雷達(dá)對抗技術(shù)02-2015

1、第第2 章章 雷達(dá)信號頻率的測量雷達(dá)信號頻率的測量 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 頻率搜索接收機(jī)頻率搜索接收機(jī)2.3 2.3 比相法瞬時測頻接收機(jī)比相法瞬時測頻接收機(jī)2.4 2.4 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī)2.5 2.5 壓縮接收機(jī)壓縮接收機(jī)1/632 21 1 概述概述要點(diǎn)：l 雷達(dá)信號頻率測量的重雷達(dá)信號頻率測量的重要性要性l 測頻系統(tǒng)的測頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)l 現(xiàn)代測頻現(xiàn)代測頻技術(shù)分類技術(shù)分類2/632.1.1 雷達(dá)信號頻率測量的重雷達(dá)信號頻率測量的重要性要性 雷達(dá)偵察系統(tǒng)的使命在于測定雷達(dá)等輻射源的坐標(biāo)和特征，而反映其特征的各種信息均包含在雷達(dá)輻射的信號之中。因此

2、，我們必須對雷達(dá)信號進(jìn)行分析和測量。重重要性：要性： 1 頻率是雷達(dá)功能和用途的反映 2 頻率是選擇分選和識別雷達(dá)信號的重要參數(shù) 3 頻率對準(zhǔn)是有效干擾的有效保證3/632.1.2 測頻系統(tǒng)的測頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)1、 測頻時間測頻時間 定義：定義：從信號到達(dá)至測頻輸出所需時間，是確定或隨機(jī)的。要求：要求：瞬時測頻（IFM），即在雷達(dá)脈沖持續(xù)時間內(nèi)完成載波頻率測量。重要性：重要性：直接影響偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時間。4/63測頻時間測頻時間(續(xù)續(xù)) 頻域截獲概率頻域截獲概率: 即頻率搜索概率，單個脈沖的頻率搜索概率定義為 測頻接收機(jī)瞬時帶寬， f2-f1是測頻范圍，即偵察頻率范圍

3、 截獲時間截獲時間: 達(dá)到給定的截獲概率所需的時間，如果采用瞬時測頻接收機(jī)，則單個脈沖的截獲時間為其中Tr是脈沖重復(fù)周期，tth是偵察系統(tǒng)的通過時間。121fffPrIFrf1IFrthtTt5/632 2、測頻范圍、瞬時帶寬、頻率分辨力、測、測頻范圍、瞬時帶寬、頻率分辨力、測頻誤差和測頻精度頻誤差和測頻精度 測頻范圍測頻范圍： 測頻系統(tǒng)最大可測的雷達(dá)信號的頻率范圍；瞬時帶寬：瞬時帶寬： 測頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測量的雷達(dá)信號的頻率范圍；頻率分辨力：頻率分辨力： 測頻系統(tǒng)所能分開的兩個同時到達(dá)信號的最小頻率差；測頻誤差：測頻誤差： 測量得到的信號頻率值與信號頻率的真值之差，常用均值和方差來衡量測

4、頻誤差的大小。測頻精度：測頻精度： 把測頻誤差的均方根誤差稱為測頻精度 6/63不同測頻系統(tǒng)的差異不同測頻系統(tǒng)的差異 寬開式晶體視頻接收機(jī)：測頻范圍等于瞬時帶寬，頻率截獲概率1，但頻率分辨率很低。窄帶掃頻超外差接收機(jī)：瞬時帶寬很窄，頻率截獲概率很低，但頻率分辨率很高。最大測頻誤差為：瞬時帶寬越寬，測頻精度越低，測頻誤差越大。 rff21max7/633 3、測頻的信號形式、測頻的信號形式 現(xiàn)代雷達(dá)信號可以分成脈沖脈沖和連續(xù)波連續(xù)波。脈沖信號： 低工作比脈沖信號 高工作比的脈沖多普勒信號 重頻滑變和參差信號 編碼信號 寬脈沖線性調(diào)頻信號 測頻系統(tǒng)允許的最窄脈寬盡可能窄重要指標(biāo)。8/634 4、同

5、時到達(dá)信號的分離能力、同時到達(dá)信號的分離能力 同時到達(dá)信號按照兩個脈沖前沿的時差分成兩類：第1類同時到達(dá)信號：t10ns第2類同時到達(dá)信號：10ns t120ns要求測頻接收機(jī)能夠?qū)ν瑫r到達(dá)信號的頻率分別進(jìn)行精確的測定，而且不丟失其中的弱信號。9/635 5、靈敏度和動態(tài)范圍、靈敏度和動態(tài)范圍 靈敏度靈敏度是測頻接收機(jī)檢測弱信號能力的象征，是保證正確的發(fā)現(xiàn)和測量信號的前提。它與接收機(jī)體制和接收機(jī)的噪聲電平有關(guān)。minFnSN kT f D10/63動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指保證測頻接收機(jī)精確測頻條件下信號功率的變化范圍，它包括： 噪聲限制動態(tài)范圍：噪聲限制動態(tài)范圍： 保證測頻精度條件下的強(qiáng)信號與弱信

6、號的功率之比。 瞬時動態(tài)范圍：瞬時動態(tài)范圍： 保證測頻精度條件下的強(qiáng)信號與寄生信號的功率之比。 11/63 無虛假信號動態(tài)范圍maxmaxSFDR=()bbiSNGSN10lg()bdrFNNBNG12/632.1.3 現(xiàn)代測頻技術(shù)分類現(xiàn)代測頻技術(shù)分類 搜索超外差接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)多波段晶體視頻接收機(jī)信道化接收機(jī)比相法瞬時測頻接收機(jī)聲光卷積測頻收機(jī)壓縮接收機(jī)聲光接收機(jī)數(shù)字傅立葉變換接收機(jī)搜索頻率窗毗鄰頻率窗相關(guān)/卷積器傅立葉變換頻率取樣變換法測頻技術(shù)圖2-1 現(xiàn)代測頻技術(shù)分類13/632.2 2.2 頻率搜索接收機(jī)頻率搜索接收機(jī)要點(diǎn)：l 搜索式超外差接收機(jī)搜索式超外差接收機(jī)l 射頻調(diào)

7、諧晶體視頻接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)l 頻率搜索形式頻率搜索形式l 頻率搜索速度的選擇頻率搜索速度的選擇14/632.2.1 搜索式超外差接收機(jī)搜索式超外差接收機(jī)圖2-2 搜索式超外差接收機(jī)原理圖15/63 優(yōu)點(diǎn)： 1）靈敏度高，選擇性好；幅度失真小。 2）能檢測寬脈沖線性調(diào)頻信號和相位編碼信號，且易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 1）存在寄生信道干擾； 2）比晶體視頻接收機(jī)復(fù)雜； 3）搜索時間長，對短時間出現(xiàn)的信號頻率截獲概率低。16/631接收機(jī)中的變頻干擾接收機(jī)中的變頻干擾 作用到混頻器上的信號無非是本振信號、有用信號、干擾信號和噪聲四種。它們之間的任意兩種或多種信號都有可能互相組合而產(chǎn)生干擾頻率，

8、不同原因產(chǎn)生的變頻干擾在接收機(jī)中有特定的名稱。 圖2-3為變頻干擾的分類及其產(chǎn)生原因示意圖。17/6318/63 1.1 組合頻率干擾 產(chǎn)生干擾的條件是 其中 為本振信號頻率， 為有用信號頻率， 為中頻信號載頻， 為落在中頻信號通帶內(nèi)的頻率值()lcipfqffF 1cipffqplfcfififF減少干擾哨聲的方法是合理地選擇中頻頻率。19/63 1.2 寄生通道干擾lmipfqff 1mlipfffqq在寄生通道干擾中，有兩種干擾信號我們要重點(diǎn)分析，一是中頻干擾，另一種是鏡頻干擾。20/6321/63 1.3 互相調(diào)制（互調(diào)）干擾 互調(diào)干擾通常是回波信號在通過混頻器或存在非線性失真的模擬器

9、件時，多個干擾信號之間相互作用引起的。22/63 通常用三階麥克勞林展開式來表示接收機(jī)的傳輸特性，即23123( )( )( )( )oiiiV taV ta Vta Vt23/6324/6325/6326/63 1.4 交叉調(diào)制（交調(diào)）干擾 交調(diào)干擾是由混頻器或接收系統(tǒng)中各級電路的非線性特性造成的。221313( )( )( )12 ( )( )2noiiiiu ta s ta s tVe tet交調(diào)干擾僅與干擾信號的幅度有關(guān)，而與其頻率無關(guān)，當(dāng)干擾信號是調(diào)幅信號時，其調(diào)制包絡(luò)將轉(zhuǎn)移到回波中頻信號的振幅中去，因而是一種危害性更大的干擾。減小交調(diào)干擾的方法是盡量提高接收系統(tǒng)的選擇性。27/63

10、 1.5 本振噪聲干擾和倒易混頻干擾這兩種干擾都是由于本振信號頻譜純度不夠而引起的。減小這兩種干擾的唯一方法是減小本振噪聲。28/63六種變頻干擾中，組合頻率干擾、寄生通道干擾、本振噪聲干擾和倒易混頻干擾是混頻電路所特有的；而交調(diào)干擾和互調(diào)干擾在接收系統(tǒng)具有非線性傳輸特性的各級電路中都有可能產(chǎn)生。29/632. 幾種典型超外差接收機(jī)幾種典型超外差接收機(jī) 1) 窄帶超外差接收機(jī)窄帶超外差接收機(jī) 采用微波預(yù)選器與本振統(tǒng)調(diào)，對每個分辨單元順序搜索。 射頻帶寬：2060MHz 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：頻率分辨率高、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號密度低、對信號處理要求低。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：截獲時間長，截獲概率低，不能檢測

11、頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號。 30/63 2) 寬帶超外差接收機(jī)寬帶超外差接收機(jī) 瞬時帶寬：100200MHz優(yōu)點(diǎn)：能檢測頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號； 截獲時間縮短。 3) 寬帶預(yù)選超外差接收機(jī)寬帶預(yù)選超外差接收機(jī) 采用寬帶預(yù)選器和高中頻，擴(kuò)展瞬時帶寬。 31/632.2.2 2.2.2 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī) 射頻調(diào)諧（RFT）晶體視頻接收機(jī)是一種最簡單的接收機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡單，工作可靠，體積小，重量輕，成本低 缺點(diǎn)：靈敏度低，測頻分辨力和精度不高。圖2-7 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)原理圖32/632.2.3 2.2.3 頻率搜索方式頻率搜索方式 1) 1) 連續(xù)搜

12、索連續(xù)搜索 Nff2f1f0rftTftfNff2f1f0tTf單程搜索雙程搜索圖2-8 連續(xù)搜索時間圖33/632) 2) 步進(jìn)搜索步進(jìn)搜索 搜索范圍： 搜索周期：Tf 接收時間：tf 脈沖群時間：Nff2f1f0t等間隔搜索ff2f1f0t靈巧式搜索12ff 圖2-9 步進(jìn)式頻率搜索時間圖34/632.2.4 2.2.4 頻率搜索速度頻率搜索速度的選擇的選擇頻率搜索速度有幾種方式：1. 頻率慢速可靠搜索頻率慢速可靠搜索頻率慢速可靠搜索（全概率）的條件為：a) 接收機(jī)在一個雷達(dá)照射時間（脈沖群）掃過整個偵察頻帶，即 其中 為脈沖群內(nèi)脈沖數(shù)， 為脈沖重復(fù)周期。b) 接收機(jī)掃過一個瞬時帶寬 的時

13、間 內(nèi)收到的脈沖數(shù)滿足信號處理和顯示所需的脈沖數(shù)Z ，即21rffrftTZTfffNNrTZ TNZrTrfft35/63 2. 頻率快速可靠搜索頻率快速可靠搜索在一個脈沖寬帶內(nèi)，接收機(jī)搜索完整個偵察頻帶，即fT圖2-10 頻率快速可靠搜索時間圖頻率搜索速度應(yīng)滿足2121ffffffvT36/63圖2-11 線性掃頻接收機(jī)的輸出電壓波形 (a) 慢速掃頻 (b) 快速掃頻慢速掃頻：隨著掃頻速度的提高，脈沖幅度不變， 但脈沖寬度減小?？焖賿哳l：隨著掃頻速度的提高，脈沖幅度減小， 脈沖寬度變化不大。接收機(jī)輸出:37/633. 頻率概率搜索頻率概率搜索 偵察接收機(jī)的頻帶與雷達(dá)信號的頻譜重合是一個隨

14、機(jī)事件。 不滿足可靠搜索條件下為概率搜索。 由于高速搜索時，接收機(jī)輸出脈沖幅度減小，因此搜索接收機(jī)的掃頻速度不宜過大。一般具體實(shí)現(xiàn)時都采用壓縮接收機(jī)。38/632.3 比相法瞬時測頻接收機(jī)比相法瞬時測頻接收機(jī) 2.3.1 組成和組成和主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)1 1、比相法瞬時測頻接收機(jī)的組成、比相法瞬時測頻接收機(jī)的組成圖2-12 比相法瞬時測頻接收機(jī)的組成39/63 限幅放大器： 1、提高接收機(jī)靈敏度； 2、對強(qiáng)信號限幅，減小因信號幅度變化對測頻精度的影響。 延時線鑒相器： 實(shí)現(xiàn)頻率-相位變換 門限檢測/定時控制： 1、降低虛警率； 2、降低由于噪聲激勵而引起的測頻誤差； 3、減小同時到達(dá)信號

15、對測頻誤差的影響； 4、復(fù)位測頻系統(tǒng)。 同時到達(dá)信號檢測： 檢測同時到達(dá)信號，標(biāo)記因同時到達(dá)信號存在而引起的錯誤測頻，以示頻率數(shù)據(jù)不可靠。 頻率編碼： 對鑒相器輸出的電壓進(jìn)行極性量化，完成編碼和校碼。40/632 2、主要技術(shù)參數(shù)、主要技術(shù)參數(shù)l 不模糊帶寬F ：1個倍頻程或者更高l 頻率分辨單元：可達(dá)1MHzl 頻率精度： 12MHzl 頻率截獲概率：趨近于1l 頻率截獲時間：1個脈沖重復(fù)周期l 靈敏度：40dBm 50dBml 動態(tài)范圍：5060dBl 測頻時間：100300nsl 遮蔽時間：5070ns41/632.3.2 2.3.2 微波鑒相器微波鑒相器1. 簡單微波鑒相器原理如圖簡單

16、微波鑒相器原理如圖鑒相輸出信號: T是延遲線的延遲時間。K為檢波效率。 2021 cosUKAT圖2-13 簡單微波鑒相器42/50微波鑒相器用于實(shí)現(xiàn)信號的自相關(guān)運(yùn)算，因此需要考慮以下條件：相干的基本條件： 否則不能進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。 單值測量條件： 這是由最大相移為2決定的，相移與頻率的關(guān)系為 信號自相關(guān)函數(shù)輸出信號幅度與輸入信號功率成正比 簡單微波鑒相器的輸出信號中有與頻率無關(guān)的直流分量，應(yīng)盡量消除其影響。minTTff112Tf243/632. 實(shí)用的微波鑒相器原理圖實(shí)用的微波鑒相器原理圖 功率分配延遲線90o電橋檢波器差分放大cos2KAUIsin2KAUQ圖2-14 一種常用的微波鑒相器

17、44/63鑒相輸出信號 合成矢量的模為相角為合成矢量的相位與載波頻率成正比，實(shí)現(xiàn)了頻-相變換2fT圖2-15 正交函數(shù)的合成矢量TkAUTkAUQIsincos222UK A45/502.3.3 極性量化器極性量化器 00,01xxxsign 相關(guān)器輸出是兩路正交的正弦電壓，把它們加到兩個電壓比較器上，進(jìn)行極性判決，稱為量化。對輸入信號按照極性量化輸出對量化區(qū)間直接編碼2int,2 ,modnCTf46/63極性量化直接用于UI、UQ，只能得到n = 4利用三角公式： 有的UI、UQ 用不同的 進(jìn)行加權(quán)求和，可以得到不同的相位細(xì)劃和極性量化后的區(qū)間細(xì)劃。如： = /4，可得到n=8，為3bit

18、量化器再選 = /8，可得到n=16，為4bit量化器sinsincoscoscossincoscossinsincos,sin47/63 以此類推，通過對通過對UI、UQ及其加權(quán)系列的極性及其加權(quán)系列的極性量化，可以不斷提高數(shù)字測頻的精度。量化，可以不斷提高數(shù)字測頻的精度。多多bit量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足 其中其中 F是瞬時帶寬。單路量化的頻率分辨率不是瞬時帶寬。單路量化的頻率分辨率不高，實(shí)際中使用多路量化器。高，實(shí)際中使用多路量化器。 FTf2248/632.3.4 多路鑒相器的并行運(yùn)用多路鑒相器的并行運(yùn)用 為了同時滿足測頻范圍和頻率分

19、辨率的要求，采用多路方式，兩路鑒相器如圖示： 功率分配器鑒相器1鑒相器2量化器1(3bit)量化器2(3bit)輸入編碼T4T49/63 兩路都是3bit量化器。第一路延遲線延遲時間為T，第二路延遲時間為4T。短延遲輸出頻率的高位碼，長延遲輸出頻率的低位碼，其頻率分辨率為： 如果選擇k路鑒相器，相鄰遲延比為n，最長遲延支路量化為mbit，其頻率分辨率為： 在實(shí)際中，一般k=3,4, m=46, n=4,8。 423Ff111,2mkfFnTT 50/6351/632.4 2.4 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī) 要點(diǎn)： 基本工作原理基本工作原理 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī)存在存在的的問題問題 信道化接收

20、機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用信道化接收機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 52/632.4.1 基本工作原理基本工作原理 信道化采用大量的并行接收和處理信道覆蓋測頻范圍。包括：1） 純信道化接收機(jī)2) 頻帶折疊信道化接收機(jī)3) 時分制信道化接收機(jī) 圖2-17 多波道接收機(jī)53/631. 純信道化接收機(jī)原理純信道化接收機(jī)原理12.m112.m212.m212.m2第一本振組第二本振組門限檢測判決編碼圖2-18 純信道化接收機(jī)簡化方框圖54/63純信道化接收機(jī)純信道化接收機(jī)工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）第一分路器: 第一中放帶寬: 第一中頻頻率:第一本振組： 第二分路器 :第二中放帶寬 :第二中頻頻率:第二本振組 :1m1121mf

21、ffr2121fffi1, 0,5 . 011111mjfjfffrijL2m212/mffrr2/12riff1, 0,5 . 02/222112mjfjffffririjL55/63純信道化接收機(jī)純信道化接收機(jī)工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）以此類推：第k分路器： 第k中放帶寬： 第k中頻頻率： 第k本振組（低外差）： 頻率分辨力：根據(jù)接收信號通過的各檢測信道 進(jìn)行頻率估計：純信道化接收機(jī)的波段分路器個數(shù)是 kmkrkrkmff/12/1rkikff1, 0,5 . 02/11krkikrkikLkjmjfjffffkkmfff122 , 1,knk21ffnffkrkk2111mmmL56/632.2.頻