HF无线电接收机的动态范围分析

世纪期刊网-专业期刊论文原文服务网站 【关于我们】 世纪期刊网专业提供中文期刊及学术论文、会议论文的原文传递及下载服务。 【版权申明】 世纪期刊网提供的电子版文件版权均归属原版权所有人，世纪期刊网不承担版权问题，仅供您个人参考。 【联系方式】 商务及广告服务电话 013328196150 电子邮件 support 【网站地址】 世纪期刊网 【网上购书推荐商家】 当当网 卓越网 读书人网 京东IT数码商城 百万篇博硕本科论文-世纪论文网 网址 本次文章生成时间：2009-12-28 20:27:22 文章内容从第二页开始！ 请将本站向您的朋友传递及介绍！ H F 无线电接收机的动态范围分析 ， Mi 1 l e r _m c M a c i c j M M i 引 言 摘要】 本文介绍影响现-代 H F 接收机动态范围的制约因素的物理现象，讨论 主要制约因素之间的关系 作者建议采用统计分析法计算发生以下各种干扰 的概率这些干扰有：阻塞、倒易混频、二阶和三阶互调干扰，它们会对动 态接收机的性能产生移响 H F频段 ( 1 5 3 0 M ld z )一般能提供较好的通信传播特性。它使得无线电通信中可以 把地波用于短距离通信，而把电离层反射用于远距离通信。该频段的广泛使用已导致干扰 信号的剧增，因此影响了通信的可靠性。该领域的最新发展成果包括比如闲置信道 自动搜 索，自动链路建立，用于电离层测量的跳频分频段以及 自适应跳频的自动分选等技术。这 些 技术的应用使 得甚 至在大量 占据 信道及存在 强干扰信号 时也能进 行可靠 的通 信。所 有这 些导致的晟终结果是 H F 频段的用户数量有所上升。 上述情况迫使对H F收发机的接收路径提出了特殊的设计要求， 即接收机高选择性 高 灵敏度及对大的谐波干扰信号的高抗干扰性等要求。当收发机工作在指挥中心及指挥车上 时，这些要求显得尤为重要，因为此时许多无线电台在非常接近的距离内工作。 当存在强干扰信号时，确保接收机良好性能的关键参数为：对互调干扰、阻塞及倒易 混频的抗干扰性。确定接收机输入端的干扰信号晟大容许电平并引起非线性干扰的规定电 平的参数称为接收机的动态范围。动态范围被定义为引起接收机灵敏度下降的干扰信号的 电平之比。 互调干扰及阻塞对动态范围的影响取决于接收机输入级的线性度，而倒易混频的影响 则取决于第一本振的噪声密度。这些动态范围影响因素既不能用标准方法计算，也不能用 解析关系预测 3 结果是各动态范围之间的变化很大。我们经常会在二、三阶互调干扰 或缺少与阻塞和镜像抻制有关的动态范围之间的相关时遇到相同的动态范围要求。 接收机动态参数的标准及测量 触 沂 鼢 一场 触 砂 通信对抗 2 0 0 o年 为了对 H F接收机动态参数提出一系列统一的要求，有人建议采用统计法。采用这种 方法时，我们可以利用信号与噪声和干扰之和的比在检波前下降的概率作为前面提到过的 干扰情况下的动态范围制约因素的铡度，以及作为接收机动态范围参数等于发生互调干 扰、阻塞及倒易混频的概率的虽优化标准。 让我们把各种动态范围定义为： 阻塞动态干扰： D = d B m卜 d B m = d B m卜 1 0 l o g k T B F r s 式中P 干扰信号的功率，由于阻塞引起音频输出端的信号与噪声和干扰之和的比下降 3 d 丑 ； P c 一当有用信噪比等于L( C N R = r 。 ) 时， 信号的灵敏度门限电平的功率；T=2 9 3 o K时， k T=一 1 7 4 d B m， B 一 等效值，检波器输入端的检波前噪声带宽。 倒易混频 动态范围 ： D = ( A f ) d B m 一 只 d B m = ( A f ) d B m 卜 1 0 l o g k T B F r s 式中 ( A f) 一 偏离工作频率 的干扰信号的功率 由于倒易混频引起音频输出端的信 号与噪声和干扰之和的比下降 3 d B 。 二、三阶互调动态范围： D = ： ( ) a B m 卜 尸 0 d B m = ( A f) d B m 一l O l o g k T B Fr s D = ( ) d B m 卜 尸 0 d B m = ( ) a B m 卜1 0 l o g k T B F r s 式中： ， ( ) 一 两个干扰信 号之一 的功率 ( 对于 三阶互调而言 偏离工作频率 ( A f， z A f) )，由于相应的二、三阶互调产物引起音频输出端的信号与噪声和干扰之和 的比下降 3 d B 。 接收质量下降的统计概率分析使得可 相对简单地利用选出的干扰信号数量及电平 来建立接收机第一级滤波器的选择性模型 我曾利用发生在以 1 删z细分的 H F频段内的干扰信号数及电平的幅一 频分布图进行分 析 ( 表 i )。建立起来的模型应用于欧洲，并采用一个全向辐射匹配天线。 第 1 删 H F 无线电接收机的动态范嗣分析 表 1 频率 在每个分频段上具有规定电平的假设信号数 M H z 4 0 5 0 5 0 6 0 6 O 7 O 7 0 8 O 8 O 9 O 9 0 i 0 0 5 0 0 k H z d B d B d B d B d B d B 2 5 l 6 8 4 2 1 1 3 5 1 6 8 4 2 1 1 4 5 2 4 1 2 6 3 2 l 5 5 3 0 1 6 8 4 2 2 6 5 3 O 2 0 1 O 5 3 3 7 5 3 0 2 0 1 O 5 3 2 8 5 3 0 2 O 1 O 5 3 2 9 5 3 0 2 0 1 O 5 3 2 1 O 5 3 O 2 O 1 0 5 3 2 l l - 5 3 0 2 O 1 0 5 2 2 l 2 5 3 0 2 0 l 0 5 2 2 l 3 5 3 0 2 0 l 0 5 3 2 l 4 5 3 O 2 0 1 O 5 3 2 i 5 5 3 0 l 6 8 4 2 1 1 6 5 3 0 l 6 8 4 2 1 1 7 5 2 4 l 2 6 3 l 1 1 8 5 l 6 8 4 2 l 1 1 9 5 1 6 8 4 2 l O 2 0 5 1 6 8 4 2 1 O 2l - 5 1 6 8 4 2 1 O 2 2 5 8 4 2 1 1 O 2 3 5 8 4 2 l 1 0 2 4 5 8 4 2 1 0 0 2 5 5 8 4 2 1 0 0 2 6 5 4 2 l O 0 O 2 7 5 4 2 1 O 0 O 2 8 5 2 1 O O 0 O 总计 5 4 6 3 2 l 1 6 0 7 9 4 2 2 8 接收机干扰一发生概率 阻塞和倒易混 频 接收机抗第一级通带内的阻塞信号以及偏离干扰信号大于第一本振的倍增的噪声带 宽时的倒易混频，仅取决于干扰功率的强度，而不是其频率。在阻塞和倒易混频情况下， 5 2 通信对抗 由关系式确定的动态范围也适用于由多个干扰信号引起的干扰。 然而，由于给出的干扰一般是相互独立的，而且由不同的干扰源引起，因此总干扰电 压可描述为： = 或 = P z i ( 5 ) 式中 一第 个干扰信号的电压： f 一第f 个干扰信号的功率 因此，阻塞式干扰的条件为： P z i 1 倒易混频的条件为： N _ 干扰信号的总数。 ( 6) P z i ( 7 ) 假设干扰信号的电压是随机变量 。 = ，且具有相同的概率分布。由于信号是独立 的，因此随机变量X 也是独立的。该假设使我们可以利用概率方法把条件 ( 6 )和 ( 7 ) 写为： _ P 2) 式中 一当 = 时，发生阻塞式干扰的概率：当 = 时， 发生倒易混频的概 率 。 由于具有有限的一阶矩和二阶矩值的随机变量m 是相互独立的，且具有相同的概率 分布，我们可以采用中心极限定理，把等式 ( 8 )改写为： 符 式中： j 一正态分布： 一 m 的期望值： 的方差。 如果随机变量m 服从对数正态分布，那么随机变量Z=I n k 的矩为： 一 1 i n ( m ， +1 ) ( 譬+ 1) ( 10) 把上述参数 f 代入 ( 9 )， 最终方程表示在接收机输入端出现阻塞或倒易混频干扰 的概率，用其电平的对数正态分布来表征的 “ N 个独立干扰信号可以描述如下： ：1 中 ： l I J 最终方程是由 4个变量组成的函数：动态范围 v ，干扰信号数，期望值及随机变量 Z=I nX ： 的方差。后三个参数可以经过分析表 1 所列的干扰分布而确定下来。 一 了 r V 第 1 j fi H F无线 电接救机 的动态 范围分 析 5 3 三阶互调干扰 I M 3 假设在接收机输入端有 N个具有不定 电平及频率的独立干扰信号，分布在通带A F 内 。 “ N 个信号组成的一组信号中的任意二个信号，频率为 ，电压为 和 ，若 它们产生三阶互调干扰 I M 3 ，那么以下两个条件就会被满足： 在频域： B B 2 一 U s 在 电压 域： 或 曙 式中 B 一接收机的 I F通带；f ，一接收机的基频 V = v ： ， 那么 = 七 阳F 1 0 。 2 o 。 ( 1 2 ) ( 1 3 ) V 一与阻塞灵敏度有关的门限电压：若 为了计算一给定接收机受三阶互调干扰影响的概率，我们必须假设干扰信号的频率分 布 g ( k ) 是己知的。假设 K和 L是随机变量，且两种情况下具有相等的密度函数 g ( k ) 。K 和L是彼此独立的，类似于干扰信号的频率是独立的一样。 现在我们必须确定随机变量的密度函数 G ( K ) = 2 K L 。 假设 It ( s ) 是随机变量S的分布函 数，G ( k ) 是随机变量K的分布函数，g ( k ， 1 ) 是统计上独立的变量 K 和 L的联合密度函数。 ( ) = JD f = J D f ( 2 一 上 ) = JD 三 ： f ( ， t ) d k d t ! d ， d ( ( 1 4 ) = 川 t )d k d t = 1 g ( ，t )d q d k 一 -一一 密度函数 h ( s ) 可表示为： d H ( s 1 1 S + ， l 一 S + ， b ) J g 丁 ，叫 J g T ) g ( 发生在接收机输入端的干扰信号的频率由输入带通滤波器的响应决定。假设滤波器 具有方波响应，通带为 ，即 g ( k 、：0 f L kf H 毗 g ( t、：0 f L ) 时 式中 f L ， 是接收机的输入滤波器的通带 ，的频率上限和下限。 在这种情况下，随机变量 s位于两者之间： L 一 S3 v , ) =l P( w ) ( 2 2 ) 假如在我们接收机的输入端有 “ N ”个干扰信号，结果将产生 N( N 一 1 )个三阶互调产 物，而且N 个信号中的m 个超过门限值的概率为： = 1 一( 1 一 ) ( 2 3 ) 上述条件表示公式 ( 1 8 )中的未确定的元素。公式 ( 1 8 )用于建立受三阶互调产物影 响的接收机的完整概率。为了完成计算，应该有一个干扰信号的频率及电压的分布定义 干扰信号均匀分布的假设在这种情况下已足够了，尤其是因为在大部分情况下，计算 涉及的是窄带 1 2 倍频程滤波器。至于干扰信号电平的分布，可以近似地采用对数正态分 布。假如随机变量V 。 、v ， 是具有对数正态分布的密度函数： l g ( 。) G , 4 。 x p 2 , 7- L ( 1 H 一 、 ) 2 式 中 和 分 别 表 示 随 机 变 量 l 和 的 期 望 值 和 方 差 ， W = 21 n V ,+1 的密度函数为： ) ： e x p 【 t 了 娜 l ( 2 4) 随 机 变 量 ( 2 5) 式中： ；3 m =4s q 联合考虑 ( 2 2 )和 ( 2 5 )，三阶互调产物的电平超过一规定门限值的总概率为： = P( w3 v , ) ：l P( W ) ：1 一 1 式中中( ) 是正态分布。m 个三阶互调产物中至少一个超出规定门限值的概率为： ：l 一 ( ) m ( 2 7 ) 0 把 ( 1 7 )和 ( 2 7 )代入公式 ( 1 8 )，便可得到三阶互调干扰在频带B内及接收机输入电路 带宽 F内的最终概率关系式： 5 6 通信对抗 2 0 0 0正 =e x p ( 一 ) B ) 1一 中 ， (28) 二阶互调干扰 l M 2 如果同时满足以下两个条件，则 “ N ”个信号中频率为 f 和 f ，电压为 v 和 v ： 的两 个信号会产生二阶互调干扰。 在频域： 一 詈 l + B 在 电压域 ： K 式 中 K 一 与 二 阶 互 调 的 动 态 范 围 有 关 的 门 限 电压 ： 面百 1 o D 。 ( 2 9) ( 3 O ) 若 K= ， 则 二阶互调和三阶互调干扰是由相同的干扰信号引起的因此确定它们电平的随机变 量参数也是相同的。采用类似于三阶互调干扰情况的步骤，由二阶互调产物引起的干扰概 率的最终表达式为： 3 ( jv 一 1 1 ： 。 x p ( 一 ) f一 式 中 3B 1_ 中 (31) ， 分别表示期望值和方差，随机变量 W =l n +i n V F 表示二阶互调产 物， = 2 ， = 互 ， ， =l 。 结 论 所建议的接收机动态范围特性分析方法可 对动态范围的特性提出一系列统一的要 求并考虑到互调，阻塞和倒易混频。这种方法的主要优点在于可以分析接收机的选择性 对 动态范 围特 性的影响 。 本文介绍的关系式实质上是通用的因此可用于评估其它频段的接收机的动态范围特 性。 从对表 l 所列的干扰信号模型的数值分析可以得出结论 对于一个具有 1 2倍频程输 ( 下转 4 4页) 通信对抗 2 0 0 0年 集的数据中获取信号信息的速度、准确性、精度、数量)要求就越高，因此采用嵌入式实 时多任务操作系统是必经之路。按照 目前的情况，采用 匕 【 上这些操作系统的缺点是开发的 难度较高、入门费用高、目前国内的开发支持资源缺少，起步及形成气候需要一定的时间 和较 大的投入。 3 象 L i n u x ，W i n d o w s C E ，B e O S等新型操作系统， 针对不同的用途被开发出来，技 术上具有很好的前景，但目前还没有形成气候。 在选择操作系统时，应该采用什么原则昵?随着我们技术的提高，人力、财力不断增 长，对性能，可靠性的考虑逐步要放在可开发性之前。当然，同时也需要考虑操作系统本 身发展与支持的能力。另外，不同任务需求、不同的层次应用应考虑选用不同的操作系统 平台，以便获得最佳的性能 最后一个值得考虑的问题就是操作系统的安全性。目前，操作系统全部是西方的产 品，其中的绝大多数是美国的。因此，考虑到一些关键的应用时，将安全性作为第一时， 具有开放源码 ( 或自主版权)的