早期开发相控阵雷达时,为了简化,将原本应该使用的延时器替之以移相器,此时方向图的峰值位置与频率有关,当信号带宽较宽,相邻天线单元接收信号存在时差,天线单元接收信号合成时会造成波形失真,当信号从非垂直方向的角度入射时,则从平面相位波前到每一个单元的相位差是频率的函数,这就限制了相控阵天线系统的工作带宽,为了扩展相控阵天线系统的瞬时工作带宽,理想的方法便是用延时器控制代替移相器控制,将每一天线单元的移相器换成延时器,当所有天线单元接入对应延时量时,此时阵面相位波前完全与入射波匹配,因而瞬时工作带宽就不会受到限制。但与移相器相比,延时器成本较高,这种理想的替代方案往往是不切实际的,因此在宽带相控阵雷达中采用每一个单元发射与接收宽带信号也是不切实际的,合成宽带(wideband bandwidth synthesis,WBWS)技术便应运而生,即雷达发射步进调频信号,通过对目标回波的信号处理合成宽带信号,从而实现了将宽带系统替之以窄带系统,降低了对瞬时带宽的要求。本文针对步进调频技术即合成带宽技术的问题,进行了如下研究:1.首先介绍了线性相控阵天线的原理,如方向图、波束宽度、栅瓣、旁瓣以及瞬时带宽。讨论了相控阵天线的窄带特性对宽带相控阵的限制。对实现步进调频技术至关重要的脉冲压缩的原理进行了详尽的论述。通过对匹配滤波器细致地理论推导,在理论上论证了脉冲压缩通过发送时宽较长的脉冲并在接收器中对其进行压缩的方式来获得信噪比的提高,且不会降低距离分辨率的可行性,以及经过泰勒加权的脉冲压缩对旁瓣的有效抑制,并对后者进行了仿真分析;通过对模糊函数的理论分析,得出多普勒效应对于匹配滤波的性能有不好的影响。2.其次研究了步进调频信号与宽带线性调频信号的模糊函数,得出步进调频信号的时间分辨力与线性调频信号相同,但速度分辨力优于后者。通过仿真比较了直接发射线性调频信号进行目标成像与发射总带宽相同的步进调频信号且采用频域合成法来成像,得出采用频域带宽合成法所成的一维距离像与直接发射时基本吻合,直接发射的主副瓣比约为-35dB,频域合成法的主副瓣比约为-25dB,频域合成法会造成副瓣电平的明显升高。3.最后研究了多普勒效应对于步进调频信号成像的影响,得出多普勒效应的影响可以分为对线性调频子脉冲部分和频率步进部分,并推导出具体的约束条件,分析得出对于步进调频信号的多普勒补偿主要的困难在于对频率步进部分一次相位项误差的补偿,本文将原本应用于频率步进信号速度补偿的最小脉组误差准则,应用于步进调频信号的速度补偿。脉组误差函数(Burst error function)利用1-范数来衡量对速度补偿之后的误差,脉组误差函数在补偿速度取得目标真实径向速度时达到了全局最小值,这样,我们就将运动速度参数估计的问题转换为在补偿速度轴上基于最小脉组误差准则对真实径向速度的最优参数搜索问题,用选定的一个粗估计的速度值作为取值范围的中心,并根据经验值,设置取值范围,然后我们可以选取一次相位的补偿精度作为最小的搜索单位值,当脉组误差函数取得全局最小值时便得到了目标的实际速度。最后,利用所得到的实际速度进行速度补偿并进行逆傅里叶变换便得到了目标的一维距离像,仿真结果表明此补偿方法可以应用于步进调频信号,能够很好的补偿因目标运动而产生的三个散射体的偏移量2n v/f_p与波形的失真。