电子对抗原理

雷达对抗原理——第2章雷达信号频率测量本章内容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1、测频技术概述1、概述频率测量的重要性1、概述频域参数包括：载波频率、频谱和多普勒频率。频域参数反映了雷达的功能和用途；雷达的频率捷变范围和谱宽是度量雷达抗干扰能力的重要指标。频率特征的重要性：测频系统主要技术指标测频时间1、概述测频时间是接收机从截获信号到输出测频结果所用的时间。测频时间影响侦查系统的截获概率和截获时间。对侦察接收机来说,一般要求瞬时测频(IFM)。对于脉冲信号来说,应在脉冲持续时间内完成测频任务,输出频率测量值fRF。瞬时测频对雷达侦查设备要求：1）宽的瞬时频带,如一个倍频程,甚至几个倍频程；2）高的处理速度截获概率：在给定的时间内正确地发现和识别给定信号的概率。测频系统主要技术指标频域的截获概率：即频率搜索概率。1、概述全截获概率条件：接收空间都能与信号空间完全匹配。（实际的侦察接收机的截获概率均小于1）。对于脉冲雷达信号来说,根据给定时间不同,可定义为单个脉冲搜索概率、脉冲群搜索概率以及在某一给定的搜索时间内的搜索概率。单个脉冲的频率搜索概率为121rIFfPffΔfr——测频接收机的瞬时带宽。[f1,f2]——测频范围,即侦察频段。121rIFfPff若Δfr=f2-f1，则PIF1=1。如何实现单个脉冲的全截获概率？测频系统主要技术指标1、概述例：Δfr=5MHz,f2-f1=1GHz,则PIF1=5×10-3,可见单个脉冲截获概率是很低的。测频系统主要技术指标截获时间：达到给定截获概率所需要的时间。1、概述若采用非搜索的瞬时测频,单个脉冲的截获时间tIF1≤Tr+tthTr：为脉冲重复周期;tth：为电子侦察系统的通过时间,即信号从接收天线进入到终端设备输出所需要的时间。测频系统主要技术指标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频率范围例：宽开式晶体视频接收机：瞬时带宽与测频范围相等,因此对单个脉冲的频率截获概率为1,可是频率分辨力却很低。1、概述瞬时带宽——测频系统在任一瞬间可以测量的雷达信号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。窄带扫频超外差接收机：瞬时带宽很窄,其频率分辨力等于瞬时带宽,对单个脉冲截获概率虽很低,但其频率分辨力却很高。测频系统主要技术指标传统测频接收机的特征：传统的测频接收机在频率截获概率和频率分辨力之间存在着矛盾。目前,信号环境中的信号日益密集、频率跳变的速度与范围越来越大,这就迫切要求研制新型的测频接收机,使之既在频域上宽开,截获概率高,又要保持较高的分辨力。测频精度测频精度是测频误差的均方根误差。测频误差是指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。1、概述测频系统主要技术指标传统测频接收机的测频误差由瞬时带宽决定，即为max12rff特征：瞬时带宽越宽，测频误差越大，测频精度越差。对超外差接收机来说，测频误差还与本振频率稳定度、调谐特性的线性度，以及调谐频率的滞后量有关。1、概述测频系统主要技术指标测频的信号形式1、概述现代雷达信号形式:脉冲信号、连续波信号。脉冲信号高工作比的脉冲多普勒信号重频抖动信号各种编码信号以及各种扩谱信号常规的低工作比的脉冲信号强信号对测频的影响强信号频谱的旁瓣往往遮盖弱信号,引起频率测量模糊,使频率分辨力降低。测频系统主要技术指标测频的信号形式1、概述脉冲信号宽度允许的最小脉冲宽度τmin要尽量窄。被测信号的脉冲宽度上限通常对测频性能影响不大,而脉冲宽度的下限往往限制测频性能。脉冲宽度越窄,频谱越宽,频率模糊问题越严重,截获概率和输出信噪比越小。测频系统主要技术指标同时到达信号的分离能力1、概述对脉冲信号来说，两个以上的脉冲前沿严格对准的概率很小，因而分析理想的同时到达信号没有实际意义。实际分析用的同时到达信号是当两个脉冲的前沿时差满足Δt10ns：第一类同时到达信号10nsΔt120ns：第二类同时到达信号信号环境日益密集对测频接收机的要求：测频接收机能对同时到达信号的频率进行精确测量，且不能丢失其中弱信号。测频系统主要技术指标1、概述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，即最小可测频的信号功率(dBmW)。动态范围在保证精确测频条件下输入信号功率的变化范围。在测频接收机中,被测信号的功率变化会影响测频精度,信号过强会使测频精度下降（接收机饱和引起测频错误、强旁瓣泄露进入其他信道）,过弱则被测信号信噪比低,也会使测频精度降低。我们把这种强信号输入功率和弱信号输入功率之比称为噪声限制动态范围。正确的检测到信号是测量其频率的前提。A）噪声限制动态范围强、弱信号不同时出现测频系统主要技术指标1、概述如果在强信号的作用下,测频接收机内部所产生的寄生信号遮盖了同时到达的弱信号,这就会妨碍对弱信号的测频。这时,强信号输出功率与寄生信号的输出功率之比称为瞬时动态范围。它的数值大小，是测频接收机处理同时到达信号能力的一种度量。当强功率信号的寄生信号？弱信号功率时，弱信号频率可测？瞬时动态范围现代测频技术分类1、概述分析：由于信号频率的测量是在侦察接收机的前端进行的,被测信号与各种干扰混叠在一起,故测频是信号的一种预处理。雷达系统可用匹配滤波器对回波进行预处理，把有用信号和干扰分开。而在电子对抗系统中，接收到的信号彼此差别大，对其先验知识少，不能使用匹配滤波。但为了将各种信号从干扰中分离出，也必须采用匹配滤波。测频接收机——宽频域滤波器。现代测频技术分类1、概述测频技术频率取样变换法搜索频率窗毗邻频率窗搜索超外差接收机射频调谐晶体视频接收机多波道晶体视频接收机信道化接收机相关/卷积器傅里叶变换比相法瞬时测频接收机声光卷积测频接收机压缩接收机数字傅里叶变换接收机声光接收机频率截获概率和频率分辨力存在矛盾重量、体积、成本？高截获概率和高频率分辨同时获得。数字接收机：对射频信号直接采样，用FFT分析信号，测频精度提高。2、频率搜索接收机2、频率搜索接收机搜索式超外差接收机射频调谐晶体视频接收机频率搜索形式频率搜索速度选择2、频率搜索接收机搜索式超外差原理1f2f微波预选器与本振统调，选择某射频频率范围的信号混至中频进行处理。搜索式超外差接收机原理搜索式超外差接收机优点1）中频放大获得高增益和好的频率选择性，灵敏度高2）中频信号完整保留了射频信号的频率相位信息，能检测宽脉冲LFM和相位编码信号。2、频率搜索接收机搜索式超外差接收机缺点1)存在寄生信道干扰搜索式超外差原理2)比晶体视频接收机复杂3)窄带搜索式超外差接收机搜索时间长,对短时间出现的信号频率截获概率低。2、频率搜索接收机搜索式超外差寄生信道干扰寄生信道干扰在混频器中,不仅有主信道,还有很多寄生信道,可能造成测频错误。通常称这种干扰为混频器的寄生信道干扰,或混频器组合干扰。混频器输入端加入信号fR和本振fL，由于混频器非线性，产生中频fi的关系为：fI=mfL+nfR2、频率搜索接收机搜索式超外差寄生信道干扰本振高次谐波远离中频，除基波成分外作用很小，因此只考虑m=±1；fS=fR=fL-fifI=mfL+nfR设m=-1,n=+1为镜像干扰信道，即镜频为：fm=fR=fL+fi设m=1，n=-1为主信道，即有用信号为：混频器的输入射频信号电平比本振低很多，因此只考虑功率较大的基波分量n=±1。2、频率搜索接收机搜索式超外差寄生信道干扰镜像抑制比dms—衡量混频器对镜像信道干扰的抑制能力定义1：保持输入射频信号幅度不变（输入信号频率在主信道频率和镜频之间切换）,主信道输出的信号功率Pso与镜像信道输出的干扰功率Pmo之比称为镜像抑制比：/mssonodPP定义2：保持输出幅度不变,镜像信道的输入功率Pmi与主信道的输入功率Psi之比,称为镜像抑制比,即/msmisidPP对dms的要求：为了保证镜像干扰不引起测频误差,必须有足够大的镜像抑制比,一般要求dms≥60dBdms小，在镜频影响下没有fs却测出此频率2、频率搜索接收机提高射频电路的选择性,抑制镜像信道消除镜像频率干扰的方法:搜索式超外差寄生信道干扰Lfmf1Sff2Sf2）采用宽带滤波-高中频接收,即用固定频率的宽带滤波器取代窄带可调预选器,同时提高中频,将镜像信道移入滤波器的阻带中,抑制镜频信号,保证单信道接收。Lfmf1Sff2Sf1）窄带预选器和本振统调。在搜索过程中,预选器跟随本振调谐,始终保持预选器通带对准所需要侦收的频率,阻带对准镜频信道,实现单信道接收。射频滤波器要不断调整其参数—中心频率！射频滤波器参数不需调整2、频率搜索接收机搜索式超外差寄生信道干扰高中频接收的优点:3）采用镜频抑制混频器。通过使用这种双平衡混频器，在主信道上，两个混频器输出同相相加；在镜像信道上，反相相减，实现单信道接收。采用零中频技术把中频降到零,使镜像信道与主信道重合,变成单一信道。调谐电路简化；接收机摆脱了窄带预选器的限制，可构成宽带超外差接收机。窄带超外差接收机2、频率搜索接收机2、频率搜索接收机典型的超外差接收机宽带超外差接收机窄带超外差接收机的射频带宽受到微波预选器的限制,一般在20~60MHz。如果将带宽展开到100~200MHz,再与宽带中放连接,便可以构成宽带超外差接收机。2）难以检测频率捷变信号和线性调频等扩谱信号3）灵敏度高,抗干扰能力强,输出信号流密度低,对处理机速度要求可以放宽。1）接收机以加长截获时间为代价换取了高频率分辨力,降低了截获概率；2、频率搜索接收机典型的超外差接收机(1)能检测和识别宽带雷达信号,即频率捷变、宽脉冲线性调频和相位编码信号。宽带超外差接收机的特点：(2)由于瞬时带宽的增加,缩短了给定频率范围的扫描时间。2、频率搜索接收机射频调谐的晶体视频接收机工作原理1）首先,微波预选器在侦察频段内调谐,选择所需要的信号,抑制不需要的信号和干扰;2）经过选择的信号被送入微波检波器,取出信号包络；3）再将视频脉冲加到视频放大器,经过视频放大后送入信号处理机。根据预选器的频率设置可以得到被测信号的频率。2、频率搜索接收机特点：射频调谐的晶体视频接收机2）RFT晶体视频接收机与搜索式超外差接收机相比,其优点是技术简单,工作可靠,体积小,重量轻,成本低等;3）主要缺点是灵敏度低,测频分辨力和精度不高。1）RFT晶体视频接收机的频率分辨力由预选器的瞬时带宽确定,带宽越窄,频率分辨力越高。3、比相法瞬时测频接收机3、比相法瞬时测频引：频率搜索体制不能解决截获概率和频率分辨力之间的矛盾，比相法瞬时测频采用自相关技术，进行频率相位的变换，通过测量相位实现测频。3、比相法瞬时测频微波鉴相器~22jtiuAAe~23jtuuAAe~42jtuuAAe()53(/)jjtguueAeTLc6456(1)2(1cos)jtjuuuAeeuA272(1cos)uKATL延迟线长度3、比相法瞬时测频66(1)2(1cos)jtjuAeeuA272(1cos)uKAT微波鉴相器参数特征(1)要实现u4和u5的相关，必须满足:minT其中τmin为测量脉冲的最小宽度，否则不能实现相干，这限制了迟延时间的上限。(2)u7输出为周期函数，，要保证测频不模糊，要求。cos()cos(2)TT02T2121222fTfT设[f1,f2]为测频区间，则需要满足3、比相法瞬时测频66(1)2(1cos)jtjuAeeuA272(1cos)uKAT2121222fTfT则测频范围由21/(2)2/(2)1/fffTTT即，延迟线电长度T越小，获得的测频范围越大。f微波鉴相器参数特征3）u7检波输出电压受信号幅度A的影响