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随着电子技术的发展，雷达系统所面临的电磁环境日趋复杂。现代雷达系统为提高系统性能而要求更宽的工作带宽，以及雷达用户的持续增长，都使得频谱拥堵问题愈发严重。导致雷达系统经常面临工作频带内连续可用频带不足或带内频谱干扰等问题，而频带的非连续将带来雷达波形高自相关旁瓣，极大影响雷达系统的探测性能。此外，雷达系统所采用的相参处理方法也将带来距离模糊和速度模糊问题，这不仅会带来目标测量值的模糊问题，而且由此导致的速度混叠和距离混叠现象很可能使得目标被淹没在杂波混叠区而无法检测。而现有的信号处理及波形设计方法都仅应对单一问题，而实际雷达所面临的环境复杂多变，两种情形出现情况并不少见。因此本课题尝试在波形设计上同时解决两者，给予雷达系统更广阔的应用空间。
本论文首先根据现已有的调制方法，给出了非连续谱环境下的两种信号形式，并对其非连续下的频谱约束性进行了描述，为本文后续的非连续谱设计提供依据。此外，为完成对非连续谱波形性能的可靠评估，给出了基于周期模糊函数的波形性能衡量指标，即主瓣分辨力、旁瓣水平以及距离模糊和速度模糊等等。同时对每一个波形性能衡量指标，讨论了频谱的非连续对波形性能的影响。
在非连续谱波形设计上，本论文首先给出了基于峰值旁瓣准则的两种非连续信号形式下的波形优化方法，并对两种非连续谱波形设计方法中可控参数进行详细讨论。其后分别建立了单阻带分析模型和双阻带分析模型，以给出的两种非连续谱波形设计方法为基础，通过实验给出了峰值旁瓣关于频谱阻带宽度和位置的性能分布态势图。从而可以从该态势图中获得频谱阻带大小和分布位置对波形旁瓣性能的影响，为工作在复杂电磁环境中的雷达系统工作频带的选择提供参考依据。
非连续谱跳频脉冲波形的优化设计，虽然解决了带内频谱干扰问，但受限于有限的跳频频率自由度，使得波形仅具备优化中心带自相关旁瓣的能力。跳频脉冲个数越多，则波形设计后旁瓣性能越好。然而当跳频波形周期一定时，脉冲数个数的增加必然降低脉冲间隔，导致距离模糊问题更为严重。为缓解距离模糊问题，要求波形具有脉间正交性。众所周知，相位编码波形中的正交互补码就很好地满足了这一点。然而相位编码波形必须占据连续性带宽，在非连续背景下，如果对脉间引入跳频，实现频谱的非连续扩展，则将丧失其正交互补性能。事实上，在脉间采用跳频技术脉冲内部实现相位编码的波形理论上具有很高的设计潜力。而现已有的一类脉间步进频脉内相同编码的波形也只是简单地将两种技术结合，远没有达到波形的最优性能。鉴于此，在本课题中将给出一种脉间跳频脉内编码（PCFH，phase-coded frequency-hopping）波形的优化设计方法。PCFH波形既具备跳频提供的频率捷变能力，又兼具相位编码提供的高设计自由度，因此在抑制中心带自相关旁瓣的同时，也可将周期带自相关函数旁瓣列入设计目标，以缓解距离模糊问题，解决因距离模糊导致的杂波混叠问题。此外，亦可将非连续谱跳频设计方法引入PCFH波形设计中，解决PCFH波形面对复杂电磁下带内频带干扰的难题，从而在抗距离模糊的基础上进一步实现波形的非连续谱应用。
关于雷达波形中的速度模糊问题，本论文首先以传统回波距离多普勒（RD，range-Doppler）处理方法为基础，导出了具有多普勒扩展的改进RD处理方法。显然，并不是所有波形对于改进的RD处理方法都适用。由雷达周期模糊函数可知，其周期带多普勒旁瓣取决于单周期模糊函数在波形周期倒数的整数倍处的多普勒截面。而对于脉冲波形而言，由于脉冲时宽远小于脉冲周期，这将导致其多普勒主瓣宽度内必然存在数个上述多普勒截面，也即周期模糊函数必然存在数个多普勒模糊栅瓣。因此，为解决速度模糊问题，需要求脉冲宽度等于脉冲周期，此时上述周期性多普勒截面正好位于单周期模糊函数多普勒主瓣零点，从而消除多普勒模糊栅瓣，解决速度模糊问题。因此，针对于改进的RD处理，本课题给出了一种合适的相位编码连续波波形设计方法，在解决速度模糊问题的同时，亦确保雷达系统的旁瓣性能。此外，为应对现阶段复杂的电磁环境，本课题将上述设计方法推广到恒模复序列上来，从而与非连续谱调频波形设计相结合，给出应对高速目标的非连续谱PCFM波形设计方法。
本论文首先根据现已有的调制方法，给出了非连续谱环境下的两种信号形式，并对其非连续下的频谱约束性进行了描述，为本文后续的非连续谱设计提供依据。此外，为完成对非连续谱波形性能的可靠评估，给出了基于周期模糊函数的波形性能衡量指标，即主瓣分辨力、旁瓣水平以及距离模糊和速度模糊等等。同时对每一个波形性能衡量指标，讨论了频谱的非连续对波形性能的影响。
在非连续谱波形设计上，本论文首先给出了基于峰值旁瓣准则的两种非连续信号形式下的波形优化方法，并对两种非连续谱波形设计方法中可控参数进行详细讨论。其后分别建立了单阻带分析模型和双阻带分析模型，以给出的两种非连续谱波形设计方法为基础，通过实验给出了峰值旁瓣关于频谱阻带宽度和位置的性能分布态势图。从而可以从该态势图中获得频谱阻带大小和分布位置对波形旁瓣性能的影响，为工作在复杂电磁环境中的雷达系统工作频带的选择提供参考依据。
非连续谱跳频脉冲波形的优化设计，虽然解决了带内频谱干扰问，但受限于有限的跳频频率自由度，使得波形仅具备优化中心带自相关旁瓣的能力。跳频脉冲个数越多，则波形设计后旁瓣性能越好。然而当跳频波形周期一定时，脉冲数个数的增加必然降低脉冲间隔，导致距离模糊问题更为严重。为缓解距离模糊问题，要求波形具有脉间正交性。众所周知，相位编码波形中的正交互补码就很好地满足了这一点。然而相位编码波形必须占据连续性带宽，在非连续背景下，如果对脉间引入跳频，实现频谱的非连续扩展，则将丧失其正交互补性能。事实上，在脉间采用跳频技术脉冲内部实现相位编码的波形理论上具有很高的设计潜力。而现已有的一类脉间步进频脉内相同编码的波形也只是简单地将两种技术结合，远没有达到波形的最优性能。鉴于此，在本课题中将给出一种脉间跳频脉内编码（PCFH，phase-coded frequency-hopping）波形的优化设计方法。PCFH波形既具备跳频提供的频率捷变能力，又兼具相位编码提供的高设计自由度，因此在抑制中心带自相关旁瓣的同时，也可将周期带自相关函数旁瓣列入设计目标，以缓解距离模糊问题，解决因距离模糊导致的杂波混叠问题。此外，亦可将非连续谱跳频设计方法引入PCFH波形设计中，解决PCFH波形面对复杂电磁下带内频带干扰的难题，从而在抗距离模糊的基础上进一步实现波形的非连续谱应用。
关于雷达波形中的速度模糊问题，本论文首先以传统回波距离多普勒（RD，range-Doppler）处理方法为基础，导出了具有多普勒扩展的改进RD处理方法。显然，并不是所有波形对于改进的RD处理方法都适用。由雷达周期模糊函数可知，其周期带多普勒旁瓣取决于单周期模糊函数在波形周期倒数的整数倍处的多普勒截面。而对于脉冲波形而言，由于脉冲时宽远小于脉冲周期，这将导致其多普勒主瓣宽度内必然存在数个上述多普勒截面，也即周期模糊函数必然存在数个多普勒模糊栅瓣。因此，为解决速度模糊问题，需要求脉冲宽度等于脉冲周期，此时上述周期性多普勒截面正好位于单周期模糊函数多普勒主瓣零点，从而消除多普勒模糊栅瓣，解决速度模糊问题。因此，针对于改进的RD处理，本课题给出了一种合适的相位编码连续波波形设计方法，在解决速度模糊问题的同时，亦确保雷达系统的旁瓣性能。此外，为应对现阶段复杂的电磁环境，本课题将上述设计方法推广到恒模复序列上来，从而与非连续谱调频波形设计相结合，给出应对高速目标的非连续谱PCFM波形设计方法。