无线电调频信号的随机特性

不管是主动式还是被动式无线电引信，都要首先解决信号分析问题。因为，只有正确地分析信号，才能抓住信号本质特征，并根据信号特征选择合适的方法处理信号。而分析信号的关键在于搞清信号的性质，即信号究竟具有怎样的性质，属于哪种类型，是确定性的还是随机的，是平稳的还是非平稳的，这样才能用合适的数学方法和信号分析方法，正确地描述信号本质及其物理意义，从而更好地处理信号。

基于这一思想，首先对无线电调频信号进行分析，认为无线电信号通常表现为瞬时频率和瞬时频谱特性，即具有随机性。关于这一判断可从以下几个方面得到解释。

首先从无线电调频信号的产生过程来看，调频信号是通过调制信号对载波信号进行调制形成的，而载波信号和调制信号分别由自激振荡器或信号源等产生。当调制信号为语音等时变信号对载波调制时，由于调制信号频率随时改变，使得载波和已调信号频率也随时改变，表现为随机性。即使载波信号和调制信号均由固定振荡器产生，如调频引信，由于振荡器器件不可能是理想的，即便是理想的，振荡器还需要一定外界条件才能振荡，如需要能源、满足振荡条件等，因此，振荡器不可能在所有时刻输出具有单一频率、单一频谱的稳定的、确定性信号，而是在时域上表现为由许多曲线组成的曲线族，在频域上表现为不同的频谱，即随机性。

虽然载波和调制信号源能够产生理想的单一频率的确定性信号，但是信号在调制与发射过程中，要历经电路、空间和时间上的每一个过程，因而也就有着不同的发射信号频率。因为，信号在调制与发射过程中，尽管每一个过程时间短暂为Δt，但Δt≠0，因此，信号在对应不同级的不同时刻t，有着不同的频率。设调频载波信号s（t）为

式（3-1）中，At为载波信号幅值；f为载波信号频率；φ为初始相位。信号s（t）在历经每一个过程i后，第i个过程的载波信号可以描述为

因此，当s（t）历经所有n个过程完成调制后，总的s（t）即为所有n个i过程之和

同理，当以调制角频率为Ω、调频指数为mf的正弦波进行调制时，调频发射信号的数学描述可表示为(www.xing528.com)

由此可以给出调频载波信号和发射信号时域曲线。图3-2所示为调频载波信号时域曲线族，图3-3所示为调频发射信号时域曲线族。

实际上，在信号调制与发射过程中，由于信号在历经每一个过程的每一个元器件时都不可避免地要有功率损耗，所以载波信号和发射信号幅度也在每时每刻地变化，这也说明调频信号是随机的。

图3-2　调频载波信号时域曲线族

图3-3　调频发射信号时域曲线族

此外，对于引信回波信号，它的产生过程是引信探测器通过天线向空间辐射调频信号（电磁波），当电磁波遇到目标后发生反射或散射，通过引信接收机接收，成为回波信号。在这个过程中，由于器件的非线性以及电磁波传播等的不一致性，再加上实际引信系统中，各环节、各部分都不可避免地对信号叠加各种随机性的干扰，因此，回波信号一定是随机信号。下面再通过随机过程理论予以说明。

设U为时间过程T的随机实验，S为全体引信随机信号总和构成的样本空间，则S＝{u}。若对于每一个u∈S，总有实值函数X（u，t），t∈T与之对应，其中，t为时间参数，那么，当u取遍S时，就可得到一族时间函数，即随机过程。其中每一确定性时间函数信号，称为该随机过程的一个实现或样本。因此，确定性信号可以看做是随机信号的一个特例。对于任一固定时刻t＝ti∈T，随机过程{X（u，t），t∈T}是一个定义在S上的随机变量，称为{X（u，t），t∈T}在t＝ti时的状态。状态的所有可能取值的集合称为随机过程的状态空间。因此，对于调频引信，由于发射信号是由调制信号和一个呈振荡变化的载波组合而成。即便载波信号是一个确定性过程，但对于接收的回波信号，也不能确定它在任一时刻的回波幅度，即便测得了它的频率，也不能确知任一时刻的幅度或相位，因此，由随机过程的定义来看，无论引信发射信号还是回波信号，均是随机信号。