连续波雷达直波泄露抑制技术研究

图 4 连续波雷达收发天线分离原理框图
雷达直波泄露信号中放输出表达式：
PISO
=
PFS GF GI LG DF LH DI
（ 1）
雷达直波泄露信号携带噪声中放输出表达式：
PINO
=
PFN GF GI LG LH
（ 2）
在（ 1） 、（ 2） 式中 PISO 为发射直波泄露信号的中
放输出功率； PINO 为发射直波泄露信号携带噪声中
放输出功率； PFS 为发射天线发射信号功率； PFN 为
发射信号携带噪声功率； LG 为收发空F 为射频对消模块对消
比； LH 为混频器损耗； DI 为中频对消模块对消比；
GI 为中放放大倍数 。
从（ 1） 和（ 2） 式可以看出，收发空间物理隔离对
发射直波泄露信号及其携带噪声具有相同抑制作
第2 期
冯健康等： 连续波雷达直波泄露抑制技术研究
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应闭环对消技术方案是采用自动控制原理，把发射 信号样本和接收信号进行相关处理，控制矢量调制 器的相移和幅度大小来对消接收机接收到的发射直 波泄露信号［3］，其系统框图如图 3 所示。
模拟式采用矢量解调器把发射直波泄露信号分 解为 I、Q 信号，经过有源滤波放大网络后，通过矢量 调制器构造一个与发射直波泄露信号等副反向的信 号，通过耦合器馈入接收通道。数字式是采用 DSP 及 A / D、D / A 等数字信号处理模块对发射直波泄露 信号进行量化和分解，并选择多种自适应算法来改 善收敛速度。实现对消目的。 1. 3 接收机中频滤波和数字信号处理器滤波技术
接收机中频滤波技术就是根据发射直波泄露信 号与目标回波信号在频域的分布特性差别实施中频 放大链频域滤波，该技术一般在混频和中频放大链 之间实施，其目的是发射直波泄露信号经场放和混 频后，对发射直波泄露信号在中频放大之前进行抑 制，从而保证发射直波泄露信号通过中频放大输出 不饱和。而数字信号处理器滤波技术就是当连续波 雷达通过收发天线的空间物理隔离技术措施和接收 机放大链实施对消技术和中频频域滤波措施后，发 射直波泄露信号的中频接收机输出信号虽然没有饱 和但还比较大情况下，进而通过数字信号处理器采 用多普勒处理抑制杂波的原理对发射直波泄露信号 滤波的技术。
图 2 收发天线隔离板加装吸波材料
1. 2 接收通道对消技术 接收通道对消技术就是构造一个与发射直波泄
露信号幅度相等，相位相反的信号，然后与接收机接 收信号进行相加（ 或合成） ，从而达到降低发射直波 泄露信号的技术。从对消技术在连续波雷达实施部 位分为射频对消技术和中频对消技术； 从对消技术 功能分为开环对消技术和自适应闭环对消技术； 从 对消技术实现方式可分为模拟式和数字式等。
图 3 自适应闭环对消系统原理框图
开环对消技术是基于发射直波泄露信号幅度、 相位相对稳定为前提，在雷达工作之前，雷达自动关 闭对消信号，雷达系统直接检测出发射直波泄露信 号的幅相值，然后雷达自动发射关闭，并开启对消信 号，调整对消信号幅度和相位，直至雷达系统测量对 消信号的幅度与发射直波泄露信号的幅度相等，相 位相反。固化对消信号幅度和相位调整值，开启发 射和对消信号，便自动完成了开环对消功能。自适
雷达接收通道是否实施对消技术，要根据发射 直波泄露信号是否导致接收机饱和，是采用射频对 消还是采用中频对消技术，要看发射直波泄露信号 导致接收通道放大链输出饱和在那一级，如果接收 机射频放大输出饱和，那么必须采用射频对消技术 措施。如果接收机中频放大输出饱和，可以采用中 频对消技术措施，接收通道采用中频对消技术要比 射频对消技术电路实施难度相对较小。
0 引言
连续波 雷 达 与 脉 冲 雷 达 相 比 较 有 诸 多 的 技 术和战术优点，如测量 精 度 高、杂 波 抑 制 能 力 强， 从 发 射 功 率 层 面 上 易 于 实 现 低 截 获、体 积 小、重 量轻、功耗小等。但 由 于 连 续 波 雷 达 同 时 发 收 存 在严重的发射信号 直 波 泄 露，这 将 直 接 影 响 雷 达 接收系统的正常工 作，其 一 强 的 发 射 直 波 泄 露 信 号 将 会 饱 和 中 放，甚 至 使 混 频 器 饱 和，从 而 阻 塞 接收机； 其二强的直波泄露信号携带的噪声也很 强，导致本来很容易 检 测 的 目 标 回 波 信 号 被 泄 露
【摘要】连续波雷达与脉冲雷达相比较有诸多的技术和战术优点，但由于连续波雷达存在严重的发
射直波泄露信号，给连续波雷达的广泛应用设置了技术瓶颈。本文全面介绍了连续波雷达发射直
波泄露信号抑制技术，并对连续波雷达检测能力进行了分析，给出了连续波雷达不仅要求对发射直
波泄露信号具有良好的抑制，同时还要求发射信号必须具备低（ 超低） 相位噪声指标要求及其运算
2 连续波雷达检测能力的分析
连续波雷达收发天线分离原理框图如图 4 所 示。频综激励信号经过放大后通过发射天线发射， 与发射天线分离的接收天线接收信号（ 包括目标回 波信号和发射直波泄露信号） 进入场放放大，然后 进入射频对消模块对发射直波泄露对消，经过混频 器后变成中频，中频对消模块继续对发射直波泄露 信号的剩余再次对消，中放放大，信号处理器对中放 输出进行中频采样、下变频和数字信号处理［4］。
噪 声 淹 没，降 低 接 收 机 灵 敏 度； 其 三 强 的 直 波 泄 露信号可能从动目标检测滤波器的副瓣进入产 生虚假目标。连续波雷达收发隔离一直是限制 连续波雷达广泛应 用 和 发 展 的 主 要 因 素，如 何 有 效解决连续波雷达 收 发 隔 离 问 题，把 发 射 信 号 的 直波泄 露 抑 制 到 足 够 低 的 程 度 有 着 重 要 意 义。 通常连续波雷达在实际工程中抑制发射直波泄 露信号技术措施主要有基于电磁波传输特性的 空间物理隔离技术； 基于收发信号特性的接收通 道对消技术和基于信号多普勒处理杂波抑制技 术的接收机中频滤波技术和数字信号处理滤波 技术。物理隔离对连续波雷达直波泄露信号及
吸波材料，测试接收天线耦合到功率为 － 51dBm（ 隔 离度约为 95dB） ［2］。
1 发射直波泄露抑制技术
1. 1 收发天线空间物理隔离技术 空间物理隔离技术就是根据电磁波传输理论和
特性在收发空间上实施的发射直波泄露信号隔离技 术措施。在早期单天线的连续波雷达中常常采用环 形隔离器来解决收发隔离问题，但目前隔环形器的 隔离水平只能达到 40dB 左右。采用收发天线分离 技术可以有效提高隔离度，而且增大收发天线间距 可以提高收发隔离，一般收发天线间距增加一倍隔 离度可提高 6dB，但这将受雷达体积重量限制。空 间物理隔离度大小还与工作频率、收发天线波束宽 度、副瓣等参数有关，同时也与连续波雷达发射与接 收电路的电磁屏蔽技术有关。通常在收发天线间加 装吸收性 U 型隔离板（ 见图 1） ，对发射天线侧向辐 射的电磁波进行吸收和隔离，这种隔离措施使收发 天线间的 电 磁 波 不 能 直 视 传 输，隔 离 效 果 十 分 明 显［1］。但单纯使用 U 型金属隔离板时，由于金属隔 离板的安装，在雷达结构上产生了不连续点，当电磁 波照射到 U 型隔离板上时，在结构不连续处可能会 激起表面导波 （ 即表面波） ，表面波沿着隔离 板 传 波，在结构不连续处表面波转变成辐射源，产生非镜 面散射，对隔离度产生影响。通常会在金属隔离板 表面加贴吸波材料，使表面波传输到结构不连续处 之前，已被充分衰减，从而减弱非镜面散射如图 2 所 示，例如： 某“X”波段连续波测速雷达，发射功率为 44dBm，收发天线采用微带平面贴片天线阵结构，收 发天线分离，且之间加装金属隔离板，测试接收天线 耦合到功率为 － 36dBm （ 隔 离 度 约 为 80dB ） ，在 金 属 隔离板外侧面贴吸 波材 料，测 试 接 收 天线耦合到功率为 － 45dBm （ 隔 离 度 约 为 89dB ） ，在 金 属隔离板外侧面贴 高阻表面光子晶体 图 1 收发天线 U 型隔离板示意图
收稿日期： 2014-12-4 基金项目： 总装预研基金项目（ 40404070101） 作者简介： 冯健康（ 1961 － ） ，男，研究员。研究方向为雷达系统技术。
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火控雷达技术
第 44 卷
其信号携带噪声均 有 抑 制，但 滤 波 和 对 消 技 术 仅 能够对发射直波泄 露 信 号 具 有 抑 制 作 用，但 对 信 号携带的噪声却不 能 较 好 抑 制，为 此 本 文 通 过 分 析连续波雷达灵敏 度 出 发，对 连 续 波 雷 达 的 检 测 能力作了分析。
用，而接收通道中采用的射频对消模块和中频对消
模块，仅对发射直波泄露信号进行抑制，发射直波泄
露信号携带的噪声却不能抑制。 我们知道： 接收机的噪声系数［5］表达式为：
Psi
F = Pni = Psi ·Pno = Pno Pso Pso ·pni G·Pni
（ 3）
Pno
式中 F 为噪声系数； Psi ，Pni 分别为接收机输入
端的信号功率和噪声功率； Pso ，Pno 分别为接收机
输出端的信号功率和噪声功率； G 为接收机线性电
路的功率增益（
G
=
Pso Psi
）
。
对连续波雷达而言： 接收机输入的噪声功率由
两部分组成：
Pni = PnAi + PnBi
（ 4）
接收机实际输出的噪声功率 Pn0 包含三部分噪
Feng Jiankang，Huang Genquan，Xie Min （ Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute，Xi'an 710100） Abstract： The continuous-wave （ CW） radar possesses many advantages in technology and tactics comparing with the pulsed radar，but a technological bottleneck for wide application of CW radar is set because it has serious leakage of transmitting direct wave signal． The CW radar transmitting direct wave signal leakage suppression technology are introducd completely； the CW radar detecting capability is analyzed； and requirement for CW radar not only to suppress transmitting direct wave leakage signal well，but also its transmitting signal must have low （ ultra-low） phase noise specifications for the CW radar and its operation formulas are given． Keywords： CW radar； direct wave leakage； physical isolation； cancellation technique； ultra-low phase noise