非线性调频信号在现代天气雷达系统中有了广泛的应用,对非线性调频信号进行脉冲压缩能够得到大的时间、带宽乘积,从而提高测量精度和距离分辨力。本文以分析线性调频信号的性能指标为基础,围绕这些性能指标对脉冲压缩的影响进行分析,包括了旁瓣抑制、多普勒影响和信噪比损失。同时,在详尽的分析了以相位逗留原理为基础的窗函数法和S频率曲线法等非线性调频信号设计方法的基础上,分别采用组合窗函数和逼近S频率曲线设计出两种非线性调频信号,并对所设计的信号进行了必要地性能分析,而该非线性调频信号已用于实际气象雷达工作中。本文主要分三大部分:第一部分概括了解雷达信号基本理论,阐述了线性调频信号与非线性调频信号的特点,进行了线性调频信号的性能分析。第二部分描述了组合窗函数和逼近S曲线两种方法设计非线性调频信号的原理,提出了一种逼近S频率曲线的假想数学模型。第三部分设计了试验验证平台,并给出两种设计方法进行信号设计的步骤,根据具体要求设计了非线性调频信号,并对所设计的信号进行了性能分析。在此基础上,本文总结了可能遇到的问题及解决方法,提出完善的思路。在指导信号波形设计上,本文的分析和仿真结果都有一定的参考价值。