雷达接收机分析.ppt

1、第三章雷达接收机，内容概述，接收机任务和组成，主要质量指标，接收机的噪声系数和灵敏度，接收机的高频部分，本机振荡器和自动频率控制，接收机的动态范围和增益控制，滤波和接收机带宽，雷达接收机任务，通过适当的滤波从伴随的噪声和干扰中选择天线接收到的微弱高频信号，经放大和检测后发送到显示器、信号处理器或计算机控制的雷达终端。弱信号、放大、噪声和干扰、滤波、高频信号、检测(解调)、接收器结构、超外差接收：将接收信号与本地振荡电路的振荡频率混合，以获得中频信号，这称为外差接收。如果获得一个固定的中频信号，然后由中频放大器放大，这就是超外差。在检测到中频信号之后获得视频信号。中频比射频更容易获得所需的滤波器

2、形状、带宽、增益和稳定性。2.降低半导体闪烁噪声(1/f噪声)的影响，提高接收机灵敏度。雷达接收机几乎是超外差的，因为它们具有高灵敏度、高增益、良好的选择性和广泛的适用性。简化了超外差雷达接收机的基本框图。1.高频部分，也称为接收机前端，包括接收机保护器、低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器2、中频放大器，包括匹配滤波器3、检波器和视频放大器、同步检波器、检波器、灵敏度放大系数(增益)、动态范围、中频选择、滤波特性、抗干扰能力、工作稳定性、接收机主要质量指标和接收机接收测量(检测)一般表示为最小可检测信号功率Simin。可以探测到的信号越弱，接收器的灵敏度就越高，所以雷达的作用距离就越远。灵敏

3、度，灵敏度，如果没有噪声，不管目标回波有多小，理论上都可以探测到。然而，实际系统不可避免地存在噪声，因此如果接收机的输入信号功率低于噪声水平，目标将完全淹没在噪声中，因此不可能可靠地检测到它。最小可检测功率不仅与噪声有关，还与所需的检测概率和虚警概率、能量、信号、噪声、目标距离、能量、信号、噪声、目标距离、灵敏度有关。目前，超外差雷达接收机的灵敏度一般在(10-1410-12W)左右，表明接收机有放大信号的能力。如果用对数表示，它被称为增益G=20lgK。雷达接收机的电压放大倍数一般为10倍.相应的增益为120-180分贝，放大系数(增益)为106，109，动态范围，定义为接收机正常工作时输入

4、信号强度变化的允许范围。在接收机中有一定噪声水平的情况下，信号太弱而不能被检测到；如果信号太强，接收器将饱和和过载，这将显著减少甚至丢失目标回波。当接收机开始过载时，输入功率与最小可检测功率之比、中频和滤波特性的选择以及中频的选择与传输波形特性、接收机的工作带宽以及可以提供的高频分量和中频分量的性能有关。一般来说，30M-500Hz的滤波特性是降低接收机噪声、最大化输出信噪比、匹配滤波、接收机噪声系数、内部噪声和接收机内部器件产生的噪声的关键。外部噪声，如人为干扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线热噪声等。接收器的噪声源、电阻热噪声和波动噪声电压均方值由导体中自由电子的随机热运动形成，K为B

5、oltzmann常数，k=1.28*10(-23)J/K，T为电阻的绝对温度，r为电阻值，Bn为带宽、额定噪声功率、额定信号功率以及负载阻抗与信号源内阻匹配时信号源输出的信号功率。噪声系数的定义：接收器输入端的信噪比与输出端的信噪比之比。它表示由于接收机内部噪声的影响，接收机输出端信噪比相对于输入端信噪比变化的倍数。Ga，N，Si/Ni，So/No，输出端接收器内部噪声的额定噪声功率，噪声系数的另一个定义：实际接收器输出的额定噪声功率与“理想接收器”的额定噪声功率之比。关于接收机噪声系数的一些解释噪声系数只适用于接收机的线性电路和准线性电路。为了使单值噪声系数具有确定性，规定输入噪声基于天线在

6、290K室温下等效电阻产生的热噪声。噪声系数仅由接收机本身的参数决定。噪声系数没有单位。通常用分贝表示，4。无源四端网络的噪声系数，无源四端网络GA、RA、RL、Ni=KT0bn、NO=KT0bn，等效噪声温度，接收机的外部噪声可用天线噪声温度TA表示，如果用额定功率测量，接收机外部噪声的额定功率为，NA=kTABn，比较直观。输出端接收器内部噪声所代表的额定噪声功率n可以等效于计算的输入端。此时，内部噪声可被视为在温度Te下由天线电阻RA产生的热噪声，即，N=kTeBnGa，并且温度Te被简称为“等效噪声温度”或“噪声温度”。此时，接收机成为没有内部噪声、噪声温度和系统噪声温度的“理想接收机

7、”。对于低噪声接收器和低噪声器件，通常使用噪声温度。表3.2，P57，级联电路的噪声系数，根据定义，实际输出噪声有三部分，其中，级联电路的噪声系数，两级电路级联时接收机的总噪声系数，N级电路级联时接收机的总噪声系数为。重要结论：为了使接收机的总噪声系数小，要求各级噪声系数小，额定功率增益高。然而，不同级别的内部噪声影响不同，级数越高，对总噪声系数的影响越大。因此，接收机应采用高增益、低噪声和高频放大器。噪声系数计算示例，无低噪声和高放大，GR20dB，用噪声温度te表示：接收器灵敏度，测量接收器接收(检测)弱信号的能力。在有一定虚警概率的情况下，为了使检测概率更高，信噪比不太低，接收机采用Si

8、、Ni、So、No、接收机灵敏度、识别系数等措施来提高接收机灵敏度，接收机中频放大器采用匹配滤波器来获得白噪声背景下的最大输出信噪比。尽量降低接收机的总噪声系数F0，尽量采用高增益、低噪声、高放大倍数的识别系数M，这与所需的检测质量、检测方法、天线波瓣宽度、扫描速度和雷达脉冲重复频率有关。在保证整机性能的前提下，最小化M值，临界灵敏度，让M=1，图3.13，P60，对数表达式，一般接收机的灵敏度为-90-110分贝，雷达接收机的高频部分，接收机的“前端”，收发开关接收机保护电路，高频放大混频器本机振荡器，收发开关，功能：发射时，使天线与发射机连接，同时与接收机断开，避免高频接收时， 将天线与接

9、收器连接，同时将其与发射器断开，以避免因发射器旁路而丢失微弱的接收信号。组成：高频传输线气体放电管(传统)，类别：分支线型收发开关平衡收发开关铁氧体环行器，收发开关分支线型，TR，气体放电管，ATR，接收机保护避雷器，发射机隔离避雷器， 高频放大器、超低噪声非制冷参量放大器和低噪声晶体管放大器用途：降低接收机的噪声系数：低噪声、高增益实现：g为非线性函数、非线性电路、选频环路、本振、混频器、信号输入、中频输出、fH、fI=fH-fL、fL、寄生频率、镜像频率干扰、有用信号频率、干扰信号频率、fL、fH、fH-2fL镜像频率有影响：自动频率控制(AFC)、预热漂移、温度漂移、负载变化引起的频率拖

10、曳效应和电子移频AFC fL:电源变化和温度变化会导致本地振荡器的频率漂移。自动频率控制(AFC)旨在将发射信号频率和本地振荡器频率之间的差值保持在正确的中频。根据其自动频率控制的对象不同，控制方法可分为两类：早期脉冲振荡雷达：由反射速调管和压控振荡器组成的控制本振(fH)。现代脉冲振荡雷达采用可调谐稳定本地振荡器来控制磁控管的频率。现代脉冲调制雷达中的自动频率控制。在频率跟踪状态下，鉴频器根据差频偏离额定中频的方向和大小输出一系列脉冲信号。经过放大和峰值检测后，取出DC误差信号，控制调谐电机旋转。电机旋转的方向和幅度取决于DC误差信号的极性(正或负)和幅度，因此磁控管频率和稳定本地振荡频率之

11、间的差值接近额定中频。增益控制目标：1 .防止强信号引起的过载，增加接收机的动态范围；2.以防止信号强度随目标的距离和性质而变化；3.为了防止接收机因近地面杂波而过载，自动增益控制(AGC)。在跟踪雷达中，为了保证对目标的自动方向跟踪，要求接收机输出的角误差信号强度只与目标和天线轴之间的角度有关(称为“误差角”)，为了得到这个归一化的角误差信号，使天线正确跟踪运动目标，必须采用自动增益控制。自动增益控制：使放大电路的增益随信号强度自动调整的自动控制方法。自动增益控制(AGC)、短距离增益控制(STC)、短距离增益控制电路又称“时间增益控制电路”或“灵敏度时间控制(STC)电路”，用于防止中频放

12、大器因短距离杂波干扰而过载。距离、幅度、短程增益控制(STC)、杂波干扰(如海浪杂波和地杂波干扰等)。)主要发生在近距离，并且干扰功率随着距离的增加而相对平滑地减小，如图所示。如果把发送信号的时间作为距离的起点，那么横轴实际上就是时间轴。以防止由近程杂波干扰引起的中频放大器过载。在发射和发射信号之后，接收器产生与干扰功率随时间变化的规律“匹配”的控制电压Uc，并控制接收器的增益根据该规律变化。短程增益控制(STC)、接收机滤波器设计、滤波器设计准则：输出信噪比在某一时刻达到最大。匹配滤波器，某一时刻的输出信号为、假设高斯白噪声的功率谱密度为，输出信噪比(SNR)，考虑t0=0时的SNR，输出SNR的最大化，Schwartz不等式，当且仅当下列等式成立，其中k为常数，输出SNR的最大化，根据Schwartz不等式，当且仅当下列等式成立。通常，K=1，t0=0，匹配滤波器幅频特性：滤波器相频特性：匹配滤波器幅相特性，1。典型的超外差雷达接收机主要由哪些部分组成？衡量接收机性能的主要质量指标是什么？2