第二章：雷达信号的频率测量

延迟 线
90o电桥
检波 器
差分 放大
鉴相输出信号
，
U I = kA 2 cos ωT U Q = kA 2 sin ωT
特点： 在[0，2π]无模糊 没有与频率无关的直流分量 输出可用于模拟测频：
ω = tg
−1
(U
Q
U
I
)/ T
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
∆f r ――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
t IF1 = Tr + t th
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
3．现代测频技术分类
搜索频率窗 频率取样 毗邻频率窗 测频技术 相关/卷积器 变换法 傅立叶变换 压缩接收机 声光接收机 数字傅立叶变换接收机 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
2.2
频率搜索接收机
要点： 搜索式超外差接收机 频率搜索形式 频率搜索速度
以此类推： 第k分路器：m k 第k中放带宽：f rk = ∆f rk −1 / mk ∆ f 第k中频频率：ik > ∆f rk −1 / 2 第k本振组（低外差）：
f Lkj = f ik −1 − ∆f rk −1 / 2 − f ik + ( j + 0.5)∆f rk , j = 0, ⋯ m k − 1
2) 宽带滤波-高中频 用宽带滤波器代替预选器：
f
p
= [ f1 , f 2
源自文库
]
提高中频频率：
f I > ( f 2 − f1 ) 2
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20~30dB 4) 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
fR − fL = fI
• 镜像抑制比：
d ms = 10 lg(Pso Pmo ) Psi = Pmi
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
f p (t ) = [ f L (t ) − f I − ∆f r 2 , f L (t ) − f I + ∆f r 2]
f
1．微波鉴相器
1） 简单微波鉴相器原理如图
功率 分配 延时 线 相加 器 检波 器
鉴相输出信号: T是延迟线的延迟时间。
U 0 = 2kA 2 (1 + cos ωT )
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： T ≤τ • 否则不能进行相关运算。 单值测量条件：
f 2 − f1 ≤ 1 T
这是由最大相移为2π决定的，相移与频率的关系为
φ = 2π f T
• 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
2） 实用的微波鉴相器原理图
U I = KA 2 cos φ
U Q = KA 2 sin φ
功率 分配
BBS.21RD.COM【研发社区】
第2 章 雷达信号频率的测量
2.1 2.2 2.3 2.4 概述 频率搜索接收机 比相法瞬时测频接收机 信道化接收机
2 ．1
概述
要点： 重要性 主要技术指标 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。
2.4 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
1 1 2
. .
m2 1 2 2
. .
m2
. .
门限 检测 判决 编码
∆ 频率分辨力： f = ( f 2 − f1 ) ∏ mk k 根据接收信号通过的各检测信道 n k , k = 1,2 ⋯ 进行频率估计： fˆ = f1 + ∑ nk × ∆f rk + ∆f 2 k 纯信道化接收机的波段分路器个数是 L = 1 + m1 + m1 m 2
[ f i − ∆f r
2 , f i + ∆f r 2]
检波视放有输出信号的条件：
f R (t ) ∈ f p (t )
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：
mf L + nf R = f I
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： fR fI fL fm
中频
主频 本振 镜频
f
• 主信道：超外差
fL − fR = fI • 寄生信道： mf L + nf R = f i , m = 1, n = −1
除外
主要寄生信道： mf L ± f R = f I 镜像信道：
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
PIF1 ∆f r = f 2 − f1
4.频率搜索方式
1) 连续搜索
f f2 f0 f1 Tf tf t
τN
∆f r
f f2 f0 f1 Tf 双程搜索 t
τN
单程搜索
频率搜索方式(续）
f f2 f0 f1 等间隔搜索 t f f2 f0 f1 灵巧式搜索 t
搜索范围： f 2 − f1 搜索周期：Tf 接收时间：tf 脉冲群时间：τN
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：10ns<<120ns 2 10ns<<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。
1．超外差搜索的基本原理 ．
天线 fR 微波 预选器 微波 混频器 fL 本振 fI 中频 放大器 检波器 视频 放大器 至处理器
微波预选器的瞬时带宽：
f p (t ) = [ f 0 (t ) − ∆f r 2 , f 0 (t ) + ∆f r 2]
本振频率： f L (t ) = f 0 (t ) ± f i 中放带宽：
1 m1 2
. .
m2
第一本振组 第二本振组
纯信道化接收机工作原理（续） 工作原理（ 工作原理
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 :
∆f r1 = ( f 2 − f1 ) m1
m1
f L1 j = f 1 − f i1 + ( j + 0.5)∆f r1 , j = 0, ⋯ m1 − 1
∆f = 23 ⋅4
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：
1 ∆f = k −1 m n 2 Tmin
在实际中，一般k=3,4, m=4~6, n=4,8。
4. 主要技术参数
不模糊带宽：∆F倍频程或者更高 频率分辨率：1～2MHz 测频精度： 1～2MHz 频率截获概率：1 频率截获时间：脉冲重复周期 灵敏度：－40dBm~ －50dBm 动态范围：50～60dB
以此类推，通过对 I、UQ及其加权系列的极 通过对U 通过对 性量化，可以不断提高数字测频的精度。 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 bit 量化器的频率分辨率与相位分辨率之间满 足 ∆φ ∆φ
∆f = 2πT = 2π ∆F
其中∆F是瞬时带宽。单路量化的频率分辨率不 其中∆ 是瞬时带宽。 实际中使用多路量化器。 高，实际中使用多路量化器。
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：
δ f max = ±
1 ∆fr 2
瞬时带宽越宽，测频误差越大。
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。
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 ∆f r
Tf f 2 − f1 ≥ ZTr
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 T f ≤ T s Ts = Ta θ a Ωa 其中 θ a ――雷达天线波束宽度， Ω a ――雷达天线扫描范围。
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 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 ．3
比相法瞬时测频接收机
要点： 微波鉴相器 极性量化器 多路鉴相器的并行运用 对同时到达信号的分析与检测 测频误差分析 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 Tf ≤ τ 由于高速搜索时，接收机输出脉冲幅度减小，一 T ≤τ 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。
3．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
T 编码
量化器 1(3bit)
输入
鉴相器 2
4T
量化器 2(3bit)
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： ∆F
1 x ≥ 0 sign ( x ) = , 0 x < 0
对量化区间直接编码
φ = mod (ωT ,2π ),
nφ C f = int 2π
•极性量化直接用于UI、UQ，只能得到n = 4 •利用三角公式： sin (α ± β ) = sin α cos β ± cos α sin β cos (α ± β ) = cos α cos β ∓ sin α sin β 对已有的UI、UQ 用不同的 sin β , cos β 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：β = π/4，可得到n=8，为3bit量化器 再选β = π/8，可得到n=16，为4bit量化器
f i1 > ( f 2 − f1 ) 2
m2 ∆f r 2 = ∆f r1 / m2
f i 2 > ∆f r1 / 2
f L 2 j = f i1 − ∆f r1 / 2 − f i 2 + ( j + 0.5)∆f r 2 , j = 0, ⋯ m 2 − 1
纯信道化接收机工作原理（续） 工作原理（ 工作原理