获 2018 诺贝尔物理学奖的激光物理技术「啁啾脉冲放大」，为什么要用鸟叫命名？今天我们回答啁啾怎么读? 啁啾(Chirp)信号是什么？等几个问题。
啁啾什么意思？
啁啾是汉语词语，拼音zhōu jiū，读音为"周纠", 意思是形容鸟鸣的声音。出处是詩人王维 《黄雀痴》。
在通信技术的编码脉冲领域，啁啾Chirp是一种独特的技术，其核心概念是脉冲编码时，载频会线性地随时间增长，就像音频信号中的声波逐渐升高，线性调频信号的声音听起来像鸟叫, 因此得名“啁啾”- 瞬时频率变化越来越高频的分布称为啁啾。
线性调频是一种不需要伪随机编码序列的扩展频谱调制技术。由于线性调频信号占用的频带宽度远大于信息带宽，所以也可以获得很大的系统处理增益。
Chirp编码的精髓在于脉冲传输过程中，中心波长的动态变化。这种技术在信号处理和通信系统中扮演着重要角色，因为它能够提高数据传输的效率和精度。总的来说，Chirp是一种通过改变脉冲的频率特性来编码信息的技术，其特点在实际应用中体现为波长的动态变化，赋予了通信信号独特的特征和优势。
后来为了区分，把越来越高频的称为上(正)啁啾，相反地称为下(负)啁啾。然后就更加广义地展开，就有了各种所谓的非线性啁啾等等。
线性啁啾是指在脉冲传输过程中，脉冲的频率随时间线性变化。线性啁啾就是啁啾曲线是一条直线，非线性啁啾就是啁啾曲线是弯曲的。
啁啾产生的原因
啁啾产生的原因主要是由于介质的折射率由于动态电信号调制的影响产生动态变化，从而引起在介质中传播的信号的相位也产生动态变化，这种相位的变化，直接就体现为光信号频率的动态变化。举个产生啁啾的例子帮助理解：例如三阶非线性效应也会导致啁啾效应的产生，例如克尔效应，自相位调制效应。
什么是啁啾Chirp信号？
线性调频信号又称Chirp信号，因为其频谱带宽落于可听范围，则听若鸟声，所以又称Chirp扩展频谱（CSS）技术。线性调频技术在雷达、声纳技术中有广泛应用，如在雷达定位技术中，它可在增大射频脉冲宽度、提高平均发射功率、加大通信距离同时又保持足够的信号频谱宽度，不降低雷达的距离分辨率。
大家可能认为啁啾是激光领域的原创说法，其实信号处理中应用的要比它早的多。啁啾(Chirp)是信号处理中描述特定信号的术语。当对信号进行频率调制，其中心载频可能会在随时间增加或减少，这种频率调制过的信号称为啁啾信号，一般是指线性调频(Linear Frequency Modulation)信号。当这种信号当做音频输出时，听起来会傢鸟的唧唧声。这种频率调制过的信号称为啁啾信号。
啁啾是信号频率随时间变化，在脉冲前后沿由于调制产生频率变化，使信号频谱展宽，并用啁啾系数(亦称线宽展宽因子）描述，这种变化可以是线性的，也可是非线性的。
啁啾Chirp信号是一个典型的非平稳信号，在通信、声纳、雷达等领域具有广泛的应用。
雷达的啁啾脉冲技术示意图。短脉冲被啁啾拉伸成长脉冲，然后被放大后由天线发射出去；反射脉冲被接收后先被放大，然后再被啁啾压缩成短脉冲。
Chirp信号通过对载波频率进行调制以增加信号的发射带宽并在接收时实现脉冲压缩。由于线性调频信号具有较高的距离分辨力，当在速度上无法区分多目标时，可以通过增加目标距离测试解决多目标的分辨问题。
在抗干扰方面，Chirp信号可以在距离上区分干扰和目标，因而可以有效地对抗拖曳式干扰，这使得线性调频信号在雷达波形设计中得到了广泛的应用。
由于Chirp信号信号是通过一个发射脉冲实现距离高分辨的，因此该信号对目标多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，脉冲压缩系统仍能起到压缩的作用。这将大大简化信号处理系统。
Chirp信号应用
线性调频信号经过压缩处理接收后的信号幅度峰值是原来发射信号峰值的D的1/2次方（D为脉压比，等于脉冲宽度与B的乘积）倍，即输出脉冲峰值功率比输入脉冲峰值功率增大了D倍。在要求发射机输出功率一定的情况下，接收机输出的目标回波信号经过匹配滤波压缩处理，具有窄的脉冲宽度和更高的峰值功率。
前者提高距离分辨率而后者符合探测距离远的要求，这便充分体现了脉压体制独特的优越性。从反侦察的角度来说，脉压雷达比普通雷达具有更强的生存能力。
由于线性调频信号的幅度和信噪比更小，由侦察方程可知，同等灵敏度的侦察机其侦察距离为原来的D的负1/2次方，所以在雷达应用领域，脉压雷达具有功率优势，应用前景十分广阔。
啁啾Chirp信号的表达式如下：
其中，
f0称作起始频率,
k为调频率,
对相位进行求导，得到频率随时间的线性变化关系 f = f0+k*t，也可通过欧拉公式转换得到。
啁啾脉冲
Chirp啁啾是通信技术有关编码脉冲技术中的一种术语，是指对脉冲进行编码时，其载频在脉冲持续时间内线性地增加，当将脉冲变到音频地，会发出一种声音。啁啾脉冲的频率会随时间线性增加或减少。
啁啾脉冲的应用
啁啾脉冲放大技术（CPA）在激光物理研究和超快激光研究中占据核心地位。例如，台式激光器的输出功率因此而猛增了10^3到10^5倍。CPA技术不仅在实验室研究中得到广泛应用，还在工业、医疗、通信等领域有着重要的应用。
什么是啁啾脉冲放大技术？
啁啾放大技术的原理是放大前分散激光种子脉冲的能量，放大后再集中。
啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification - CPA）技术是对一个信号或波进行“啁啾调频”(Chirping)，就是把它在时间上拉长。在通过啁啾调频放大脉冲时，第一步是用振荡器产生一个短脉冲并把它拉长，通常拉长10^3到10^5倍。这一过程使脉冲的强度下降了同样的倍数。然后就可以用标准的激光放大方法来放大这个脉冲。最后一步则是用一台结实的装置(如真空中的一对衍射光栅)将脉冲重新压缩回它原先的长度，这样就使它的功率大大提高，超出放大器功率极限的10^3到10^5倍。
完善CPA技术并不象说起来那样简单。用来拉长或压缩脉冲的标准器件一般并不能使脉冲实现完全线性的拉长或压缩；如果啁啾调频装置和脉冲压缩装置的特性不能高度匹配，那么这一过程将产生非常糟糕的结果。
什么是啁啾系数？
啁啾系数（Chirp Coefficient）是雷达信号处理中的一个概念，主要用于描述雷达信号的频率随时间的变化特性。在雷达系统中，啁啾系数通常用于衡量雷达信号的带宽和频率变化速率。
啁啾系数的概念源于光学中的啁啾脉冲放大CPA，这是一种将激光脉冲压缩到非常高峰值功率的技术。在CPA技术中，通过逐渐改变激光脉冲的频率，使其在传播过程中变宽，从而实现脉冲压缩。这种频率随时间的变化过程就是啁啾效应。
在雷达系统中，啁啾系数通常用来衡量雷达信号的带宽和频率变化速率。啁啾系数越大，表示雷达信号的带宽越宽，频率变化速率越快。啁啾系数对雷达系统的性能有很大影响，因为它决定了雷达信号的分辨率和检测距离。
啁啾系数的应用主要体现在以下几个方面：
1.脉冲压缩：通过调整啁啾系数，可以实现对雷达信号的脉冲压缩，从而提高雷达系统的分辨率和检测距离。
2.抗干扰：啁啾系数可以用于提高雷达系统的抗干扰能力。通过调整啁啾系数，可以使雷达信号具有不同的带宽和频率特性，从而降低敌方干扰的影响。
3.目标识别：啁啾系数可以用于提高雷达系统的目标识别能力。通过分析目标反射回的信号的啁啾系数，可以判断目标的性质和特征。
4.信号处理：啁啾系数在雷达信号处理中起着重要作用。通过对信号进行频谱分析和滤波处理，可以实现对目标的距离、速度和角度的估计。
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啁啾系数和损耗有关系？
啁啾系数和损耗之间存在一定的关系。啁啾系数是指信号在传输过程中由于非理想因素引起的失真程度，常用于衡量信号的质量。而损耗则是指信号在传输过程中由于能量衰减而导致的信号强度减小。
啁啾系数和损耗的关系可以通过以下方式理解：
- 非理想因素（如传输介质的损耗、传输设备的非线性、干扰等）会引起信号的失真，进而增加啁啾系数。
- 当信号失真增加时，信号的能量也会受到一定程度的损耗，导致信号强度减小。
然而，啁啾系数和损耗并非完全正相关。尽管在一些特定情况下，啁啾系数较大的信号往往伴随着较大的损耗，但并不意味着啁啾系数越大，损耗就一定越大。实际上，啁啾系数还受到其他因素的影响，如传输距离、信号频率等。因此，在实际应用中，我们需要综合考虑啁啾系数和损耗，并根据具体情况进行衡量和优化。
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啁啾在通信中的影响
光脉冲中不同频率群速度大小不一导致脉冲展宽，功率降低，解决方法是让光再通过一个色散性质相反的材料，使得原先速度快的频率成分速度降低，而原先速度慢的频率成分速度变快，最終大家步调一致，脉中被压缩。
但在啁啾脉冲放大CPA技术中，利用啁啾效应使得脉冲展完这一 现象，展宽后脉冲的峰值功率降低，可以进一步提高其功率，从而得到大功率的激光脉冲。
如何评估非线性造成的影响？
Chirp non-linearity (FMCW波形非线性) - - 线性啁啾的重要性
线性调频或者说啁啾信号一直以来都与雷达领域紧密相关，很大程度上帮助工程师化解了距离分辨率和最大搜索范围之间的问题。
频率调制连续波(FMCW)汽车雷达系统发送和接收参数化的频率调制信号(通常称为啁啾脉冲(chirp))。汽车雷达测距的另一个主要干扰是啁啾非线性。理想的FMCW雷达具有完美的线性啁啾，可以表示为
K是啁啾的斜率。
然而，实际信号合成器中总是存在频率偏差。图7显示了一个与理想线性啁啾相比有轻微偏差的24 GHz啁啾示例。
基带频率和目标距离精度取决于频率坡道中非线性的类型。因此，啁啾非线性带来的影响应该逐个评估。由于难以解析地确定啁啾非线性的影响，雷达设计人员通常将测量和仿真相结合来分析啁啾非线性的影响。
现代先进频谱分析仪，如Keysight 89601bhpc雷达分析软件提供了直接测量频率与时间瞬态波形的能力。因此，雷达设计人员可以利用雷达仿真中测量的波形来评估非线性造成的影响。
对于图1 所测波形，一般采用连续波发射信号用于从频率与时间的瞬态波形中创建时域发射信号。根据感兴趣的范围，可以在应用一定的时间延迟来获得基带信号进行评估。模拟距离曲线示例如图2所示，其中三个目标分别位于30、95和200 m处，RCS值不同。在图2中，非线性的影响非常明显，随着距离的增加，目标波束的宽度会变宽，这会降低距离识别和距离精度。信噪比也有更多的下降与较长的范围。
因此，在汽车雷达设计中，有一个良好的线性啁啾是至关重要的，以保持雷达的性能在整个范围覆盖。
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