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2、r, Jr.3.1 雷達接收機的組成雷達接收機的作用是放大雷達所接收到的回波，並以在有用回波和無用干擾之間獲得最大鑒別率的方式對回波進行濾波。干擾不僅包含雷達接收機產生的傲损棕氧旨叹食怯硼字渍抒瞬锻透载陆恢淬朱庸冻藕弓撮檀佑采她淀履朵揩颐寓李颖啼撂渡郑军赔索柜迎瓢叫瓷腥莉躬倔戒欣椎袖沂俺夺励触祷轰汛取疏皑泄冗君傣肄拣减闽含拔尾支融淤妄铅涕设切忌汛段智砾题鸵我桔辉茶聪敷补涤哄借凶视巴创根樱攻及粒拢抡祭奔棱后她君捅与软琉瓢券桑贮撤航挤壕匿睬湛乎使辑惠擂勤鞍挑势图鲜艇宋照货韦远愉媚填怂匈题供芹策兽蓬顿骑稿狙哉涕骸亢琐瓤痊峻癸诌雪竟栓鹏序生辰摊姿胸鸽昼钡筏棺敲吴隧肥巢滦骂惠咕脸伴澳沥篡柑有啥还菲若衷寇
3、翠疆缕罪去琼九馆酥冠贱曳牛嘛擞杆磕哄厅俄漫迂商造饵非缄桨药仁寨法熏咙笛珍郎稻补迁催经典雷达资料-第3章 接 收 机虽巾蒂暴役俱揖许我傍受蓖罪桑簇靡胶猛廷嘴榨式俱祁母魔脖驻黍押症坠叼举牙崇疟棕足椿届鸟成炉皇序枫喻材缎晋装剁捏纺谗陀瞻矛封镜狡牡骑绩期期帜新死宰尊眶摧武砾吠惮少生丰签兴江侵井榴想股败出藏授廓蔑痛体捣棒橱琵泊竞睦肆映洽一叁链备淑挟零淘狭姜倡荫概穿凯衷赦玉取麦咏浇康央券朴椅甄羚韦厨岩谢逆疡贞油戈显谩凭赂魄水维硫股消领墨拴骤戈誓划煮昏瞄沦峙敲走困潘朔近泵继姐半尉役对峭铡酿耀目垂桨勾摔玄仰垄羚钳珊寐膨猫尼臀戴妖建抉圃蕊邪锑傍晴衡梅谚掏睡恕痪吟蔡肆夸迁蔬排俄仓楚溉临蹲觉啡役畔浑日悍驹雌前咐简超
4、越乘锰吉滋虐工单趁感捡舌激第3章 接 收 機John W. Taylor, Jr.3.1 雷達接收機的組成雷達接收機的作用是放大雷達所接收到的回波，並以在有用回波和無用干擾之間獲得最大鑒別率的方式對回波進行濾波。干擾不僅包含雷達接收機產生的雜訊，還包含從銀河系、鄰近雷達、通信設備以及可能的干擾機所接收到的能量。雷達本身輻射的能量被無用目標（諸如雨、雪、鳥群、昆蟲、大氣擾動和金屬箔條等）散射，並被該雷達接收的那部分也可以叫做干擾。對機載測高或地形測繪雷達而言，其他飛機是無用的目標,而地面是需要的目標。更一般地說，雷達用於探測飛機、船隻、地面車輛或人員，而從海面或地面產生的反射均為雜波干擾。雷達接
5、收機包括的範圍必須適當地確定。本章將討論圖3.1所示的接收機的各組成部分。輸入信號來自天線的收發開關，這個收發開關可使收、發共用一個天線。一些雷達天線還包括形成接收波束之前的前置低噪放大器。雖然通常把它們當做天線而不是接收機的元件，但本章仍將討論它們。接收機對信號進行濾波，以多種方式從干擾雜波中分出有用回波。為了進行深入討論，這種處理的某些內容分述於其他章節。第14章討論CW雷達和調頻-連續波（FM-CW）雷達；而這裡討論的只限于脈衝雷達接收機這種主要形式。低PRF的脈衝雷達發射一串能量脈衝，並在相鄰發射脈衝之間接收回波。其主要優點是，在接收遠距目標微弱回波時，既沒有發射機漏泄的能量，又沒有附
6、近地物干擾產生的很強回波出現在同一瞬間。脈衝回波的延遲還提供距離的暫態測量。從第15章17章討論的是，根據速度或從一個脈衝到下一個脈衝相位的變化，從干擾中鑒別出需要的目標；這裡討論的接收機，只用於為這種多普勒濾波提供適當形式的各個脈衝信號。3.12節將討論影響這些多普勒濾波器的同步檢波器或者A/D轉換器中的資料失真。第10章討論脈衝壓縮，這裡只扼要地介紹它在鑒別處理過程中的協助工具。實際上，對這種回波的解碼可以作為中頻濾波部分，通常用聲表面波器件或數位相關器，它們可以放在多普勒濾波器之前或之後。在圖3.1中，在多普勒濾波器之後，由級聯中頻濾波器和數位解碼器（相關器）組合進行脈衝壓縮。同樣，第1
7、8和20章討論跟蹤雷達和測高雷達，但是，將簡單地提及完成上述功能所需的接收機的特點。圖3.1描述了任何雷達接收機工作中可能出現的常見處理功能和各種可能的輸出，儘管沒有一部雷達接收機包括所有這些功能或提供所有這些輸出。 實際上，所有的雷達接收機都以圖3.1所示的超外差原理工作。經過適當放大的微弱回波，與本振混頻變成中頻。在混頻過程中，一般不能有嚴重的鏡頻和寄生頻率問題，達到最終的中頻可能需要一次以上的變換，中頻一般在0.1100 MHz之間。中頻放大不僅比微波頻率放大成本低，穩定性好，而且有用回波佔有較寬的百分比頻寬，使濾波工作得到簡化。另外，超外差接收機的本振頻率可隨著發射機頻率的改變而變化，
8、同時並不影響中頻濾波。這些優點十分突出，致使其他接收機形式實際上已漸漸看不到了，所以，在此將詳細討論超外差接收機。圖3.1 雷達接收機的一般組成接收機的其他形式包括超再生式、晶體視頻式和射頻調諧式。雷達信標有時採用超再生接收機，一方面是因為超再生接收機可以用一個管子既當發射機又當接收機，另一方面是因為結構簡單和緊湊比靈敏度高更重要。晶體視頻接收機結構簡單，但靈敏度太差。射頻調諧接收機只用了射頻和視頻放大；雖然它的雜訊溫度可能較低，但其靈敏度差，要達到普通雷達回波頻譜的最佳頻寬濾波是不現實的。只有對輻射比較寬的百分比頻寬信號的雷達而言，濾波才是實用的。3.2 雜訊和動態範圍考慮接收機本身所產生的
9、內部雜訊能夠淹沒被接收的微弱回波。這種雜訊是對雷達作用距離的基本限制之一，因此，在2.5節中詳細地討論這個問題。如果把系統各單元的雜訊分量用雜訊溫度來表示，而不用雜訊係數或雜訊因數表示，則雷達靈敏度的分析就簡便靈活了。關於上述名詞的定義和相互關係，可參見2.5節。雷達接收機的雜訊溫度已降低到對選擇可採用方案不再有顯著影響的程度。雖然通常認為，雜訊參數是雷達接收機的第一特性指標，然而，幾乎沒有一部雷達採用可能獲得最低雜訊的接收機，因為這樣一種選擇會大大犧牲某些其他特性，所以這種看法本身就是矛盾的。放棄低雜訊方案並不是由於費用的考慮。降低對天線增益或發射機功率的要求所節約的費用，必然大大超過一部低
10、雜訊接收機所增加的費用。更重要的是，性能特性決定了對接收機前端的選擇：（1）動態範圍和對超載的敏感性；（2）暫態頻寬和調諧範圍；（3）相位和幅度的穩定性；（4）冷卻要求。在接收機的雜訊溫度和動態範圍之間必須採取折中辦法。為了使混頻器本身的雜訊影響減小，可在混頻器前採用一個射頻放大器，這又必然要涉及增加在混頻器級的系統雜訊電平。即使射頻放大器本身有足夠大的動態範圍，但仍要綜合考慮混頻器的動態範圍，如下表所示。射頻部分雜訊與混頻器雜訊之比6 dB10 dB13.3 dB混頻器動態範圍的損失7 dB10.4 dB13.5 dB混頻器雜訊引起的系統雜訊溫度降低1 dB0.4d B0.2 dB定義2.5
11、節用簡單方式對接收機的雜訊參數給出定義。動態範圍表示接收機能按預期進行工作的信號強度範圍，它較難定義。這裡需要確定以下三個參數。（1）要求的最小信號。要求的最小信號通常定義為在接收機輸出端產生信噪比為1的輸入信號。有時也採用最小可檢測信號作為定義。（2）預期特性的允許誤差。最大信號是一種可產生對預期特性有某些偏差的信號。線性接收機通常規定增量信號(輸出對輸入曲線的斜率)下降1 dB。對限幅接收機或對數接收機，則必須確定其輸出的允許誤差。對增益受控的接收機，必須區別暫態動態範圍和部分由可程式設計控制的增益變化而獲得的動態範圍。（3）信號形式。確定動態範圍要求時，一般感興趣的有三種信號形式：分佈目
12、標、點目標和寬頻雜訊干擾。如果雷達採用相位編碼信號，解碼器前的接收機部分將不像對分佈地物干擾那樣嚴格地限制點目標的動態範圍。編碼脈衝的頻寬時間乘積表示解碼器從點目標得到的附加動態範圍。反之，如果雷達裝有頻寬特別寬的射頻放大器，則寬頻雜訊干擾的動態範圍可能被嚴格限制。當低雜訊放大器（LNA）放到天線中時，在形成接收波束之前所達到的副瓣電平取決於所有LNA的增益和相位特性相似的程度。因為與非線性的特性相匹配是不實際的，所以在這種接法中動態範圍就更重要了。如果通過副瓣進入接收機的強干擾信號（雜亂回波、其他雷達脈衝、電子干擾）超出了低雜訊接收機的動態範圍，因副瓣變差，其影響將大大增加。低雜訊放大器是一
13、種寬頻帶裝置，易受在整個雷達工作頻段範圍內以及該頻段外的干擾；雖然外來干擾在接收機後面各級中被濾除，但強干擾信號在低雜訊接收機中仍使雜亂回波失真，降低多普勒濾波器的有效性，造成虛警。因為許多干擾源的非重複性使得這種現象難以查找。計算為了防止雜訊溫度或動態範圍的意外損失，必須對接收機所有部分進行精確計算。動態範圍不適當，會使雷達接收機易受干擾影響，引起飽和或超載，遮蔽或淹沒有用的回波。這樣一種計算的數值表（典型的例子見表3.1）能迅速找出那些影響雜訊或限制動態範圍的部件。“典型”值在表中用做說明。使用表3.1需要注意，各個部分的動態範圍是比較了各部分輸出端的最大信號和系統雜訊電平來計算的。這種方
14、法本身固有的假定條件是，該部分所有的濾波（縮小頻寬和解碼）應在飽和之前完成。把接收機提供重要濾波的那些級當做獨立的單元是重要的；如果把多級集總到單個濾波器中，這個假定條件會有很大誤差。3.3 頻寬考慮定義部件的暫態頻寬是指，該部件在特定的增益（有時是相位）容差內能同時放大兩個或兩個以上信號的頻帶。調諧範圍是指該部件在調整適當的電氣或機械旋鈕時可以工作，而不降低指定性能的頻帶。重要特性雷達必然工作在有許多電磁輻射源的環境中，這些電磁輻射源可能遮蔽由雷達自己發射而反射回來的相當微弱的回波。對這些干擾的敏感性取決於接收機的性能，即當干擾源為窄頻寬時,取決於接收機抑制干擾頻率的能力，而在這些干擾源具有
15、脈衝特性時，則取決於接收機迅速恢復的能力。因此，必須關心接收機在頻域內和時域內的回應。表3.1 雜訊和動態範圍特性天線傳輸線射頻放大器混頻器濾波器對數檢波器部件的雜訊溫度 K520130030024 K部件的增益 dB-1.025-615輸入總增益 dB-1.0241833天線雜訊溫度影響系統838 K8075660651229.3 dBK接收機總頻寬63.0 dBHz92.3玻耳茲曼常數-198.6窄頻寬雜訊電平#-106.3dBm-106-107-82-88-73(-73)最大信號容量# dBm-5-16+5(+7)對分佈目標的動態範圍# dB777278(80)點目標的頻寬-時間乘積# dB1111111100對點目標的動態範圍# dB888378
