現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的特性

鄭迎賓

摘 要

接收機(jī)是雷達(dá)系統(tǒng)中重要的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響雷達(dá)整體的探測(cè)性能。文章從引用現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的工作原理出發(fā)，通過(guò)論述幾個(gè)影響接收機(jī)性能的重要質(zhì)量指標(biāo)，包括噪聲系數(shù)、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、濾波及穩(wěn)定性等，來(lái)研究幾種不同工作機(jī)制下雷達(dá)接收機(jī)的特性，對(duì)相關(guān)工作人員具有一定的學(xué)習(xí)參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)接收機(jī) 回波信號(hào) 指標(biāo) 特性

在雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)接收機(jī)具有至關(guān)重要的作用。雷達(dá)接收機(jī)的主要功能就是能夠從雷達(dá)探測(cè)的大量信息中選擇有用的信息，其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)雷達(dá)天線(xiàn)接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行一系列的選擇，包含預(yù)選、放大、混頻、濾波、解調(diào)等處理過(guò)程，同時(shí)還要對(duì)內(nèi)外部的干擾信號(hào)、噪聲、雜波進(jìn)行抑制及過(guò)濾，得到有用的目標(biāo)回波信號(hào)，以供信號(hào)處理需要。一般來(lái)說(shuō)，警戒雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)等所探測(cè)的飛行器、船只、車(chē)輛及人員信息是有用回波信號(hào)，而云、雨等對(duì)于氣象雷達(dá)是有用回波信號(hào)。

1 雷達(dá)接收機(jī)的工作原理

雷達(dá)接收機(jī)主要由模擬電路、數(shù)字電路、微波電路及信號(hào)處理單元組成?，F(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)基本上都采用超外差式接收機(jī)，他由高頻放大、混頻、中頻放大、檢波、視頻放大等電路組成，其組成框圖如圖1所示。

實(shí)際應(yīng)用中，為了提高接收機(jī)的性能，其組成還要更為復(fù)雜些。例如，為保證接收機(jī)在寬帶工作，進(jìn)行二次混頻；為提高信號(hào)質(zhì)量，加入線(xiàn)性濾波；為了穩(wěn)定本振，使用性能高的頻率綜合器等。

2 幾個(gè)重要指標(biāo)

對(duì)于現(xiàn)代雷達(dá)來(lái)說(shuō)，我們對(duì)接收機(jī)追求的共性可概括為噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、工作頻帶寬、穩(wěn)定性好及性?xún)r(jià)比高等。

2.1 噪聲系數(shù)和靈敏度

雷達(dá)接收機(jī)的噪聲分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。內(nèi)部噪聲主要由接收機(jī)內(nèi)部微波或高頻元器件及饋線(xiàn)產(chǎn)生，外部噪聲主要由天線(xiàn)噪聲、工業(yè)干擾、宇宙射線(xiàn)干擾及人為干擾等。噪聲系數(shù)常用F表示，定義為接收機(jī)輸入與輸出端的信噪比，公式為：

靈敏度用來(lái)表示接收機(jī)能探測(cè)到微弱信號(hào)的能力。高靈敏度的雷達(dá)，探測(cè)微弱信號(hào)的能力大，相應(yīng)的探測(cè)距離就會(huì)更遠(yuǎn)；相反亦之。靈敏度常用最小可檢測(cè)信號(hào)功率Simin來(lái)表示。

式中，k為玻爾茲曼常數(shù)；T0為17℃下的熱力學(xué)溫度290K；Bn為系統(tǒng)噪聲帶寬；M稱(chēng)為“識(shí)別系數(shù)”，定義為接收機(jī)最小輸出信噪比值（（So/No）min），它因不同體制雷達(dá)而變化。

2.2 動(dòng)態(tài)范圍和增益

雷達(dá)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍表示，在正常工作時(shí)，接收機(jī)所允許輸入信號(hào)的強(qiáng)度范圍。太弱的輸入信號(hào)，會(huì)被接收機(jī)忽略掉；信號(hào)太強(qiáng)，接收機(jī)則會(huì)發(fā)生過(guò)載飽和。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常采用對(duì)數(shù)放大器來(lái)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。

接收機(jī)增益通常表示為輸出信號(hào)與輸入信號(hào)功率或電平的比值，是指對(duì)回波放大的能力。

2.3 濾波性能

雷達(dá)接收機(jī)的濾波性能直接影響對(duì)系統(tǒng)噪聲的控制情況，關(guān)系到接收機(jī)的靈敏度、波形狀況等指標(biāo)，它取決于雷達(dá)中頻部件的頻率特性。我們?cè)谶M(jìn)行濾波設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮濾波器帶寬比，使其性能盡可能接近“匹配濾波器”以提高接收機(jī)輸出的信噪比。

2.4 穩(wěn)定性

接收機(jī)的穩(wěn)定性主要指頻率、幅度及相位的穩(wěn)定。頻率穩(wěn)定一般取決于本振信號(hào)穩(wěn)定度，它是直接影響整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)在從多樣雜波中對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別及檢測(cè)能力，也稱(chēng)作改善因子。幅度及相位的穩(wěn)定主要影響測(cè)量的精度。

3 現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的種類(lèi)及特性

當(dāng)然，可以根據(jù)工作體制及不同的用途來(lái)劃分雷達(dá)種類(lèi)，比如氣象雷達(dá)、警戒雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)、預(yù)警雷達(dá)和精密跟蹤雷達(dá)等。而雷達(dá)接收機(jī)應(yīng)用到不同種類(lèi)的雷達(dá)上，其工作體制與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式也不盡相同。

3.1 全相參雷達(dá)接收機(jī)

全相參是指雷達(dá)的發(fā)射機(jī)激勵(lì)信號(hào)、本振信號(hào)及各種定時(shí)器觸發(fā)脈沖信號(hào)等時(shí)基信號(hào)全部由同一基準(zhǔn)信號(hào)提供，這些信號(hào)之間有確定的相位關(guān)系，以確保所有信號(hào)的相參性。在雷達(dá)接收系統(tǒng)中，信號(hào)源一般為頻率綜合器。

全相參雷達(dá)接收機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒信息的提取與處理，大大提高了探測(cè)距離和速度的分辨力，比如氣象雷達(dá)應(yīng)用中地物回波的踢除。

3.2 相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)

相控陣?yán)走_(dá)的天線(xiàn)為天線(xiàn)陣列，由m個(gè)子陣組成，每個(gè)子陣有n個(gè)收發(fā)模塊，共m*n個(gè)收發(fā)模塊。這些收發(fā)組件主要包含功率放大器、高頻低噪放大器、環(huán)形器、隔離器、移相器和控制電路等。天線(xiàn)陣列的每個(gè)子陣將n路回波信號(hào)合成子陣波束，送至對(duì)應(yīng)的子陣接收機(jī)，共m通道接收機(jī)。在每個(gè)通道接收機(jī)中，輸出的正交數(shù)字信號(hào)包含了目標(biāo)物的多種信息。因此，相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)除了在頻域和時(shí)域探測(cè)信號(hào)外，還具有空域?yàn)V波功能。

3.3 氣象雷達(dá)接收機(jī)

對(duì)于氣象雷達(dá)來(lái)說(shuō)，有用的回波信號(hào)是云雨，它主要探測(cè)云雨的強(qiáng)度、移動(dòng)速度、位置及范圍。這就需要接收機(jī)具處理有大動(dòng)態(tài)范圍氣象回波的能力。除此，為了更好地探測(cè)速度精度、抑制雜波及相干累積效果，需要頻率綜合器具有很好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上多種接收機(jī)的特點(diǎn)研究學(xué)習(xí)，對(duì)雷達(dá)設(shè)備使用及維修人員來(lái)說(shuō)，可以更加深入的了解接雷達(dá)接收機(jī)的相關(guān)特性， 以便充分的利用雷達(dá)性能及優(yōu)越的發(fā)揮其使用價(jià)值。

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