第二章：雷达信号的频率测量

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BBS.21RD.COM【研发社区】2．1概述要点：l重要性l主要技术指标l技术分类1．重要性载波频率是雷达的基本、重要特征，具有相对稳定性，使信号分选、识别、干扰的基本依据。2．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，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。121fffPrIFrfthrIFtTt12)测频范围、瞬时带宽、频率分辨力和测频精度•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•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，等于瞬时带宽。•窄带搜索接收机：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，测频误差越大。rff21max3)可测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抖动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。测频系统允许的最窄脉宽尽可能窄、是否可以检测脉内频率调制等是其重要的指标。4)同时信号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：10ns第2类同时到达信号：10ns120ns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保证正确的发现和测量信号的前提。它域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：•工作动态范围：保证测频精度条件下的强信号与弱信号的功率之比，也称为噪声限制动态范围。•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。3．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2.2频率搜索接收机要点：l搜索式超外差接收机l频率搜索形式l频率搜索速度1．超外差搜索的基本原理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至处理器微波预选器的瞬时带宽：本振频率：中放带宽：检波视放有输出信号的条件：2,200rrpftfftftfiLftftf02,2ririfffftftfpR2．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=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fIfRfLfmf中频主频本振镜频•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1,1,nmfnfmfiRLIRLffmfILRfffmisimosomsPPPPdlg10提高镜像抑制的方法1)微波预选-本振统调搜索过程中预选器跟随本振调谐，实现单信道接收2)宽带滤波-高中频用宽带滤波器代替预选器：提高中频频率：2,2rILrILpfftffftftf21,fffp212fffI提高镜像抑制的方法(续）3）镜像抑制混频器采用双平衡混频器，主信道相加，镜像信道相减，可达到20~30dB4)零中频采用零中频，但灵敏度较低。3.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通调，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。4.频率搜索方式1)连续搜索Nff2f1f0rftTftfNff2f1f0tTf单程搜索双程搜索频率搜索方式(续）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5.频率搜索速度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的要求，即b)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――雷达天线波束宽度，――雷达天线扫描范围。rrfZTfffT12sfTTaaasTTaa2．3比相法瞬时测频接收机要点：l微波鉴相器l极性量化器l多路鉴相器的并行运用l对同时到达信号的分析与检测l测频误差分析l组成及主要技术指标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，即由于高速搜索时，接收机输出脉冲幅度减小，一般具体实现时都采用压缩接收机。3）频率概率搜索不满足快慢搜索条件下为概率搜索。fTfT1．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。功率分配延时线相加器检波器TkAUcos1220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•简单微波鉴相器的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TTff112Tf22）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cos2KAUIsin2KAUQ鉴相输出信号，TkAUTkAUQIsincos22特点：l在[0，2]无模糊l没有与频率无关的直流分量输出可用于模拟测频：TUUtgIQ/12.极性量化器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00,01xxxsign2int,2,modnCTf•极性量化直接用于UI、UQ，只能得到n=4•利用三角公式：对已有的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sinsincoscoscossincoscossinsincos,sin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。FTf223．多路鉴相器的并行运用为了同时满足测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T4T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(2i)，每路鉴相器的相位量化为ibit，最长迟延支路量化为mbit，理论测频精度为：在实际中，一般k=3,4,m=4~6,n=4,8。423Ffmin121Tnfmk4.主要技术参数l不模糊带宽：F倍频程或者更高l频率分辨率：1～2MHzl测频精度：1～2MHzl频率截获概率：1l频率截获时间：脉冲重复周期l灵敏度：－40dBm~－50dBml动态范围：50～60dB2.4信道化接收机要点：•基本工作原理•存在问题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。1）纯信道化接收机2)折叠信道化接收机2)时分制信道化接收机1)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:1m1121mfffr2121fffi1,0,5.011111mjfjfffrijL2m212/mffrr2/12riff1,0,5.02/222112mjfjffffririjL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kmkrkrkmff/12/1rkikff1,0,5.02/11krkikrkikLkjmjfjffffkkmfff122,1,knk2ˆ1ffnffkrkk2111mmmL2）折叠信道化接收机每层中频输出取和后再分路，分波段只设一个通道，减少了设备量。缺点是有交迭模糊3）时分制信道化接收机每层中频输出由信访开关转换，有漏失2．存在问题信号谱旁瓣引起相邻多信道同时检测，可利用相邻比较解决；信号频率本身处于相邻信道边沿处，可利用相邻信道处理解决。