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简介
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第2 章 雷达信号频率的测量 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 2．1 概述 要点： l 雷达信号频率测量的重要性 l 测频系统的主要技术指标 l 现代测频技术分类 2.1.1 雷达信号频率测量的重要性 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中。因此，我们必须对雷达信号进行分析和测量。 重要性： 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 2.1.2 测频系统的主要技术指标 1、 测频时间 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：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：直接影响侦察系统的截获概率和截获时间。 测频时间(续) 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，即侦察频率范围 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。 2、测频范围、瞬时带宽、频率分辨力、测频误差和测频精度 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： 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： 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。 测频精度： 把测频误差的均方根误差称为测频精度 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。 3、测频的信号形式 现代雷达信号可以分成脉冲和连续波。 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 测频系统允许的最窄脉宽尽可能窄——重要指标。 4、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：t<10ns 第2类同时到达信号：10ns <t<120ns 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。 5、灵敏度和动态范围 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： 保证测频精度条件下的强信号与弱信号的功率之比。 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。 无虚假信号动态范围 2.1.3 现代测频技术分类 2.2 频率搜索接收机 要点： l 搜索式超外差接收机 l 射频调谐晶体视频接收机 l 频率搜索形式 l 频率搜索速度的选择 2.2.1 搜索式超外差接收机 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。 1．接收机中的变频干扰 作用到混频器上的信号无非是本振信号、有用信号、干扰信号和噪声四种。它们之间的任意两种或多种信号都有可能互相组合而产生干扰频率，不同原因产生的变频干扰在接收机中有特定的名称。 图2-3为变频干扰的分类及其产生原因示意图。 1.1 组合频率干扰 产生干扰的条件是 其中 为本振信号频率， 为有用信号频率， 为中频信号载频， 为落在中频信号通带内的频率值 1.2 寄生通道干扰 1.3 互相调制（互调）干扰 互调干扰通常是回波信号在通过混频器或存在非线性失真的模拟器件时，多个干扰信号之间相互作用引起的。 通常用三阶麦克劳林展开式来表示接收机的传输特性，即 1.4 交叉调制（交调）干扰 交调干扰是由混频器或接收系统中各级电路的非线性特性造成的。 1.5 本振噪声干扰和倒易混频干扰 2. 几种典型超外差接收机 1) 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：20～60MHz 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：截获时间长，截获概率低，不能检测频率捷变、线性调频、编码信号。 2) 宽带超外差接收机 瞬时带宽：100～200MHz 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 采用宽带预选器和高中频，扩展瞬时带宽。 2.2.2 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。 2.2.3 频率搜索方式 1) 连续搜索 2) 步进搜索 搜索范围： 搜索周期：Tf 接收时间：tf 脉冲群时间：N 2.2.4 频率搜索速度的选择 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（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 2. 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 3. 频率概率搜索 侦察接收机的频带与雷达信号的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。 2.3 比相法瞬时测频接收机 2.3.1 组成和主要技术参数 1、比相法瞬时测频接收机的组成 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。 2、主要技术参数 2.3.2 微波鉴相器 1. 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。 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。 2. 实用的微波鉴相器原理图 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 2.3.3 极性量化器 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=8，为3bit量化器 再选 = /8，可得到n=16，为4bit量化器 以此类推，通过对UI、UQ及其加权系列的极性量化，可以不断提高数字测频的精度。 多bit量化器的频率分辨率与相位分辨率之间满足 其中F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。 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=4~6， n=4，8。 2.4 信道化接收机 要点： 基本工作原理 信道化接收机存在的问题 信道化接收机的特点和应用 2.4.1 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 1. 纯信道化接收机原理 纯信道化接收机工作原理（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 : 纯信道化接收机工作原理（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 2.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”，却为下一级省却了多个分频支路 优点：减少了设备量 缺点：降低了接收机灵敏度；容易引起测频模糊 3. 时分制信道化接收机 与频带折叠信道化接收机相比，用快速“访问开关”取代了“取和电路”，改进了频带折叠信道化接收机的缺点。 “访问开关”控制方式：内部信号控制、外部指令控制、内外部控制相结合 2.4.2 信道化接收机存在的问题 信号谱旁瓣引起相邻多信道同时检测 解决方式： 相邻通道信号幅度比较 “兔耳”效应 解决方式： 正确设计滤波器通带形状和边缘响应 脉宽积累和后续数字处理 2.4.3 信道化接收机的特点和应用 特点： 信号化接收机是一种高截获概率的接收机； 抗干扰能力强； 测频精度和频率分辨力指标可以做得很高； 灵敏度高，动态范围大。 应用： 适用于各种电子侦察系统；未来战场测频接收机的主要竞争者。 2.5 压缩接收机 要点： Chirp变换原理 声表面波压缩接收机的工作原理 2.5.1 Chirp变换原理 2.5.2 声表面波压缩接收机的工作原理
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