降低雷达接收机中噪声的几种方法

1、降低雷达接收机中噪声的几种方法1 引言雷达接收机除了接收到有用信号外，还接收着杂乱的噪声信号，这些噪声信号严 重影响雷达接收机的灵敏度。由雷达方程可知，要提高雷达的探测距离，提高雷达接收机灵敏度是一个重要的捷径，但雷达接收机的极限值是受噪声功率所限 制的，要想提高接收机的灵敏度，增大雷达的作用距离，就必须研究怎样降低噪 声。2 接收机噪声的来源雷达接收机的噪声，一部分来自接收机接收到的外部干扰，主要有天线热噪声、 友邻雷达及电台干扰、敌方雷达干扰设备的干扰、工业干扰、天电干扰及宇宙 干扰等；另一部分噪声来自接收机的内部，主要由接收机的电阻、馈线、谐振回 路等有损耗元件产生的热噪声以及电子管、晶

2、体管等有源器件产生的各种噪声。 内部噪声和外部干扰都会影响有用信号的接收，但是，它们影响环境和影响程度是不同的。外部干扰的影响有时间性、空间性和频率性，即外部干扰中，有的是只存在于某段时间，如只有雷雨时，才会有雷电干扰；有的是呈现在某个方位，如 宇宙干扰主要在银河系中心；有的只影响某个频率范围，如工业电气设备干扰和 天电干扰主要影响广播、电视频段；还有的外部干扰可以采用抗干扰措施消除。 内部噪声的影响则无时间性、空间性和频率性，任何接收机，只要一工作就有内部噪声产生，就会影响对微弱信号的接收，所以内部噪声对雷达侦察和雷达接收 机影响最大。P二1/ %式中/心外分别为接收机输入端的信号功率和噪声

3、 功率；为、耳分别为接收机输出端的佶号功率和噪声 功率。图片:式中，为接收机的额定功率增益（额定功率传输系 数）口高频放大盟一=放电=愦线一中频放大ffl现限*大图1雷达接收机方框图3 降低接收机内部噪声的措施通常我们用“噪声系数”来衡量内部噪声对输出信噪比的影响程度 ，噪声系数 是接收机输入端信号噪声功率比与其输出端信号噪声功率比的比值 ,数学表达 式为如果接收机内部不产生噪声，那么接收机信噪比通过接收机后是不会变化的，因 此F = 1。由于实际接收机是存在内部噪声的，那么输入信噪比通过接收机后将要变坏，因此F > 1 ,且F值越大,表示接收机内部噪声的影响越大。任何接收机总是由各个单

4、元电路级联组成的 ，当知道各个单元的噪声系数后，就 可以求出多个单元级联后的总噪声系数 Fo :由式(2)可知，要使级联电路的总噪声系数 F0小，就需各级的噪声系数要小和额 定功率增益要大；各级内部噪声的影响大小是不同的 ，越是靠近前面的几级，噪 声系数和额定功率增益对接收机总的噪声系数影响越大，而后面各级影响较小，可忽略不计。所以，在设计接收机时，总是力图减小前几级的噪声并增大额定功 率增益，以提高接收机的灵敏度。图1是一般 雷达接收机的方框图。一般雷达接收机中都有高频放大器，而且高频放大器的额定功率增益总是很大 的，因而我们在考虑接收机的总噪声系数时一般只考虑高频放大器以前各级的 噪声系数

5、，而忽略其后各级噪声对总噪声系数的影响。因此，为了降低总噪声系 数，一般可以采用以下的措施：(1)高频馈线及部件。厘米波雷达的高频馈线及高频和差系统是比较复杂的，一般包括低功率极化器、数个移相器、双 T和差网络、放电器、波导 2同轴变换 器等微波器件。由于这些无源网络的额定功率传输系数都小于1 ,必然要产生一定的损耗，将使接收机的噪声系数增大。因此，要尽量采用损耗低的高频馈线及 高频元器件，同时它们与电路的连接、匹配均应十分良好。(2)高频放大器。根据式(2)可以知道，采用额定功率增益大、噪声系数低的高 频放大器，对雷达接收机获得低噪声性能具有决定性的意义。目前低温参量放大 器及低温高电子迁移

6、率晶体管(HEMT)放大器等都是一些性能较好的高频放大 器。(3)混频器。在采用了高频放大器以后，不等于说对微波混频器的噪声性能就可 以降低要求。特别是在无高频放大器的雷达接收机中，混频器噪声的影响就更为重要，必须采用相应的措施减小混频器的噪声。要降低混频器的噪声，应选用噪声性能良好的混频二极管，比如采用面积接触型的微波晶体混频二极管；正确选 择混频器的工作状态；广泛采用平衡、双平衡及三平衡混频器，以大大减小本地振荡器噪声的影响；使用镜频回收和镜频抑制技术来减少混频器的变频损耗，降低混频器输出的中频噪声，从而提高混频器输出端的信噪比等。(4)前置中频放大器。对于厘米波雷达接收机 ，由于结构等方

7、面的原因，通常把 中频放大器分成前置中放和主中放两部分，且前置中放离接收机的高频部分很 近。其目的是将混频器输出的微弱中频信号预先进行功率放大，然后再用较长的中频电缆送到主中放去，这样就可以把电缆和主中放的噪声影响减小到最低程 度。采用低噪声的前置中放对于直接混频的雷达需要23级。为了使电路具有低噪声、高额定功率增益、高的工作稳定性 ，对于晶体管雷达接收机，第一级通 常采用共射2共基极级联电路；对于电子管雷达接收机，第一级广泛采用高频五 极管接成三极管用的共阴2共栅极级联电路。除此以外，还可以通过适当地选择接收机的中频频率、接收机的工作频带以及降 低接收机的工作温度等措施来降低接收机的噪声系数

8、。其梯度估值为人庭剽一I 权向量为甲z = w. -=*+2 %不式中M是控制自适应速度与特定性的常数，应满足0 << 1/ 义nu*其中九是自相关阵义工二到处无。的特征值。可以证 明,权向量的数学期望值收敛于最佳权向量即维纳最一 佳解W*=Rxd= ESXx为互相关向量中4-2小波变换的消噪方法及其改进设N点离散含噪信号为f(t) = S(T)+ u(t)(3)其中，"为原始信号，“是方差为J的高期白噪 声，服从N <r) o容易看此对"连续做几次力被分解之后便空间 分布不均匀信号”力所对应的各尺度上小波系数力在 某些特定的位置有较大的值这些点对应于原始

9、信号5 t r)的奇变位置和重要佶息,而其他大部分位置的叫,值 较小对应于信号的缓变部分;对于白噪声灯”,它所对 应的小波系数4*在每一尺度上的分布是均匀的，并随 着尺度的增加,4/系数的幅值有所减小C因此，通常的消噪办法是选取一阚值人，把低于入 的小波系数刃,主要由噪声灯引起)设为零，而 保存高于A的匕，主要由信号引起,，经过这样 处理之后的明，上就可理解为基本上是由信号5 f ”引 起的，再利用小波快速重构算法对g,上进行重构就 可得到原始信号的一个估计o具体方法如下.，f U对含噪信号f f八利用小波快速分解算法做 小波分解得到小波系数”；图3自适应横向滤波器令4=力2年小厂:定义sig

10、n，%./ Wj."-为，则为上为经过软阈值之后得到的小波系数；对叫*利用小波快速币构算法进行互构,使 可得到的估计值/，妙。该方法计算简单,但它是种相对粗略的去噪方 法,首先对A的选取作了改进。通过实例验证上述A 的取法不太理想，所以箔拧设计了一种方案,在不同的 尺度j取不同的乙4=打210gMl+ 1人即随 着尺度J的增大，4的值逐渐减小，使得与噪声在小 波变换各尺度上的传播特性相一致Q另外给出了一种估计小波系数的新方法,称为梗 平方处理方法，它可以促使信噪分离。下面对其进行 讨论。先考虑m小>0的情形，然后把结论推广到叫 <0的情况口在软阈值估计方法中，当勺,*、(

11、)时，式等价 于入/ w" - V t 啊./4 E 1 6QJwJ.k。， I如果把 叫看成一个整体，则式no)的实际含义 为当Wj,j >1时，”木被认为主要是信号所对应的 小波系数，予以保留;否则，*上被认为主要是由噪声 引起的，应当消除口该模型虽然与软阈值模型是制全 等价的,但可以从中得到一些后示。比如,可以取JL%"叫，/切11/ t 也#4 E 1，,即先对“(进行平方处理,使得每一个系数与1 的偏离程度增大,这样可以促进信噪分离，然后再对其 进行软阈值处理，最后开平方得到专、以上讨论的是啊,>。时的情形，对于一般情 况.有(12)综上所述，改迸之后

12、的消噪算法为；(V对含噪声信号f(t)利用小波快速分解算法进 行小波分解,得到小波系数刃.*;令 4 = w210gMV2/lnQ- + V , 由式门2J 定 义为“从而得到一组估计小波系数；划对 吗利用小波快速重构算法进行重构，便 可得到了，打的估计值了门)。4 降低接收机外部噪声的方法以上的几种方法对于降低接收机内部噪声有十分显著的作用 ，但对于抑制接收 机的外部噪声就没有太大的作用了。为了降低接收机的外部噪声 ，我们可以采用 以下几种方法。5 . 1自适应噪声对消法考虑到雷达回波是不相关的，不能采用常见的自适应噪声对消器来消除 ，为其参 考输入噪声和原始输入噪声是相关的。如果我们采用图 2所示的自适应自调谐 滤波器，则可对消雷达回波中的噪声