第三章 雷达接收机
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Te= （F-1)To
►接收机灵敏度
识别系数 当接收机输出信号的信噪比达到M时，才能检测出信号。
灵敏度 令接收机输出信噪比达到M的输入最小可检测信号Simin
第三节 接收机的几种附属电路
►AFC电路 调谐本振跟踪发射信号频率
检测接收机输出信号频率f I ，根据频率偏差产生误差电压 调整本振的混频频率，保证中频稳定不变。
6.抗干扰能力：杂波干扰（MTI，MTD）、有源干
扰、假目标干扰。 7.微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电
路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电 路。
2
第二节 接收机的噪声和灵敏度
§3.2.1 接收机的噪声
►噪声来源：内部噪声、外部噪声
接收机中的馈线、放电保护 器、高频放大器或混频器产生
NiGa是输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈现 的额定噪声功率。
►噪声温度
由噪声系数部分讨论的结果： ∆N＝（F-1)GNi
上式两边同时除以G，表示将所有的接收机内部 噪声折合成加在输入端的等效噪声，且设其为
∆N/G=kTeBn 代入前述关系式，则有如下关系成立
Te= （F-1)To 考虑输入噪声主要为天线热噪声，则有接收机的 实际噪声温度Ts=Te+TA
第三章 雷达接收机
通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号 从噪声和干扰中选择出来，并经放大和检波后， 送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达 终端设备中。
► 超外差技术
无线电波 选频滤波
fRF
fL
fIF
混频器
滤波
本振
解调
解调输出 滤波
如上图所示，当接收的电波频率fRF变化时，本振频率fL和选 频滤波器的中心频率f0= fRF能够同步改变，从而使输出的fIF固 定不变，这种技术称为外差技术，当fIF低于fRF而高于信号带 宽B时就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选择
接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的 比值。其公式为：
规定输入噪声以天线等效电阻 RA在室温T 0 = 290 K 时产生的热噪声为标准
3
线性系统： So=GSi ， No=GNi +∆N ，因而有：
接收机引入噪声
所以F ≥ 1 。
噪声系数的物理意义 噪声系数表示由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出 端的信噪比相对其输入端的信噪比变差的倍数。此时有：
性好、工作稳定、中频部分可标准化等优点。
返回框图
第一节 雷达接收机的组成和 主要质量指标
►超外差接收机的组成 保证本振频率与
提高灵敏度，降低接收机 发射频率差频为
噪声系数，热噪声增益
中频，实现变频
高频输入 接收机 保护器
低噪高放
混频器
中放
检波器
至终端 视放
高频部分
发射机工作时，使接收机输入端 短路，并对大信号限幅保护
脉冲体制雷达通常由整机时序模块在脉冲重复周期 内的不同距离区间控制放大链路增益来实现。
7
本振
视频部分 至质量指标部分
►高频部分：
（1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入 端短路，并对大信号限幅保护。
（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系 数，热噪声增益。
（3）Mixer，LD，AFC：保证本振频率与发射频率 差频为中频，实现变频。
返回框图
1
►中频部分及AGC：
（1）匹配滤波： （2）AGC：auto gain control.
结论：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与其温度T 和 通带Bn有关
►色噪声的定量描述
等效噪声功率谱宽度 物理意义：将色噪声用功率相等 的带限白噪声来等效。 在雷达接收机中，谐振电路级数 较多时，Bn常用3 dB 信号带宽B 近似。P55，表3.1
§3.2.2 接收机的噪声系数和噪声温度
►噪声系数
由天线进入接收机的各 种干扰和天线热噪声
►噪声的谱性质
噪声是随机信号，因而只能讨
高斯白噪声GWN、电阻热噪声论在其接时收域机和通功带率内谱近统似计为特白性噪声
噪声电压均方值
测试设备的通带
式中k为波百度文库兹曼常量
功率谱密度p(f)－－常数
额定噪声功率
网络匹配时ZL = Z *，内噪声在负载上所形成的功率为：
噪声温度的物理意义 将接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电阻 Ra在温度Te时所产生的。
4
►级联电路的噪声系数
整个电路的噪声系数为
结论：要Fo减小，需Fi 减小，Gi 增大， Gi 影响最大，Fo取决 于最前几级，所以要采用低噪声高放。
习题
►已知接收机内噪声在输出端的额定功率为 0.1W，额定功率增益为1012，测试带宽为 3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声系 数。
5
►AGC电路
调整接收机的动态范围 动态范围： 接收机能够正常工作的允许的输入
信号的强度范围。
具体电路
AGC电路的作用
1. 在跟踪雷达中，接收机输出的角误差信号强度只 与目标偏离天线轴的夹角有关，而与目标距离的 远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得 到这种归一化的角误差信号，就需要AGC。
2. 抗干扰，防止强杂波或干扰信号引起接收机饱和 过载。
►对数放大器
压缩动态范围的另一种手段
输出电压Uo与输入电压Ui对数成正比的放大器
对数放大器可在中频上实现，也可在视频上实现；还 可中频输入，视频输出，形成对数检波器。
对数放大器振幅特性
线性－对数放大器
线性段 对数段
线性段与对数段交点处的输入输出电压
6
►近程增益控制STC 防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。
经混频后进入中频信道的两个信号在射 频上对称地位于本振频率fL两边互为镜 像，因此将这种现象称为镜频干扰。当 射频选频滤波器的选频特性一定时，混 频器输出的中频频率越高，两个镜像频 率间相隔越远，镜频抑制的效果越好。
►主要质量指标 1.灵敏度：Simin ，用最小可检测信号功率Simin 表
示，检测灵敏度，给定虚警概率 Pfa ，达到指定检 测概率Pd 时的输入端的信号功率：
通常所需接收机 gain = 120 ~ 160 dB ， Simin＝-120～-140dbw 主要由中频完成。
2. 工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变 雷达要求的接收机工作频带宽度为10～20% 。
5.工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收 机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处 理，采取频率稳定度、相位稳定度较高的本振，“稳 定本振”。
►视频部分：
（1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两 路），相位检波。
（2）放大：线性放大，对数放大，动态范围。
返回框图
3.动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入 信号强度的变化范围。 过载时的Si /Si min，80~120 dB
4. 中频的选择与滤波特性： 中3频0M输～出5频00率Mf。o 抑≥制0.镜5∆频f的R ，效中果频，选在择实通际常工选作择中还 与发射波形特性、接收机工作带宽有关。
►接收机灵敏度
识别系数 当接收机输出信号的信噪比达到M时，才能检测出信号。
灵敏度 令接收机输出信噪比达到M的输入最小可检测信号Simin
第三节 接收机的几种附属电路
►AFC电路 调谐本振跟踪发射信号频率
检测接收机输出信号频率f I ，根据频率偏差产生误差电压 调整本振的混频频率，保证中频稳定不变。
6.抗干扰能力：杂波干扰（MTI，MTD）、有源干
扰、假目标干扰。 7.微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电
路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电 路。
2
第二节 接收机的噪声和灵敏度
§3.2.1 接收机的噪声
►噪声来源：内部噪声、外部噪声
接收机中的馈线、放电保护 器、高频放大器或混频器产生
NiGa是输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈现 的额定噪声功率。
►噪声温度
由噪声系数部分讨论的结果： ∆N＝（F-1)GNi
上式两边同时除以G，表示将所有的接收机内部 噪声折合成加在输入端的等效噪声，且设其为
∆N/G=kTeBn 代入前述关系式，则有如下关系成立
Te= （F-1)To 考虑输入噪声主要为天线热噪声，则有接收机的 实际噪声温度Ts=Te+TA
第三章 雷达接收机
通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号 从噪声和干扰中选择出来，并经放大和检波后， 送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达 终端设备中。
► 超外差技术
无线电波 选频滤波
fRF
fL
fIF
混频器
滤波
本振
解调
解调输出 滤波
如上图所示，当接收的电波频率fRF变化时，本振频率fL和选 频滤波器的中心频率f0= fRF能够同步改变，从而使输出的fIF固 定不变，这种技术称为外差技术，当fIF低于fRF而高于信号带 宽B时就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选择
接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的 比值。其公式为：
规定输入噪声以天线等效电阻 RA在室温T 0 = 290 K 时产生的热噪声为标准
3
线性系统： So=GSi ， No=GNi +∆N ，因而有：
接收机引入噪声
所以F ≥ 1 。
噪声系数的物理意义 噪声系数表示由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出 端的信噪比相对其输入端的信噪比变差的倍数。此时有：
性好、工作稳定、中频部分可标准化等优点。
返回框图
第一节 雷达接收机的组成和 主要质量指标
►超外差接收机的组成 保证本振频率与
提高灵敏度，降低接收机 发射频率差频为
噪声系数，热噪声增益
中频，实现变频
高频输入 接收机 保护器
低噪高放
混频器
中放
检波器
至终端 视放
高频部分
发射机工作时，使接收机输入端 短路，并对大信号限幅保护
脉冲体制雷达通常由整机时序模块在脉冲重复周期 内的不同距离区间控制放大链路增益来实现。
7
本振
视频部分 至质量指标部分
►高频部分：
（1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入 端短路，并对大信号限幅保护。
（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系 数，热噪声增益。
（3）Mixer，LD，AFC：保证本振频率与发射频率 差频为中频，实现变频。
返回框图
1
►中频部分及AGC：
（1）匹配滤波： （2）AGC：auto gain control.
结论：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与其温度T 和 通带Bn有关
►色噪声的定量描述
等效噪声功率谱宽度 物理意义：将色噪声用功率相等 的带限白噪声来等效。 在雷达接收机中，谐振电路级数 较多时，Bn常用3 dB 信号带宽B 近似。P55，表3.1
§3.2.2 接收机的噪声系数和噪声温度
►噪声系数
由天线进入接收机的各 种干扰和天线热噪声
►噪声的谱性质
噪声是随机信号，因而只能讨
高斯白噪声GWN、电阻热噪声论在其接时收域机和通功带率内谱近统似计为特白性噪声
噪声电压均方值
测试设备的通带
式中k为波百度文库兹曼常量
功率谱密度p(f)－－常数
额定噪声功率
网络匹配时ZL = Z *，内噪声在负载上所形成的功率为：
噪声温度的物理意义 将接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电阻 Ra在温度Te时所产生的。
4
►级联电路的噪声系数
整个电路的噪声系数为
结论：要Fo减小，需Fi 减小，Gi 增大， Gi 影响最大，Fo取决 于最前几级，所以要采用低噪声高放。
习题
►已知接收机内噪声在输出端的额定功率为 0.1W，额定功率增益为1012，测试带宽为 3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声系 数。
5
►AGC电路
调整接收机的动态范围 动态范围： 接收机能够正常工作的允许的输入
信号的强度范围。
具体电路
AGC电路的作用
1. 在跟踪雷达中，接收机输出的角误差信号强度只 与目标偏离天线轴的夹角有关，而与目标距离的 远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得 到这种归一化的角误差信号，就需要AGC。
2. 抗干扰，防止强杂波或干扰信号引起接收机饱和 过载。
►对数放大器
压缩动态范围的另一种手段
输出电压Uo与输入电压Ui对数成正比的放大器
对数放大器可在中频上实现，也可在视频上实现；还 可中频输入，视频输出，形成对数检波器。
对数放大器振幅特性
线性－对数放大器
线性段 对数段
线性段与对数段交点处的输入输出电压
6
►近程增益控制STC 防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。
经混频后进入中频信道的两个信号在射 频上对称地位于本振频率fL两边互为镜 像，因此将这种现象称为镜频干扰。当 射频选频滤波器的选频特性一定时，混 频器输出的中频频率越高，两个镜像频 率间相隔越远，镜频抑制的效果越好。
►主要质量指标 1.灵敏度：Simin ，用最小可检测信号功率Simin 表
示，检测灵敏度，给定虚警概率 Pfa ，达到指定检 测概率Pd 时的输入端的信号功率：
通常所需接收机 gain = 120 ~ 160 dB ， Simin＝-120～-140dbw 主要由中频完成。
2. 工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变 雷达要求的接收机工作频带宽度为10～20% 。
5.工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收 机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处 理，采取频率稳定度、相位稳定度较高的本振，“稳 定本振”。
►视频部分：
（1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两 路），相位检波。
（2）放大：线性放大，对数放大，动态范围。
返回框图
3.动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入 信号强度的变化范围。 过载时的Si /Si min，80~120 dB
4. 中频的选择与滤波特性： 中3频0M输～出5频00率Mf。o 抑≥制0.镜5∆频f的R ，效中果频，选在择实通际常工选作择中还 与发射波形特性、接收机工作带宽有关。