雷达对抗技术02

1、1/50第第2 章章 雷达信号频率的测量雷达信号频率的测量 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 频率搜索接收机频率搜索接收机2.3 2.3 比相法瞬时测频接收机比相法瞬时测频接收机2.4 2.4 信道化接收机信道化接收机2.5 2.5 压缩接收机压缩接收机2/502 21 1 概述概述要点：l 雷达信号频率测量的重雷达信号频率测量的重要性要性l 测频系统的测频系统的主要技术指标主要技术指标l 现代测频现代测频技术分类技术分类3/502.1.1 雷达信号频率测量的重雷达信号频率测量的重要性要性 雷达侦察系统的使命在于测定雷达等辐射源的坐标和特征，而反映其特征的各种信息均包含在雷达辐射的信号之

2、中。因此，我们必须对雷达信号进行分析和测量。重重要性：要性： 1 频率是雷达功能和用途的反映 2 频率是选择分选和识别雷达信号的重要参数 3 频率对准是有效干扰的有效保证4/502.1.2 测频系统的测频系统的主要技术指标主要技术指标1、 测频时间测频时间 定义：定义：从信号到达至测频输出所需时间，是确定或随机的。要求：要求：瞬时测频（IFM），即在雷达脉冲持续时间内完成载波频率测量。重要性：重要性：直接影响侦察系统的截获概率和截获时间。5/50测频时间测频时间(续续) 频域截获概率频域截获概率: 即频率搜索概率，单个脉冲的频率搜索概率定义为 测频接收机瞬时带宽， f2-f1是测频范围，即侦察

3、频率范围 截获时间截获时间: 达到给定的截获概率所需的时间，如果采用瞬时测频接收机，则单个脉冲的截获时间为其中Tr是脉冲重复周期，tth是侦察系统的通过时间。121fffPrIFrf1IFrthtTt6/502 2、测频范围、瞬时带宽、频率分辨力、测、测频范围、瞬时带宽、频率分辨力、测频误差和测频精度频误差和测频精度 测频范围测频范围： 测频系统最大可测的雷达信号的频率范围；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的频率范围；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；测频误差：测频误差： 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

4、来衡量测频误差的大小。测频精度：测频精度： 把测频误差的均方根误差称为测频精度 7/50不同测频系统的差异不同测频系统的差异 宽开式晶体视频接收机：测频范围等于瞬时带宽，频率截获概率1，但频率分辨率很低。窄带扫频超外差接收机：瞬时带宽很窄，频率截获概率很低，但频率分辨率很高。最大测频误差为：瞬时带宽越宽，测频精度越低，测频误差越大。 rff21max8/503 3、测频的信号形式、测频的信号形式 现代雷达信号可以分成脉冲脉冲和连续波连续波。脉冲信号： 低工作比脉冲信号 高工作比的脉冲多普勒信号 重频滑变和参差信号 编码信号 宽脉冲线性调频信号 宽脉冲线性调频信号的测频比较困难。 测频系统允许的

5、最窄脉宽尽可能窄重要指标。9/504 4、同时到达信号的分离能力、同时到达信号的分离能力 同时到达信号按照两个脉冲前沿的时差分成两类：第1类同时到达信号：t10ns第2类同时到达信号：10ns t120ns要求测频接收机能够对同时到达信号的频率分别进行精确的测定，而且不丢失其中的弱信号。10/505 5、灵敏度和动态范围、灵敏度和动态范围 灵敏度灵敏度是测频接收机检测弱信号能力的象征，是保证正确的发现和测量信号的前提。它与接收机体制和接收机的噪声电平有关。动态范围动态范围是指保证测频接收机精确测频条件下信号功率的变化范围，它包括： 噪声限制动态范围：噪声限制动态范围： 保证测频精度条件下的强信

6、号与弱信号的功率之比。 瞬时动态范围：瞬时动态范围： 保证测频精度条件下的强信号与寄生信号的功率之比。 11/502.1.3 现代测频技术分类现代测频技术分类 搜索超外差接收机射频调谐晶体视频接收机多波段晶体视频接收机信道化接收机比相法瞬时测频接收机声光卷积测频收机压缩接收机声光接收机数字傅立叶变换接收机搜索频率窗毗邻频率窗相关/卷积器傅立叶变换频率取样变换法测频技术图2-1 现代测频技术分类12/502.2 2.2 频率搜索接收机频率搜索接收机要点：l 搜索式超外差接收机搜索式超外差接收机l 射频调谐晶体视频接收机射频调谐晶体视频接收机l 频率搜索形式频率搜索形式l 频率搜索速度的选择频率搜

7、索速度的选择13/502.2.1 搜索式超外差接收机搜索式超外差接收机微波预选器微波混频器中频放大器检波器视频放大器本振天线fRfLfI至处理器图2-2 搜索式超外差接收机原理图14/50 优点： 1）灵敏度高，选择性好；幅度失真小。 2）能检测宽脉冲线性调频信号和相位编码信号，且易于实现。 缺点： 1）存在寄生信道干扰； 2）比晶体视频接收机复杂； 3）搜索时间长，对短时间出现的信号频率截获概率低。15/501寄生信道及其消除方法寄生信道及其消除方法 如果在混频器输入同时加入信号fR和本振信号fL, 由于混频器的非线性作用，许多频率组合可以产生中频信号，其一般关系为：m,n 为整数，其中当m

8、=1, n=-1时为主信道，m=-1,n=-1为镜像干扰，主信道和镜像信道示意如图： IRLfnfmf图2-3 主信道与镜像信道的关系图16/50 主信道：超外差 寄生信道： 除外 主要寄生信道： 镜像信道： 镜像抑制比： IRLfff,1,1LRImfnffmn IRLffmfILRfff10lgmssomodPP17/502. 几种典型超外差接收机几种典型超外差接收机 1) 窄带超外差接收机窄带超外差接收机 采用微波预选器与本振统调，对每个分辨单元顺序搜索。 射频带宽：2060MHz 优点优点：频率分辨率高、灵敏度高、抗干扰能力强、输出信号密度低、对信号处理要求低。 缺点缺点：截获时间长，

9、截获概率低，不能检测频率捷变、线性调频、编码信号。 18/50 2) 宽带超外差接收机宽带超外差接收机 瞬时带宽：100200MHz优点：能检测频率捷变、线性调频、编码信号； 截获时间缩短。 3) 宽带预选超外差接收机宽带预选超外差接收机 采用宽带预选器和高中频，扩展瞬时带宽。 19/502.2.2 2.2.2 射频调谐晶体视频接收机射频调谐晶体视频接收机 射频调谐（RFT）晶体视频接收机是一种最简单的接收机。 优点：技术简单，工作可靠，体积小，重量轻，成本低 缺点：灵敏度低，测频分辨力和精度不高。图2-4 射频调谐晶体视频接收机原理图20/502.2.3 2.2.3 频率搜索方式频率搜索方式

10、 1) 1) 连续搜索连续搜索 Nff2f1f0rftTftfNff2f1f0tTf单程搜索双程搜索图2-5 连续搜索时间图21/502) 2) 步进搜索步进搜索 搜索范围： 搜索周期：Tf 接收时间：tf 脉冲群时间：Nff2f1f0t等间隔搜索ff2f1f0t灵巧式搜索12ff 图2-6 步进式频率搜索时间图22/502.2.4 2.2.4 频率搜索速度频率搜索速度的选择的选择频率搜索速度有几种方式：1. 频率慢速可靠搜索频率慢速可靠搜索频率慢速可靠搜索（全概率）的条件为：a) 接收机在一个雷达照射时间（脉冲群）扫过整个侦察频带，即 其中 为脉冲群内脉冲数， 为脉冲重复周期。b) 接收机扫

11、过一个瞬时带宽 的时间 内收到的脉冲数满足信号处理和显示所需的脉冲数Z ，即21rffrftTZTfffNNrTZ TNZrTrfft23/50 2. 频率快速可靠搜索频率快速可靠搜索在一个脉冲宽带内，接收机搜索完整个侦察频带，即fT图2-7 频率快速可靠搜索时间图频率搜索速度应满足2121ffffffvT24/50图2-8 线性扫频接收机的输出电压波形 (a) 慢速扫频 (b) 快速扫频慢速扫频：随着扫频速度的提高，脉冲幅度不变， 但脉冲宽度减小。快速扫频：随着扫频速度的提高，脉冲幅度减小， 脉冲宽度变化不大。接收机输出:25/503. 频率概率搜索频率概率搜索 侦察接收机的频带与雷达信号的

12、频谱重合是一个随机事件。 不满足可靠搜索条件下为概率搜索。 由于高速搜索时，接收机输出脉冲幅度减小，因此搜索接收机的扫频速度不宜过大。一般具体实现时都采用压缩接收机。26/502.3 比相法瞬时测频接收机比相法瞬时测频接收机 2.3.1 组成和组成和主要技术参数主要技术参数1 1、比相法瞬时测频接收机的组成、比相法瞬时测频接收机的组成图2-9 比相法瞬时测频接收机的组成27/50 限幅放大器： 1、提高接收机灵敏度； 2、对强信号限幅，减小因信号幅度变化对测频精度的影响。 延时线鉴相器： 实现频率-相位变换 门限检测/定时控制： 1、降低虚警率； 2、降低由于噪声激励而引起的测频误差； 3、减

13、小同时到达信号对测频误差的影响； 4、复位测频系统。 同时到达信号检测： 检测同时到达信号，标记因同时到达信号存在而引起的错误测频，以示频率数据不可靠。 频率编码： 对鉴相器输出的电压进行极性量化，完成编码和校码。28/502 2、主要技术参数、主要技术参数l 不模糊带宽F ：1个倍频程或者更高l 频率分辨单元：可达1MHzl 频率精度： 12MHzl 频率截获概率：趋近于1l 频率截获时间：1个脉冲重复周期l 灵敏度：40dBm 50dBml 动态范围：5060dBl 测频时间：100300nsl 遮蔽时间：5070ns29/502.3.2 2.3.2 微波鉴相器微波鉴相器1. 简单微波鉴相

14、器原理如图简单微波鉴相器原理如图鉴相输出信号: T是延迟线的延迟时间。K为检波效率。 2021 cosUKAT图2-10 简单微波鉴相器30/50微波鉴相器用于实现信号的自相关运算，因此需要考虑以下条件：相干的基本条件： 否则不能进行相关运算。 单值测量条件： 这是由最大相移为2决定的，相移与频率的关系为 信号自相关函数输出信号幅度与输入信号功率成正比 简单微波鉴相器的输出信号中有与频率无关的直流分量，应尽量消除其影响。minTTff112Tf231/502. 实用的微波鉴相器原理图实用的微波鉴相器原理图 功率分配延迟线90o电桥检波器差分放大cos2KAUIsin2KAUQ图2-11 一种常

15、用的微波鉴相器32/50鉴相输出信号 合成矢量的模为相角为合成矢量的相位与载波频率成正比，实现了频-相变换2fT图2-12 正交函数的合成矢量TkAUTkAUQIsincos222UK A33/502.3.3 极性量化器极性量化器 00,01xxxsign 相关器输出是两路正交的正弦电压，把它们加到两个电压比较器上，进行极性判决，称为量化。对输入信号按照极性量化输出对量化区间直接编码2int,2 ,modnCTf34/50极性量化直接用于UI、UQ，只能得到n = 4利用三角公式： 有的UI、UQ 用不同的 进行加权求和，可以得到不同的相位细划和极性量化后的区间细划。如： = /4，可得到n=

16、8，为3bit量化器再选 = /8，可得到n=16，为4bit量化器sinsincoscoscossincoscossinsincos,sin35/50 以此类推，通过对通过对UI、UQ及其加权系列的极性及其加权系列的极性量化，可以不断提高数字测频的精度。量化，可以不断提高数字测频的精度。多多bit量化器的频率分辨率与相位分辨率之间满足量化器的频率分辨率与相位分辨率之间满足 其中其中 F是瞬时带宽。单路量化的频率分辨率不是瞬时带宽。单路量化的频率分辨率不高，实际中使用多路量化器。高，实际中使用多路量化器。 FTf2236/502.3.4 多路鉴相器的并行运用多路鉴相器的并行运用 为了同时满足测

17、频范围和频率分辨率的要求，采用多路方式，两路鉴相器如图示： 功率分配器鉴相器1鉴相器2量化器1(3bit)量化器2(3bit)输入编码T4T37/50 两路都是3bit量化器。第一路延迟线延迟时间为T，第二路延迟时间为4T。短延迟输出频率的高位码，长延迟输出频率的低位码，其频率分辨率为： 如果选择k路鉴相器，相邻迟延比为n，最长迟延支路量化为mbit，其频率分辨率为： 在实际中，一般k=3,4, m=46, n=4,8。 423Ff111,2mkfFnTT 38/5039/502.4 2.4 信道化接收机信道化接收机 要点： 基本工作原理基本工作原理 信道化接收机信道化接收机存在存在的的问题问

18、题 信道化接收机的特点和应用信道化接收机的特点和应用 40/502.4.1 基本工作原理基本工作原理 信道化采用大量的并行接收和处理信道覆盖测频范围。包括：1） 纯信道化接收机2) 频带折叠信道化接收机3) 时分制信道化接收机 图2-13 多波道接收机41/501. 纯信道化接收机原理纯信道化接收机原理12.m112.m212.m212.m2第一本振组第二本振组门限检测判决编码图2-14 纯信道化接收机简化方框图42/50纯信道化接收机纯信道化接收机工作原理（续）工作原理（续）第一分路器: 第一中放带宽: 第一中频频率:第一本振组： 第二分路器 :第二中放带宽 :第二中频频率:第二本振组 :1

19、m1121mfffr2121fffi1, 0,5 . 011111mjfjfffrijL2m212/mffrr2/12riff1, 0,5 . 02/222112mjfjffffririjL43/50纯信道化接收机纯信道化接收机工作原理（续）工作原理（续）以此类推：第k分路器： 第k中放带宽： 第k中频频率： 第k本振组（低外差）： 频率分辨力：根据接收信号通过的各检测信道 进行频率估计：纯信道化接收机的波段分路器个数是 kmkrkrkmff/12/1rkikff1, 0,5 . 02/11krkikrkikLkjmjfjffffkkmfff122 , 1,knk21ffnffkrkk2111mmmL44/502.2.频带折叠信道化接收机频带折叠信道化接收机 与纯信道化接收机相比，它在每一级增加了一个“取和电路”，却为下一级省