第5章 通信侦察系统的灵敏度和作用距离

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(5.2-11)
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5.2.3 侦察作用距离
注意：上述分析仅考虑自由空间的路径损耗，是一种较理想条 件。在实际中，除路径损耗外，还存在能量损耗、极化损耗 以及侦察系统自身的损耗。 能量损耗和极化损耗等通常用衰减因子表示，此时传播损耗有 关修正为： L=Lr+La (5.2-12) 其中：Lr是能量扩散损耗；La是除了能量扩散损耗外的其他损 耗因子。 对于直视条件自由空间传播情况，如空－空传播，近距离地－ 空传播等，损耗因子La＝2～10dB。
图5.2-1地面反射传播示意图
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5.2.2 地面反射传播模型
5.2.3 侦察作用距离
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h h PR PT GT GR T 2R R
注意：
5.2.3 侦察作用距离 (5.2-10) 电波直视传播方程： 电波地面传播方程：
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5.2.1 自由空间电波传播模型
自由空间的电波传播损耗：
5.2.1 自由空间电波传播模型
说明：接收信号功率与距离平方成反比，与信号频率成反比， 与发射天线和接收天线增益成正比。特别是，距离每增加1倍， (5.2-7) 信号功率减小1/4，或者说功率电平降低6dB。 【例子】：
L
分贝表示：
PR 2 GT GR PT 4πR 2
LdB=GT+GR－20lgf(MHz)－20lgR(km)－32.26 接收功率（dBm表示）：
(5.2-8)
设发射功率为5W，GT=3dB，GR=8dB，R=350km，f=400MHz， 则接收功率为： PR=37+3+8－52.04－50.88－32.26 =－87.18dBm
PT Ae 4 πR 2
(5.2-2)
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式中：GR是接收天线的增益。
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5.2.1 自由空间电波传播模型
如果发射天线不是全向的，设增益GT，则修正为
5.2.1 自由空间电波传播模型
视距通信 视距通信：指发射和接收天线之间的距离满足视距条件 (5.2-5)
■
N F N F1
N F 2 1 G1
(5.1-4)
类似， n级级联总噪声系数为：
N 1 NF3 1 N Fn 1 N F N F1 F 2 G1 G1G2 G1G2 Gn1
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(5.1-5)
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N out GN int
(5.1-2)
N out N F 10 lg GN int 10lg N out 10 lg 10 G 10 lg 10 N in (dB)
(5.1-3)
即：输出总噪声功率Nout与其输入噪声功率经放大后的噪声功率 GNin的比。
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h h PR PT GT GR T 2R R
当接收机功率为接收机灵敏度时，可计算通信侦察系统的最大 作用距离。 满足直视条件的自由空间侦察系统的最大作用距离：
■
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PT GT GR 2 Rmax 4π 2 P rmin
■
PR(dBm)=PT(dBm)+GT+GR-20lgf(MHz)-20lgR(km)-32.26 (5.2-9)
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5.2.2 地面反射传播模型
5.2.2 地面反射传播模型 在超短波工作时，信号会沿地面传播，到达接收天线的信号有： 直射波、地面反射波、地面波。
5.2.2 地面反射传播模型
在地面传播方式下，由于地面反射波和地面波的影响，接收功 率近似为：
h h PR PT GT GR T 2R R
2
(5.2-10)
式中，hT、hR分别是发射和接收天线高度。 地面反射传播情况下，接收功率与距离的4次方成反比。如果 发射功率、天线增益不变，接收功率会比自由空间传播时小得 多，或者说传播损耗大得多。
5.1.1 噪声系数
接收机输出噪声由两部分构成：1. 接收机输入的噪声被放大后 的输出；2. 接收机内部产生的噪声。 故噪声系数总大于1，表 示输出信噪比恶化的程度。
S / N in N F in Sout / N out
若接收机增益为G， G=Sout/Sin， 则
(5.1-1)
对数形式：
NF
5.2 通信侦察系统的作用距离
目录：
5.1 通信侦察接收机灵敏度 5.2 通信侦察系统的作用距离 5.3 通信侦察系统的截获概率
信道是通信信号传播的途径。无线信道中电磁波的主要传播方 式有直接波、表面波、反射波、折射波、绕射波和散射波等。
在视距范围内的地－空、空－空通信的主要传播方式是直接波， 它的传播模型可以用自由空间传播模型描述。 地－地通信则复杂得多，可以采用地面反射传播模型描述。
注意：上式中的噪声带宽、噪声系数、输出信噪比必须在同一 个检测点计算。 如在中频放大器输出端检测，则三者分别是中放带宽、中 放噪声系数和中放输出信噪比。 若在信号处理器输出检测，则分别是信号处理器分析带宽、 中放输出信噪比，而噪声系数包括射频通道噪声、ADC量 化噪声、信号处理器截断噪声等在内的接收机总噪声系数。
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目录：
第五章 通信侦察系统的 灵敏度和作用距离
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5.1 通信侦察接收机灵敏度 5.2 通信侦察系统的作用距离 5.3 通信侦察系统的截获概率
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5.1 通信侦察接收机灵敏度
5.1.1 噪声系数 定义：衡量接收机内部噪声， 接收机输入信噪比与输出信噪比 之比， 即
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表示输出信噪比恶化程度。 由于接收机内部噪声的存在， 其 输出噪声功率总是大于其输入噪声功率。
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5.1.1 噪声系数
级联电路的噪声系数的计算： 输出噪声由内部放大器、 滤波器、 混频器等单元电路产生， 它们以级联方式完成接收机功能。 设两级联电路的噪声系数和增益分别为NF1、 NF2和G1、 G2， 则级联后其总噪声系数：
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5.1.2 接收机灵敏度
分贝形式： Prmin= -174+10lg(Bn)+NF+SNRo(dBm) 为单位。 注意：此信噪比是检测信噪比，没有考虑信号处理的影响。 (5.1-9)
5.1.2 接收机灵敏度
Prmin= -174+10lg(Bn)+NF+SNRo(dBm) (5.1-9)
5.1.2 接收机灵敏度
信号处理增益： Prmin=－174+10lg(2×106)+12+8=－91(dBm) Prmin=－174+10lg(25×103)+12+8=－110(dBm) 信号处理提高了输出信噪比，接收机灵敏度提高了19dB。 本质：由于FFT分析的作用，等效噪声带宽由2MHz下降到 25kHz，使接收机灵敏度提高。
■
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Prmin=－174+10lgBn+NF+SNRo－Gp (dBm)
其中：Gp是信号处理增益，它定义为信号处理输入、输出信 噪比改善比，即：
Gp
S / N o S / N i
(5.1-10)
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5.1.2 接收机灵敏度
接收机灵敏度 定义：在接收机与天线完全匹配的条件下，接收机输入端的最 小信号功率。接收机灵敏度与噪声系数有关。 接收机重要指标之一，也是通信侦察系统重要指标之一。 由噪声系数定义知：接收机输入端信号功率为：
5.1.2 接收机灵敏度
接收机灵敏度 当接收机与天线完全匹配时，接收机输入端噪声功率为： Nin=KT0Bn Bn接收机等效噪声带宽(Hz)。 接收机灵敏度定义为接收机输入端最小信号功率： (5.1-7) K=1.38×10－23(J/K)波尔兹曼常数；T0标准温度(290 K)；
5.1.1 噪声系数
N Fn 1 NF 2 1 NF3 1 G1 G1G2 G1G2 Gn1
N F N F1
(5.1-5)
说明：当后级电路增益很高时，总噪声系数主要取决于前级电 路的噪声系数。为降低总噪声系数，需要适当提高第一级电路 增益，同时降低它的噪声系数。 接收机第一级通常是低噪声放大器，增益和噪声系数对于整个 接收机的噪声系数有极大影响。后级电路对总噪声系数的影响 较小，其位置越接近输出，影响越小。
S in N in N F
S out N out
(5.1-6)
Prmin S in min KT0 Bn N F
S out KT0 Bn N F SNRo (5.1-8) N out
说明：接收机灵敏度与接收机等效带宽、噪声系数和输出信 噪比等有关。
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PR
PT GT GR 2 4πR2
R sr k( h1 h2 ) km
(5.2-6)
式(5.2-4)和式(5.2-5)称为自由空间的电波传播方程。 注意：仅适用于视距通信情况。
式中，h1和h2分别是发射天线和接收天线的高度（单位m）； k为与传播有关的因子，不考虑大气引起的电波折射时k=3.57， 考虑大气引起的电波折射时k=5.12。
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5.2 通信侦察系统的作用距离
5.2.1 自由空间电波传播模型 设在自由空间中存在一个全向的点辐射源，发射功率为PT，则 在距离发射天线R处，信号功率均匀地分布在一个半径为R的 球面上，功率密度为 ：
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5.1.2 接收机灵敏度
信号处理增益： 考虑到信号处理对接收机灵敏度的贡献，将式(5.1-9)修正为：
5.1.2 接收机灵敏度
信号处理增益： 对于FFT分析和信道化处理，信号处理增益理论值是：输入信 号带宽与输出信号带宽之比。 注意：由于ADC量化噪声和信号处理截断噪声的存在，实际 处理增益比理论值低2～5dB左右。 在接收机设计时，经常需要将灵敏度转换为噪声系数，射频前 端的噪声系数为： NF=174+Prmin－10lg(Bn)－SNRo (dB)
5.2.1 自由空间电波传播模型
天线增益与有效面积和波长λ的关系为：
G
4π
2
Ae
(5.2-3)
ST
PT 4πR 2
ห้องสมุดไป่ตู้
(5.2-1)
则接收天线得到的接收功率为：
接收天线距离发射天线距离为R，有效面积为Ae，感应信号功 率为：
PR
PT GR 2 4πR2
(5.2-4)
PR
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PR
PT GT GR 2 4πR2
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为了降低传播损耗，需要增加天线高度。 （1）表面看，接收功率似乎与频率无关。但由于天线增益与 频率有关，因此，接收机功率与频率有关。 （2）地面反射传播在地－地通信时可能会出现。当天线高度 与波长之比小于1时，需要考虑地面反射波影响；反之， 如果天线有一定高度，比如大于几个波长时，就可以采 用自由空间传播模型。
式中，噪声系数NF、SNRo以dB为单位；等效噪声带宽Bn以Hz
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5.1.2 接收机灵敏度
信号处理增益： 【例子】设某通信侦察接收机的中频放大器输出信噪比为8dB， 中频带宽2MHz，射频前端噪声系数为12dB，则灵敏度为： Prmin=－174+10lg(2×106)+12+8=－91(dBm) 考虑信号处理对信噪比的改善作用，如信号处理采样FFT处理， FFT的分辨率为25kHz，则接收机灵敏度为： Prmin =－174+10lg(25×103)+12+8=－110(dBm)