不仅便于实现高频/低频、时域/频域的仿真，还能够仿真噪声等。此外，ADS 还可对射频、
模拟、DSP 电路等同时进行仿真。凭借其强大的功能，ADS 很快成为全球范围内业界流行
的 EDA 设计工具。
相位编码信号是一种脉冲压缩雷达信号。它具备良好的抗干扰能力和很高的跟踪精度，
还有效的解决了作用距离和目标分辨力之间的矛盾。相位编码信号被广泛的应用于雷达系统35
的研究中。本文主要研究相位编码信号的脉冲压缩处理，并基于 ADS 软件实现脉冲压缩信
号的仿真。
1 脉冲压缩技术
脉冲压缩技术的指标主要有脉冲压缩比和距离副瓣[2]。
（1）脉冲压缩比 40
- 2 -
中国科技论文在线
设发射脉冲宽度为
0 ，压缩后脉冲宽度为 1 ，脉冲压缩比D可用这两个脉冲宽度的比
值来表示，即
0 1/D （1）
设信号带宽为 B，则有 1 1/ B ，根据式（1）可得
0D B （2） 45
由此可知，脉冲压缩比等于时宽-带宽的乘积。对于一个脉冲压缩系统，人们通常会用
时宽带宽积来表征它的性能。
（2）距离副瓣
利用匹配滤波器可以将一个宽脉冲压缩为窄脉冲。比如，时宽为
0 的线性调频信号，
经脉冲压缩处理后可得到时宽为
1 的窄脉冲。但是，在输出信号的主峰（时宽为 1 ）两侧50
还有连续的峰值很低的波形，这就是距离副瓣。由于脉压之后会产生距离副瓣，进而影响检
测的结果，所以要降低距离副瓣。
从根本上讲，发射信号的带宽决定了雷达的距离分辨力，分辨能力随着带宽的增大而提
高。而脉冲越窄，带宽越宽，所以大时宽带宽信号具有高的距离分辨能力。这种高距离分辨
力是在经过脉冲压缩滤波器之后才得以体现的，如图 1 所示[3]。 55
图 1 脉冲压缩滤波器 60
Pulse compression filter
脉冲压缩信号的相位谱是非线性的，设计雷达接收端的脉冲压缩网络时，应使其相位色
散与对应回波信号的绝对值数值相同，但是符号相反[4]。
设回波信号的频谱为
( )
( ) | ( ) | i
j
i iU U e
（3） 65
脉冲压缩网络的频率特性可表示为：
0( )( ) | ( ) | i d
j j t
i iH K U e e
（4）
式中，K 为常数， 0dt 表示压缩网络的延时， ( )iH 表示压缩网络的频率特性。
脉冲压缩的工作原理可用图 2 来表示：
70
75
（a）输入信号包络 （b）输入信号频谱
大时宽带宽信号 脉冲压缩
滤波器
窄脉冲
0
0
1A
时间
幅度
1t
2t
时间
1t 2t
2f
1f
频率
0
- 3 -
中国科技论文在线
80
85
（c）压缩网络频率-延时特性 （d）输出信号包络
图 2 脉冲压缩滤波器的工作原理
The principle of pulse compression filter
2 相位编码信号 90
相位编码信号也称为伪随机编码信号，是一种脉冲压缩雷达信号。它的相位调制函数是
离散的有限状态，由 n 个脉冲宽度和频率均相同的矩形子脉冲组成。按照相位的取值数目划
分，可将相位编码信号分为二相码和多相码。二相码是目前应用最多的一种相位编码信号，
包括巴克码、M 序列、L 序列码等。下面重点介绍巴克码和 M 序列。
（1）巴克码 95
巴克码是特殊的二进制码，它能使时间旁瓣在单位电平上保持相等且沿零多普勒轴。巴
克码也是一种二元伪随机序列{ }nc ， ( 1, 1), 0,1,2,..., 1nc n N 。巴克码的非周期自
相关函数如下：
1 | |
0
0
( )
0 1 0
N m
k k m
k
N m
R m c c
m
或
（5）
由式（5）可知，巴克码的自相关函数峰值为N ，且副瓣均匀。压缩比即码长，等于巴100
克码的主副瓣比。巴克码的数目不多，目前已经找到的巴克码如表 1 所示，最大码长是 13。
表 1 巴克码
Barker code
长度N 序列{ }nc ( ), 0,1,2,... 1R m m N 主旁瓣比/dB
2 + +,- + 2,+1;2,-1 6
3 + + - 3,0,-1
4 + + - +,+ + + - 4,-1,0,+1;4,+1,0,-1 12
5 + + + - + 5,0,+1,0,+1 14
7 + + + - - + - 7,0,-1,0,-1,0,-1
11 + + + - - - + - - + - 11,0,-1,0,-1,0,-1,0,-1,0,-1
13 + + + + + - - + + - + - + 13,0,+1,0,+1,0,+1,0,+1,0,+1,0,+1
13 位巴克码序列的编码规律如图 3 所示。其中，长度 N=13，”+”表示相位为 0，”-”表105
示相位为 。
110
图 3 13 位巴克码编码序列
When N=13, the sequence of barker code
+ + + + - - + + + - + - +
sT
13 sT T
时间
延时
0dt
1f 2f
0dt
0
2A
0dt
时间
1t 2t
幅度
0
- 4 -
中国科技论文在线
（2）M 序列
M 序列也称最大长度序列，它是由线性反馈移位寄存器产生的。M 序列可表示为 115
1
1
N
k i k
i
b c b
（6）
式中， kb 为移位寄存器的状态， ic 为权值，取值为 0 或 1（取值为 1 表示该级有反馈，取值
为 0 表示该级无反馈）。
设最长序列的长度为N ，则有 2 1nN ， n为移位寄存器产生器的级数。设由 n级
移位寄存器产生器可以得到的最长序列的总数M ，则有 120
( / ) (1 1/ )iM N n N （7）
式（7）中， iN 为N 的素数因子。
不同级数的移位寄存产生器得到的最长序列的长度和数量是不同的，如表 2 所示，并给
出一个产生最长序列的反馈连接。最长序列的长度 N 等于序列中子脉冲的数目，也等于雷
达系统时宽和带宽的乘积[5]。 125
表 2 最大长度序列
Maximum length sequence
级数 n 最长序列的长度 N 最长序列的数目 M 级间反馈连接
2 3 1 2,1
3 7 2 3,2
4 15 2 4,3
5 31 6 5,3
6 63 6 6,5
7 127 18 7,6
8 255 16 8,6,5,4
9 511 48 9,5
10 1023 60 10,7
3 基于 ADS 的信号仿真
巴克序列满足下列条件： 130
,1
,0
0,
)(
N
an
（8）
当载波信号选用正弦信号时，得到 13 位巴克码序列的信号波形如图 4 所示。当码字波
形为 0 时，正弦信号将反相[6]。
- 5 -
中国科技论文在线
图 4 13 位巴克码的时域波形 135
When N=13, the time domain waveform of barker code
基于 ADS 软件实现巴克码的脉冲压缩仿真[7]，原理图如图 5 所示：
图 5 巴克码脉冲压缩原理图
Pulse compression principle of barker code 140
在发射端进行了二进制编码的调制处理，内部结构如图 6所示：
- 6 -
中国科技论文在线
图 6 二进制编码序列调制的发射端
Transmitter of binary coded sequence modulation
图 6 中所示的脉冲信号发生器，设定产生脉冲的宽度为 13usec，脉冲重复周期为 39usec，145
相位为 0，延迟为 0。设两组数据输入均为 13 位二进制编码序列 1111100110101。发射脉冲
经过信号分配器后，分为两路信号，其中一路信号需要经过 90 度相移。
图 5 中，信号采集器中设置为矩形波形，发射脉冲的幅度图如图 7 所示，而在发射端经
过调制后得到图 8 所示波形。
150
图 7 发射脉冲的幅度图 图 8 发射端已调制的波形
Magnitude plot of transmitted pulse Modulated waveform at the transmitter
经过脉冲压缩处理后，接收端得到的波形如图 9 所示：
- 7 -
中国科技论文在线
图 9 接收端的压缩波形 155
Compressed waveform at the receiver
由图 7 和图 9 中前后脉冲波形宽度的对比，可得到脉压比约为 。图 9 中还可看到脉
冲压缩处理后，主峰两侧都有一串峰值很低的波形，也就是产生的距离副瓣。
4 总结
本文给出了脉冲压缩技术的主要指标和工作原理，重点介绍了二相编码中的巴克码和 M160
序列。利用 ADS 软件得到了 13 位巴克码的时域波形图，并对相位编码信号进行脉冲压缩仿
真，得到了 13 位巴克码的脉冲压缩原理图、发射脉冲的波形图和脉冲压缩后的波形图，完
成了对相位编码信号的脉冲压缩研究。
[参考文献] (References)
[1] 杨静. 相位编码信号的脉冲压缩及旁瓣抑制[D]. 南京：南京理工大学，2007. 165
[2] 王雪松，李盾，王伟. 雷达技术与系统[M]. 北京：电子工业出版社，2009.
[3] 吴顺君，杨晓春. 雷达信号处理和数据处理技术[M]. 北京：电子工业出版社，2008.
[4] 杨英科，李宏，许宝民. 雷达测量与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2011.
[5] 张明友，汪学刚. 雷达系统（第三版）[M]. 北京：电子工业出版社，2011.
[6] Wu Shunjun. Advanced technology on radar signal processing[C]. Xi'an: Radar, 2001 CIE International 170
Conference on, :16-19.
[7] Zhu L X , Wu B , Zhao J . Modeling and simulation of pulse compression of hybrid-modulated signal based on
Simulink [J]. Modern Radar, 2007, 29(4): 46-48.
