电子对抗原理

1、雷达对抗原理 第2章 雷达信号频率测量本章内容2.1 概述2.2 频率搜索接收机2.3 比相法瞬时测频接收机2.4 信道化接收机2.5 压缩接收机 1、测频技术概述、测频技术概述1、概述、概述频率测量的重要性1、概述、概述频域参数包括：载波频率、频谱和多普勒频率。频域频域参数反映了雷达的功能和用途；雷达的频率捷变范围和谱宽是度量雷达抗干扰能力的重要指标。频率特征的重要性：频率特征的重要性：测频系统主要技术指标测频时间 1、概述、概述 测频时间是接收机从截获信号到输出测频结果所用的时间。 测频时间影响侦查系统的截获概率和截获时间。 对侦察接收机来说,一般要求瞬时测频(IFM)。 对于脉冲信号来说

2、,应在脉冲持续时间内完成测频任务,输出频率测量值fRF。 瞬时测频对雷达侦查设备要求： 1）宽的瞬时频带,如一个倍频程,甚至几个倍频程； 2）高的处理速度截获概率截获概率： 在给定的时间内正确地发现和识别给定信号的概率。测频系统主要技术指标频域的截获概率频域的截获概率：即频率搜索概率。 1、概述、概述全截获概率条件全截获概率条件： 接收空间都能与信号空间完全匹配。（实际的侦察接收机的截获概率均小于1）。 对于脉冲雷达信号来说,根据给定时间不同,可定义为单个脉冲搜索概率、脉冲群搜索概率以及在某一给定的搜索时间内的搜索概率。单个脉冲的频率搜索概率为121rIFfPfffr测频接收机的瞬时带宽。 f

3、1, f2 测频范围,即侦察频段。121rIFfPff若fr = f2-f1， 则PIF1=1。如何实现单个脉冲的全截获概率？测频系统主要技术指标1、概述、概述例：fr=5MHz, f2-f1=1GHz,则PIF1=510-3,可见单个脉冲截获概率是很低的。测频系统主要技术指标截获时间截获时间：达到给定截获概率所需要的时间。 1、概述、概述 若采用非搜索的瞬时测频,单个脉冲的截获时间 tIF1Tr+tthTr：为脉冲重复周期;tth：为电子侦察系统的通过时间,即信号从接收天线进入到终端设备输出所需要的时间。测频系统主要技术指标测频范围、瞬时带宽、频率分辨力和测频精度测频范围测频范围测频系统最大

4、可测的雷达信号频率范围例例：宽开式晶体视频接收机：瞬时带宽与测频范围相等,因此对单个脉冲的频率截获概率为1,可是频率分辨力却很低。1、概述、概述瞬时带宽瞬时带宽测频系统在任一瞬间可以测量的雷达信号频率范围频率分辨力频率分辨力测频系统所能分开的两个同时到达信号的最小频率差。窄带扫频超外差接收机：瞬时带宽很窄,其频率分辨力等于瞬时带宽,对单个脉冲截获概率虽很低,但其频率分辨力却很高。测频系统主要技术指标传统测频接收机的特征传统测频接收机的特征： 传统的测频接收机在频率截获概率和频率分辨力之间存在着矛盾。目前,信号环境中的信号日益密集、频率跳变的速度与范围越来越大,这就迫切要求研制新型的测频接收机,

5、使之既在频域上宽开,截获概率高,又要保持较高的分辨力。测频精度测频精度测频精度是测频误差的均方根误差。测频误差是指测量得到的信号频率值与信号频率的真值之差,常用均值和方差来衡量测频误差的大小。1、概述、概述测频系统主要技术指标传统测频接收机的测频误差传统测频接收机的测频误差 由瞬时带宽决定，即为max12rff 特征： 瞬时带宽越宽，测频误差越大，测频精度越差。 对超外差接收机来说，测频误差还与本振频率稳定度、调谐特性的线性度，以及调谐频率的滞后量有关。1、概述、概述测频系统主要技术指标测频的信号形式1、概述、概述现代雷达信号形式: 脉冲信号、连续波信号。脉冲信号脉冲信号 高工作比的脉冲多普勒

6、信号重频抖动信号各种编码信号以及各种扩谱信号常规的低工作比的脉冲信号强信号对测频的影响强信号对测频的影响 强信号频谱的旁瓣往往遮盖弱信号,引起频率测量模糊,使频率分辨力降低。测频系统主要技术指标测频的信号形式1、概述、概述脉冲信号宽度脉冲信号宽度 允许的最小脉冲宽度min要尽量窄。 被测信号的脉冲宽度上限通常对测频性能影响不大,而脉冲宽度的下限往往限制测频性能。 脉冲宽度越窄,频谱越宽,频率模糊问题越严重,截获概截获概率和输出信噪比越小。率和输出信噪比越小。测频系统主要技术指标同时到达信号的分离能力1、概述、概述对脉冲信号来说，两个以上的脉冲前沿严格对准的概率很小，因而分析理想的同时到达信号没

7、有实际意义。实际分析用的同时到达信号是当两个脉冲的前沿时差满足 t10ns：第一类同时到达信号 10nst=1GHz，如果选择带通滤波器高截止频率1GHz,则带通无输出；如果测频范围内同时出现两个不同频率的信号，如fa=1.2GHz, fb=1.3GHz,则会有差频0.1GHz分量出现，可通过带通滤波器后有输出,实现同时到达信号的检测。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频测频误差分析T微波鉴相器测得的信号频率：测频误差来源： 相位误差 ，延迟线误差 。这里只讨论相位误差。/(2)fT22222cqNi 3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频测频误差分析T微波鉴相器测得的信号频率：测频误差来源：

8、相位误差 ，延迟线误差 。这里只讨论相位误差。/(2)fT 相位误差来源：鉴相器元件性能与理想值偏离所引起的相位误差c;22222cqNi 有限的相位量化率造成的相位量化误差q; 系统的内部噪声所引起的相位噪声N; 同时到达信号造成信号矢量相位的偏离i。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频测频误差分析鉴相器的相位误差 实际工作中,由于信号频率的不同（宽频带工作）,脉冲幅度和宽度的变化,环境温度的升降等原因,元件的实际特性与理想特性偏离,从而引起了相位误差。通常,宽频带鉴相器相位误差在1015左右,高质量的宽频带鉴相器的相位误差可达5。如放大器、电桥相位量化误差相位量化误差是由相位最小量化单元宽

9、度决定的。如果量化误差为均匀分布,可以导出量化相位误差有效值q与最小的量化单元宽度之间的关系为2 3q注：均匀分布的方差为(b-a)2/12，标准差为()/ 2 3ba例: 当鉴相器为6比特时,=360/26=5.6,q=1.6可见,采用6比特量化器,量化相位误差已比鉴相器的相位误差小得多,再提高量化器的比特数就没有实际意义了。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频测频误差分析ab()/ 2ab3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频测频误差分析系统内部噪声引起的相位误差同时到达信号引起的相位误差 接收机的内部噪声是宽带白高斯噪声,它必然会引起被测信号矢量相位起伏相位噪声。内部噪声电平越高,相位噪声

10、越大。为了抑制微波检波器和视放产生的噪声,在接收机前端增加低噪声限幅放大器。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数比相法瞬时测频接收机组成 低噪声射频放大器低噪声射频放大器：1）提高接收机的灵敏度；2）对强信号限幅,使加到鉴相器去的信号幅度保持在一定的范围内,减小因信号幅度变化对测频精度的影响。同时到达信号检测器同时到达信号检测器：检测同时到达信号，给那些因同时到达信号存在而引起的错误测频做上标记,以示频率数据不可靠。延时线鉴相器延时线鉴相器：实现信号频率相位转换门限检测门限检测/定时控制支路的作用定时控制支路的作用:1）降低虚警率经过门限判别之后,产生选通门,降低由于噪声激励

11、而引起的测频误差；3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数2）在测频期间产生一闭锁信号,保证在一段时间内,只测量一个信号,减小同时到达信号对测频误差的影响；3）本次测量完毕产生一清除信号,使测频系统复位。1）不模糊带宽不模糊带宽F：即测频范围或瞬时频带。它由最短迟延线的延时Tmin确定。通常可达一个标准频段或一个倍频程甚至更高。 标准频段：例如X波段 8GHz12GHz 1倍频程 ：例如测频范围1GHz, 2GHz, 测频范围内最高频率是最低频率的2倍。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数比相法瞬时测频接收机主要技术参数 1）不模糊带宽不模糊带宽F：即测频范围或

12、瞬时频带。它由最短迟延线的延时Tmin确定。通常可达一个标准频段或一个倍频程甚至更高。 标准频段：例如X波段 8GHz12GHz 1倍频程 ：例如测频范围1GHz, 2GHz, 测频范围内最高频率是最低频率的2倍。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数比相法瞬时测频接收机主要技术参数 2）频率分辨单元频率分辨单元：亦称平均频率分辨力，是频率最小量化单元宽度，可达1MHz。1）不模糊带宽不模糊带宽F：即测频范围或瞬时频带。它由最短迟延线的延时Tmin确定。通常可达一个标准频段或一个倍频程甚至更高。 标准频段：例如X波段 8GHz12GHz 1倍频程 ：例如测频范围1GHz, 2G

13、Hz, 测频范围内最高频率是最低频率的2倍。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数比相法瞬时测频接收机主要技术参数 2）频率分辨单元频率分辨单元：亦称平均频率分辨力，是频率最小量化单元宽度，可达1MHz。3）频率精度频率精度：测频误差的的均方根，可达12MHz。1）不模糊带宽不模糊带宽F：即测频范围或瞬时频带。它由最短迟延线的延时Tmin确定。通常可达一个标准频段或一个倍频程甚至更高。 标准频段：例如X波段 8GHz12GHz 1倍频程 ：例如测频范围1GHz, 2GHz, 测频范围内最高频率是最低频率的2倍。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数比相法瞬时测频

14、接收机主要技术参数 2）频率分辨单元频率分辨单元：亦称平均频率分辨力，是频率最小量化单元宽度，可达1MHz。3）频率精度频率精度：测频误差的的均方根，可达12MHz。4）频率截获概率和截获时间频率截获概率和截获时间。当脉冲宽度大于最长迟延线的迟延时间时,对单个脉冲频率截获概率趋近于1。原则上讲,频率截获时间为一个脉冲重复周期。5）灵敏度和动态范围灵敏度和动态范围。由于测频误差要求的信噪比较之虚警概率所要求的信噪比要高,故应按前者确定接收机的灵敏度保证测频准确。该灵敏度数值在-40-50dBm之间。动态范围典型值在5060dB之间。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数5）灵敏度

15、和动态范围灵敏度和动态范围。由于测频误差要求的信噪比较之虚警概率所要求的信噪比要高,故应按前者确定接收机的灵敏度保证测频准确。该灵敏度数值在-40-50dBm之间。动态范围典型值在5060dB之间。6）对同时到达信号的处理能力对同时到达信号的处理能力。对于第一类同时到达信号,当功率比6dB时,可以正常处理;对于第二类同时到达信号,通常用频率数据错误概率表示。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数5）灵敏度和动态范围灵敏度和动态范围。由于测频误差要求的信噪比较之虚警概率所要求的信噪比要高,故应按前者确定接收机的灵敏度保证测频准确。该灵敏度数值在-40-50dBm之间。动态范围典型

16、值在5060dB之间。6）对同时到达信号的处理能力对同时到达信号的处理能力。对于第一类同时到达信号,当功率比6dB时,可以正常处理;对于第二类同时到达信号,通常用频率数据错误概率表示。7）测频时间）测频时间。即从信号进入接收机输入端到输出端完成一个精确的频率码之间的时间差。它由最长迟延时间和编码电路等决定。测频时间越长,丢失信号概率越大。测频时间典型值在100300ns之间。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频组成和主要技术参数遮蔽时间遮蔽时间：亦称寂静时间。所谓遮蔽时间,是指接收机能精确测量相邻两个脉冲频率所需要的最少时间间隔，通常在50

17、70ns之间。3、比相法、比相法 瞬时测频瞬时测频瞬时测频接收机总结比相法数字式瞬时测频接收机优点比相法数字式瞬时测频接收机优点:缺点：缺点： 当存在同时到达信号时，测频误差增大，甚至造成测频错误或者丢失信号，因此，在高密度的信号环境下，其应用受到一定限制。2）解决了搜索接收机测频范围与分辨力之间的矛盾。广泛应用于告警和干扰机频率引导等电子侦查系统。1）高截获概率、测频精确；4、信道化接收机、信道化接收机4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理晶体视频接收机晶体视频接收机：灵敏度、测频精度、频率分辨力1）频路分路数不能任意增多；4、信道化、信道化 接收机接收机2）微波域不能获得极窄信道，难

18、以满足测频要求。 将多波道接收机与超外差接收机方法结合起来，就可以解决多波道接收机的缺点。信道化接收机有三种形式：纯信道化、频带折叠信道化、时分制信道化多波道接收机：多波道接收机：4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：纯信道化纯信道化 接收机 1）各本振不同，但各中频同，接收机带宽同。中放中放输出输出第一变频器第一变频器4、信道化、信道化 接收机接收机2）各中放输出一一分为二分为二。一路经检波、视放后进入门限检测，判断信号有无；基本工作原理：纯信道化 然后再输出给逻辑判决电路，确定信号的频谱质心作为被测信号的频率； 最后送入编码器，编出信号频率的波段码字。中放输出另一路经类似过程得到下

19、一级分段码字。4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：纯信道化频率分辨力频率分辨力211niifffm 设有n次分路,每次分频路数为mi4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：频带折叠中放输出一路送检波、检测电路；另外一路与信道化不同，是将不同中放输出的各路（中频相同）经取和取和电路后再进入下一级分路。4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：频带折叠频带折叠与纯信道化比较频带折叠与纯信道化比较：优点是节省了支路数；缺点为1）上一级不同波段分路的噪声经混频后，取和电路在中频将各路噪声合成，噪声电平提高，接收机灵敏度降低；缺点：2）当有同时到达信号时，不同波段的信号在同一级分路器

20、的几路都有输出，然后再叠加到下一级的同一分路器再进行分路，容易引起测频模糊。4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：频带折叠1GHz2GHz1.51.1GHz1.6GHz设中频 fI= 600MHz600M 700M1.16001001.6600100GHzMHzMHzGHzMHzMHzf4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：频带折叠1GHz2GHz1.51.1G1.7G设中频 fI= 600MHz600M 700Mf800M1.2G1.6G?4、信道化、信道化 接收机接收机基本工作原理：时分制信道化工作原理工作原理：用快速“访问开关”取代了频带折叠信道化接收机的“取和电路”，在一个时刻，访问开关只与一个波段接通。特点特点： 某一时刻只有一路信号送入分波段分路器