通信對(duì)抗原理第2章 通信偵探和通信信號(hào)頻率的測(cè)量

第2章通信偵探和通信信號(hào)頻率的測(cè)量干擾設(shè)備提供威脅通信輻射源的方向、頻率、調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)、威脅程度等相關(guān)信息，以便干擾設(shè)備的干擾資源配置，合理地選擇干擾對(duì)象、最正確干擾樣式和干擾時(shí)機(jī)。同時(shí)在干擾過程中，需要不斷監(jiān)視通信輻射源環(huán)境和信號(hào)參數(shù)的變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整干擾參數(shù)和管理干擾資源。(4)反輻射武器引導(dǎo)偵察。反輻射武器引導(dǎo)偵察提供對(duì)通信輻射源進(jìn)行截獲和分析識(shí)別，引導(dǎo)反輻射武器跟蹤威脅輻射源，并且進(jìn)行攻擊。(5)電磁頻譜監(jiān)測(cè)。無線電頻譜監(jiān)測(cè)是通信偵察的重要任務(wù)之一。無線電頻譜監(jiān)測(cè)分為民用和軍用無線電監(jiān)測(cè)。無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)給定頻譜之間以及與執(zhí)行特殊任務(wù)的作戰(zhàn)部隊(duì)之間的通信。頻率范圍從短波、超短波至微波的遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略通信頻段。戰(zhàn)略通信偵察一般屬于情報(bào)偵察。3)其他分類方法在習(xí)慣上還常常使用另外一些不同的分類方法，如：按工作頻段可分為短波通信偵察、超短波通信偵察、微波通信偵察等；按運(yùn)載平臺(tái)可分為便攜式、車載、機(jī)載、艦(船)載、星載通信偵察等；按被偵察對(duì)象屬性可分為常規(guī)通信偵察、跳頻通信偵察、直擴(kuò)通信偵察等。通信偵察面臨的信號(hào)環(huán)境復(fù)雜，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)通信信號(hào)所傳送的信息種類多，通常有語音、圖像、數(shù)據(jù)等。根據(jù)它們的特點(diǎn)，通信信號(hào)可以區(qū)分為離散信號(hào)和連續(xù)信號(hào)。為了偵察這些信號(hào)，應(yīng)采用不同的偵察設(shè)備。(2)通信信號(hào)的調(diào)制方式繁多，它包括模擬調(diào)制、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、擴(kuò)頻調(diào)制、頻分復(fù)用、碼分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用，以及各種通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)鏈等。(3)通信信號(hào)的信道間隔小，并且是連續(xù)波信號(hào)，其持續(xù)時(shí)間長，相互交疊。(4)由于通信設(shè)備分布范圍廣，發(fā)射功率變化大，以及電波傳播衰落現(xiàn)象等的影響，引起通信信號(hào)的信號(hào)電平范圍變化大。通信偵察的主要任務(wù)包括以下幾個(gè)方面。1)通信信號(hào)的搜索和截獲通信偵察的首要任務(wù)就是截獲所處地域的感興趣的無線電通信信號(hào)。通信信號(hào)出現(xiàn)的方向、頻率、時(shí)間、強(qiáng)度等，對(duì)于通信偵察設(shè)備而言是完全或者局部未知和隨機(jī)的。通信偵察設(shè)備實(shí)際上是使用一個(gè)空域、頻域、時(shí)域、能量域窗口構(gòu)成的多維搜索窗，按照一定的截獲概率截獲感興趣的通信信號(hào)。所以,為了截獲感興趣的通信信號(hào)，需要滿足空域重合、頻域重合、時(shí)域重合和能量足夠的四個(gè)截獲條件。(1)空域重合：使偵察設(shè)備的天線指向與通信信號(hào)的到達(dá)方向(方位和俯仰角)重合。通常偵察設(shè)備使用全向或者定向天線，如果使用定向天線，需要進(jìn)行空域搜索，搜索的速度會(huì)影響重合概率。(2)頻域重合：使偵察設(shè)備的工作頻率與通信信號(hào)的頻率一致。實(shí)現(xiàn)頻域重合的方法之一是使用頻域?qū)掗_的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)寬開守候法，但是它的設(shè)備的代價(jià)比較高，所以用的不多。常用的方法是頻率搜索法，頻率搜索實(shí)際上是使偵察接收設(shè)備以一定的帶寬和速度，掃描指定的頻段。在掃描過程中，一旦偵察接收機(jī)的工作頻率與目標(biāo)信號(hào)頻率一致，信號(hào)就滿足了頻域重合條件。(3)時(shí)域重合：要求偵察設(shè)備工作時(shí)，存在感興趣的通信信號(hào)，這個(gè)條件一般比較容易滿足。(4)能量足夠：是指被截獲的通信信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)滿足偵察接收機(jī)的靈敏度要求，這是不言而喻的。信號(hào)的通聯(lián)特征主要是指信號(hào)與外部的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，如通信體制、通信對(duì)象和業(yè)務(wù)量大小、使用頻度、通信功率的大小等，可以此判斷和識(shí)別該通信網(wǎng)臺(tái)的重要程度、級(jí)別、屬性及相互關(guān)系等。通信網(wǎng)臺(tái)識(shí)別是通信偵察的重要任務(wù)之一，目前仍然是通信對(duì)抗領(lǐng)域的重要研究課題，特別是在復(fù)雜環(huán)境中，如何提高正確識(shí)別的概率，還需要作大量和艱苦的工作。5)通信信號(hào)解調(diào)和信息恢復(fù)對(duì)通信信號(hào)解調(diào)、監(jiān)聽和信息恢復(fù)是通信情報(bào)偵察的重要內(nèi)容。對(duì)于模擬通信信號(hào)，其解調(diào)和監(jiān)聽的實(shí)現(xiàn)比較容易。數(shù)字通信信號(hào)調(diào)制方式多，對(duì)于通信偵察系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)器必須解決兩個(gè)根本問題，首先是解調(diào)器的通用性，它應(yīng)該能夠6)通信偵察情報(bào)的融合處理通信偵察系統(tǒng)一般是由分布在不同地域的多個(gè)偵察和測(cè)向設(shè)備組成的。這些設(shè)備偵察到的通信信號(hào)可能是同一輻射源在相同時(shí)刻輻射的信號(hào)，也可能是同一輻射源在不同時(shí)刻輻射的信號(hào)，還可能是不同輻射源在不同時(shí)刻、不同地點(diǎn)輻射的信號(hào)等。通信偵察情報(bào)融合的目的，就是將各個(gè)設(shè)備觀測(cè)到的大量的通信輻射源報(bào)告進(jìn)行綜合分析和相關(guān)處理，形成有價(jià)值的、統(tǒng)一的偵察情報(bào)，進(jìn)一步得出敵方通信態(tài)勢(shì)和對(duì)態(tài)勢(shì)的評(píng)價(jià)及敵方兵力部署和作戰(zhàn)意圖分析，產(chǎn)生決策建議，上報(bào)給指揮中心。和通信網(wǎng)臺(tái)整體關(guān)系的分析，綜合各種偵察所得信息，可直接或間接得知敵方的作戰(zhàn)意圖，從而掌握敵方的全局部署情況。(4)有效分類和識(shí)別目標(biāo)。在電磁環(huán)境愈來愈復(fù)雜的今天，如何快速尋找到需要的信號(hào)是一個(gè)非常棘手的問題。通過對(duì)敵通信網(wǎng)臺(tái)細(xì)微特征(指紋)的進(jìn)一步偵察、分析、研究和評(píng)價(jià)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源個(gè)體特征的識(shí)別和分類。(5)監(jiān)視敵方發(fā)射的干擾。和平時(shí)期，通信偵察可以用于情報(bào)的搜集與積累，偵察敵方各種通信信息；戰(zhàn)時(shí)，通信偵察還能向指揮機(jī)構(gòu)提供敵方實(shí)施電子進(jìn)攻的有關(guān)信息，提供敵人是否施放了通信干擾，以及施放了什么樣的通信干擾等，為我方及時(shí)、正確地組織指揮通信和采取抗干擾措施提供依據(jù)。通信偵察系統(tǒng)的組成

通信偵察的任務(wù)由通信偵察系統(tǒng)完成。典型的通信偵察設(shè)備包括天線、射頻接收機(jī)、測(cè)向設(shè)備、通信信號(hào)分析和處理設(shè)備、通信情報(bào)分析設(shè)備、通信鏈路和控制設(shè)備等組成。其組成如圖2.1-1所示。(1)天線。通信偵察系統(tǒng)的天線包括偵察天線和測(cè)向天線，在某些情況下測(cè)向天線和偵察天線共用。偵察天線通常使用寬頻段、寬波束天線。測(cè)向天線也是寬頻段天線，但是根據(jù)測(cè)向方法的不同，也使用不同結(jié)構(gòu)形式的多元天線陣。(2)射頻接收機(jī)。射頻接收機(jī)在寬頻帶范圍內(nèi)將射頻信號(hào)混頻、放大，為信號(hào)分析和測(cè)向處理設(shè)備提供足夠強(qiáng)的中頻輸出信號(hào)。通信偵察的射頻接收機(jī)可以是窄帶搜索接收機(jī)，也可以是寬帶接收機(jī)。對(duì)于測(cè)向系統(tǒng)，它的射頻接收機(jī)可能是多通道的。圖2.1-1通信偵察系統(tǒng)組成(2)空域覆蓋范圍。空域覆蓋范圍反映了偵察系統(tǒng)方位和俯仰角覆蓋能力。空域覆蓋范圍與系統(tǒng)的天線和測(cè)向體制有關(guān)，對(duì)于全向系統(tǒng)，空域覆蓋范圍是一個(gè)以偵察天線為中心的全球或者半球，球的直徑與偵察作用距離有關(guān)。通信偵察系統(tǒng)的俯仰覆蓋通常是全向的，方位覆蓋范圍是全向或者定向的?？沼蚋采w范圍可以分解為方位覆蓋范圍和俯仰覆蓋范圍兩個(gè)指標(biāo)。(3)工作頻率范圍。工作頻率范圍是通信偵察系統(tǒng)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的通信偵察系統(tǒng)的偵察頻率范圍為0.1MHz~3GHz，現(xiàn)代通信偵察系統(tǒng)的偵察頻率范圍已經(jīng)向微波和毫米波擴(kuò)展，高端需要覆蓋到40GHz甚至更高。通信偵察系統(tǒng)工作頻率范圍確實(shí)定主要由通信偵察系統(tǒng)的使命和任務(wù)決定。(4)系統(tǒng)靈敏度。系統(tǒng)靈敏度是指當(dāng)偵察系統(tǒng)終端設(shè)備在規(guī)定的信噪比條件下，完成信號(hào)檢測(cè)或者處理時(shí)，天線輸入的最小信號(hào)功率或者天線口面上的最小信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。系統(tǒng)靈敏度與天線增益、接收機(jī)靈敏度、檢測(cè)信噪比等因素有關(guān)。它除了考慮接收機(jī)靈敏度外，還須考慮天饋系統(tǒng)的增益或損耗?，F(xiàn)代通信偵察系統(tǒng)的系統(tǒng)偵收靈敏度大約為－90～－110dBm。(5)測(cè)頻精度。測(cè)頻精度(或稱“測(cè)頻準(zhǔn)確度〞)是指通信偵察系統(tǒng)測(cè)量目標(biāo)信號(hào)頻率的讀數(shù)與目標(biāo)信號(hào)頻率真值的符合程度。測(cè)頻精度要求與工作任務(wù)要求和工作頻段有關(guān)，通常情報(bào)偵察頻譜監(jiān)測(cè)任務(wù)要求的測(cè)頻精度要求最高，而在短波頻段，容許的測(cè)頻準(zhǔn)確度一般為1～10Hz；在超短波以上頻段，允許的測(cè)頻準(zhǔn)確度可稍低一些，一般為0.3～2kHz。2)接收機(jī)射頻通道指標(biāo)(1)接收機(jī)靈敏度。接收機(jī)靈敏度是指當(dāng)偵察系統(tǒng)終端設(shè)備在規(guī)定的信噪比條件下，完成信號(hào)檢測(cè)或者處理時(shí)，接收機(jī)輸入端的最小信號(hào)功率。接收機(jī)靈敏度與接收機(jī)體制、內(nèi)部噪聲、瞬時(shí)帶寬等因素有關(guān)。通常直接檢波接收機(jī)靈敏度最低，而外差接收機(jī)的靈敏度較高。(2)接收機(jī)瞬時(shí)帶寬。瞬時(shí)帶寬是指接收機(jī)工作的帶寬，通常由接收機(jī)的中頻放大器帶寬決定。接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬可以覆蓋多個(gè)通信信道，此時(shí)稱為寬帶接收機(jī)，它也可以只覆蓋一個(gè)通信信道，此時(shí)稱為窄帶接收機(jī)。通信信號(hào)的信號(hào)帶寬變化較大，如10kHz、25kHz、200kHz等，對(duì)于擴(kuò)頻信號(hào)，其帶寬甚至到達(dá)幾十兆赫茲。因此，通信偵察接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬通常是可變的。(3)頻率搜索速度。頻率搜索速度是指?jìng)刹旖邮諜C(jī)在單位時(shí)間內(nèi)，可以搜索的頻帶范圍值。它與接收機(jī)本振的置頻速度、信號(hào)處理時(shí)間、信號(hào)環(huán)境等因素有關(guān)。偵察接收機(jī)的頻率搜索速度一般為100～2000MHz/s。(4)頻率搜索間隔。頻率搜索(步進(jìn))間隔反映接收設(shè)備精確調(diào)諧的能力，一般由接收機(jī)本振的最小頻率步進(jìn)量決定。如短波接收機(jī)的最小頻率間隔為1～10Hz，超短波接收機(jī)的最小頻率間隔一般為1kHz，要求不太高的場(chǎng)合可為12.5kHz、25kHz，等等。(5)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍是指為保證適應(yīng)復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境，通信偵察接收機(jī)能夠正確截獲和偵收的目標(biāo)信號(hào)的強(qiáng)度變化范圍。動(dòng)態(tài)范圍有兩種定義：①飽和動(dòng)態(tài)范圍：一般指接收機(jī)靈敏度到飽和時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度變化范圍。過強(qiáng)的信號(hào)會(huì)使接收機(jī)飽和，同時(shí)還會(huì)抑制弱小信號(hào)。②無寄生干擾動(dòng)態(tài)范圍：當(dāng)兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，由于射頻通道的器件的非線性，會(huì)引起交調(diào)干擾。無寄生干擾動(dòng)態(tài)范圍是指接收機(jī)不出現(xiàn)交調(diào)干擾的最大信號(hào)與最小信號(hào)的電平之差。無寄生干擾動(dòng)態(tài)范圍比飽和動(dòng)態(tài)范圍小得多，一般要求動(dòng)態(tài)范圍不小于50～60dB。(6)選擇性。通信偵察接收系統(tǒng)從大量復(fù)雜信號(hào)環(huán)境中選出所需的有用信號(hào)的能力稱為選擇性。選擇性可分為單頻選擇性和多頻選擇性兩類。單頻選擇性包括鄰道選擇性、中頻選擇性和鏡頻選擇性。鄰道選擇性一般要求不小于50～60dB，中頻選擇性和鏡頻選擇性通常要求大于80dB。多頻選擇性是指由于偵察接收機(jī)的非線性而引起的互調(diào)、交調(diào)、阻塞和倒易混頻。多頻選擇性通常用規(guī)定條件下容許的干擾電平來表示，一般為80～100dBμV。3)信號(hào)分析和處理指標(biāo)(1)信號(hào)環(huán)境適應(yīng)能力。信號(hào)環(huán)境適應(yīng)能力是指信號(hào)分析和處理系統(tǒng)能夠正常分析和處理的通信信號(hào)種類、信號(hào)密度的能力。信號(hào)環(huán)境可以用復(fù)雜性和密集性描述。復(fù)雜性是指可以分析和處理信號(hào)的種類，即它可處理的常規(guī)通信信號(hào)、擴(kuò)頻通信信號(hào)類型。密集性是指可以同時(shí)分析和處理的通信信號(hào)的個(gè)數(shù)。在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中，通常通信偵察設(shè)備面臨的是一個(gè)復(fù)雜、密集的信號(hào)環(huán)境。(2)信號(hào)處理帶寬。信號(hào)處理帶寬是指?jìng)刹煜到y(tǒng)信號(hào)處理器正常分析和處理信號(hào)的帶寬。信號(hào)處理帶寬越寬，信號(hào)處理器的能力越強(qiáng)。(3)信號(hào)處理時(shí)間。信號(hào)處理時(shí)間是指信號(hào)處理器在給定的信號(hào)環(huán)境條件下分析和處理信號(hào)所需的時(shí)間間隔。信號(hào)處理時(shí)間越小，信號(hào)處理器的能力越強(qiáng)。(4)信號(hào)正確識(shí)別概率。信號(hào)正確識(shí)別概率是指信號(hào)分析識(shí)別系統(tǒng)正確地識(shí)別信號(hào)類型的概率。它與信號(hào)環(huán)境密切相關(guān)，信號(hào)環(huán)境越復(fù)雜，信號(hào)識(shí)別的難度越高。(5)頻率分辯率。頻率分辨率是指系統(tǒng)能夠區(qū)分的兩個(gè)不同頻率的信號(hào)之間的最小頻率間隔。過適當(dāng)?shù)淖儞Q(如編碼、加密、調(diào)制等)后，形成某種形式的通信信號(hào)，然后以有線或者無線方式送給信道。接收設(shè)備從信道中提取發(fā)送設(shè)備發(fā)送的信號(hào)，并且進(jìn)行與發(fā)送方相反的變換(解碼、解密、解調(diào)等)，恢復(fù)所傳送的信息，送給宿主。通信系統(tǒng)按照所傳輸?shù)男畔⒌念愋褪沁B續(xù)的還是離散的，分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)比較簡單，通常只有調(diào)制/解調(diào)和頻率變換等根本功能，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的編碼和加密等處理，其抗干擾性能低于數(shù)字通信系統(tǒng)，因此模擬通信系統(tǒng)已經(jīng)逐漸的被淘汰。一個(gè)典型的數(shù)字通信系統(tǒng)可能包含三種根本的信息變換過程，即編碼/解碼、加密/解密、調(diào)制/解調(diào)處理。這三種處理可以根據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行選擇。下面我們分別介紹這三種變換過程及其特點(diǎn)。圖2.2-1數(shù)字通信系統(tǒng)原理框圖1)編碼/解碼變換通信系統(tǒng)中的編碼/解碼變換按照其目的分為信源編碼和信道編碼，信源編碼的任務(wù)是把信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信息流，以提高通信系統(tǒng)的傳輸效率。而信道編碼是為了減小傳輸過程中的錯(cuò)誤而采取的編碼措施，是為了改善通信系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。兩者的目的不同，因此既有聯(lián)系同時(shí)又有差異。(1)信源編碼。通信系統(tǒng)的信源可以是模擬信源，如音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等；也可以是數(shù)字信源，如字符、數(shù)據(jù)、文件等。不管是模擬信源還是數(shù)字信源，在進(jìn)行信源編碼后，都轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式的信息碼流。對(duì)于數(shù)字信息，信源編碼的過程實(shí)際上是把一個(gè)離散有限狀態(tài)符號(hào)集X={x1,x2,…,xL}中的每個(gè)符號(hào)，按照某種規(guī)那么指定一個(gè)唯一的R位二進(jìn)制數(shù)與其對(duì)應(yīng)。如常用的ASCII編碼，用8位二進(jìn)制數(shù)表示英文字母和數(shù)字等，漢字編碼為16位二進(jìn)制數(shù)，電報(bào)編碼采用莫氏碼。對(duì)于模擬信源，它發(fā)出的信息是連續(xù)信號(hào)，它的編碼過程實(shí)際上包括量化和編碼兩步。量化是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過程，常用的量化方法有均勻量化和非均勻量化兩種。對(duì)量化后的信息再進(jìn)行編碼。在通信系統(tǒng)中，對(duì)模擬語音信號(hào)的傳輸是一個(gè)重要的任務(wù)之一，因此許多關(guān)于信源編碼的方法都是針對(duì)語音編碼的。語音編碼按照編碼的原理分為波形編碼和參量編碼兩種類型。其中波形編碼基于語音信號(hào)的時(shí)域特性實(shí)現(xiàn)，如脈沖編碼調(diào)制(PCM)、增量編碼調(diào)制(DPCM)等，也可以基于信號(hào)的頻域特性實(shí)現(xiàn)，如子帶編碼(SBC)、自適應(yīng)變換編碼(ATC)等。參量編碼基于語音信號(hào)的描述模型中的幾個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)，如線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)等。表2.2-1是幾種語音編碼器的性能。信源解碼器實(shí)際上是編碼的逆過程，它把編碼數(shù)據(jù)流復(fù)原成原始信息，這里不再討論。表2.2-1幾種語音編碼器的性能(2)信道編碼。信號(hào)在信道中傳輸?shù)倪^程，會(huì)受到各種信道噪聲、無意或者有意干擾，引起傳輸錯(cuò)誤。信道編碼的目的是檢測(cè)或者糾正傳輸過程中的錯(cuò)誤，提高信息傳輸?shù)目煽啃院唾|(zhì)量。信道編碼有三類根本方式，一種是前向糾錯(cuò)控制(FEC)，其次是檢錯(cuò)重發(fā)(ARQ)，最后是混合方法——FEC和ARQ結(jié)合。采用前向糾錯(cuò)控制編碼時(shí)，設(shè)數(shù)據(jù)源的比特速率為R，為防止過失需要參加冗余比特，編碼器輸出速率為Rc，那么編碼效率是r=R/Rc。一般，Rc>R，r<1。此外，使用FEC后，使系統(tǒng)所需容量增大。系統(tǒng)中，編碼后的序列經(jīng)調(diào)制后發(fā)送到信道，在接收端經(jīng)解調(diào)、譯碼后恢復(fù)原信息序列。其余2N－2K個(gè)稱為禁用碼組。信息碼后有r個(gè)監(jiān)督碼元，有2r個(gè)不同排列，選取其中一組作為監(jiān)督碼元。按一定規(guī)那么選取監(jiān)督碼元，就構(gòu)成了不同的編碼方法。這些規(guī)那么就是按照一定的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)成。如果監(jiān)督碼元為本碼組中某些信息碼元的模2和，可以得到R個(gè)線性關(guān)系式，稱為一致監(jiān)督關(guān)系，所構(gòu)成的碼為線性碼。常用的線性分組碼有交織碼、BCH碼、格雷碼、RS碼等。每一種碼編碼效率是不同的，其檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力也不同。線性碼是分組碼，卷積碼是非線性碼。在分組碼中，N個(gè)碼為一組，其中r個(gè)監(jiān)督位只能監(jiān)督本組的K個(gè)信息碼。對(duì)于卷積碼，編碼器在任何時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的n個(gè)碼元，不僅與這段時(shí)間內(nèi)的k個(gè)信息碼有關(guān)，且與前(N－1)段內(nèi)的信息碼有關(guān)，因此，卷積碼可以監(jiān)督N段時(shí)間內(nèi)的信息位。卷積碼的譯碼比編碼復(fù)雜，通常有代數(shù)譯碼和概率譯碼兩種方法。關(guān)于信道編碼的詳細(xì)論述，可以參考相關(guān)的教科書，這里不再詳細(xì)討論。2)加密/解密變換當(dāng)需要保密通信時(shí)，可以對(duì)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行人為“擾亂〞，即加上密碼，以滿足保密要求。3)調(diào)制/解調(diào)變換調(diào)制在通信系統(tǒng)中有兩種重要作用，調(diào)制的主要作用是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到射頻上去，使信號(hào)變換為適合于信道傳輸或者實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用的頻帶信號(hào)；其次它可以提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院陀行?。在通信系統(tǒng)中，發(fā)送設(shè)備通常需要調(diào)制過程，而接收設(shè)備中需要解調(diào)過程，調(diào)制和解調(diào)兩者是互逆的。調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種方式，對(duì)于模擬調(diào)制，基帶信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，而數(shù)字調(diào)制，基帶信號(hào)是離散信號(hào)。調(diào)制器需要載波信號(hào)，常用的載波信號(hào)是正弦波和脈沖波。正弦波作為載波的調(diào)制稱為正弦調(diào)制，而脈沖作為載波的調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。常用的模擬調(diào)制以正弦波信號(hào)作為載波，利用模擬調(diào)制信號(hào)控制正弦載波的幅度、相位和頻率，分別稱為幅度調(diào)制(AM)、相位調(diào)制(PM)和頻率調(diào)制(FM)。幅度調(diào)制是線性調(diào)制，也稱為調(diào)幅信號(hào)，常見的調(diào)幅信號(hào)(AM)有幾種形式，如雙邊帶(DSB)、單邊帶(SSB)和殘留邊帶(VSB)等。相位調(diào)制和頻率調(diào)制是角度調(diào)制，它們是非線性調(diào)制，角度調(diào)制中FM是一種被廣泛應(yīng)用的調(diào)制方式。與模擬調(diào)制相同，數(shù)字調(diào)制通常也以正弦波信號(hào)作為載波，但是其調(diào)制信號(hào)是離散的數(shù)字信號(hào)。分別利用數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的幅度、相位和頻率，可以得到數(shù)字調(diào)制信號(hào)。常用的數(shù)字調(diào)制信號(hào)為幅度鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)等。此外，數(shù)字調(diào)制還有二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制的形式，因此其調(diào)制樣式繁多，性能各異。模擬通信信號(hào)根本類型和特點(diǎn)常用的模擬調(diào)制信號(hào)是調(diào)幅(AM)和調(diào)頻(FM)。下面我們來分析這些信號(hào)的根本特點(diǎn)。模擬通信信號(hào)可以表示為s(t)=A(t)cos［2πfct+φ(t)］(2.2-1)式中，A(t)為信號(hào)的瞬時(shí)幅度；fc為信號(hào)的載波頻率；φ(t)為信號(hào)的瞬時(shí)相位。信號(hào)的瞬時(shí)頻率f(t)可以由式(2.2-2)確定：

1.調(diào)幅信號(hào)(AM)對(duì)于調(diào)幅信號(hào)，在式(2.2-1)中令φ(t)=φ0，A(t)=A0［1+mam(t)］，其中A0是載波幅度，ma是調(diào)幅度，m(t)是模擬基帶信號(hào)，并且滿足|m(t)|<1，則調(diào)幅信號(hào)可以表示為

sAM1(t)=A0［1+mam(t)］cos(2πfct+φ0)(2.2-3)(2.2-2)設(shè)模擬基帶信號(hào)的頻譜為M(ω)，則對(duì)上式進(jìn)行傅立葉變換，可以得到調(diào)幅信號(hào)的頻譜為

式(2.2-3)和式(2.2-4)是雙邊帶調(diào)幅信號(hào)(AM-DSB)的時(shí)域和頻域表達(dá)式，其相應(yīng)的時(shí)域波形和頻譜如圖2.2-2所示。(2.2-4)圖2.2-2AM-DSB信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜雙邊帶調(diào)幅信號(hào)中存在載波分量，這就是它的頻譜函數(shù)中的沖擊函數(shù)分量。在式(2.2-3)中，如果基帶信號(hào)不包含直流分量，它將成為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)(AM-SC-DSB)，其時(shí)域和頻域表示分別為

sAM2(t)=A0mam(t)cos(2πfct+φ0)(2.2-5)

由此可見，在抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜中沒有載波譜分量。AM信號(hào)常用的形式還包括單邊帶調(diào)幅信號(hào)(AM-SSB)，單邊帶信號(hào)有兩種形式，它們是上邊帶(USB)和下邊帶(LSB)。其時(shí)域和頻域表示分別為(2.2-6)(2.2-7)式中,為基帶信號(hào)的希爾波特變換，其定義為(2.2-8)在式(2.2-7)中，如果取減號(hào)，得到的是上邊帶信號(hào)(USB)，如果取加號(hào)，得到的是下邊帶信號(hào)(LSB)。單邊帶信號(hào)的頻譜可以表示為(2.2-9)其中，當(dāng)濾波器H(ω)為理想高通濾波器時(shí)，得到的是上邊帶信號(hào)；當(dāng)濾波器是理想低通濾波器時(shí)，可以得到下邊帶信號(hào)。如果濾波器的特性是非理想高/低通濾波器，那么會(huì)得到殘留邊帶信號(hào)(AM-VSB)。邊帶的概念及其頻譜結(jié)構(gòu)如圖2.2-3所示。設(shè)基帶調(diào)制信號(hào)的最高頻率分量為fm，即基帶信號(hào)的頻率范圍為0~fm，那么AM-DSB信號(hào)的帶寬為BAM=2fm(2.2-10)也就是說，雙邊帶AM信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。圖2.2-3邊帶的功能及其頻譜結(jié)構(gòu)從上述的分析可以看出，AM信號(hào)的根本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是變化的，且變化規(guī)律與基帶信號(hào)有關(guān)。(2)其載波頻率是恒定的，與基帶信號(hào)無關(guān)。(3)AM信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的1～2倍。當(dāng)它是DSB形式時(shí)，已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶調(diào)制信號(hào)的2倍；當(dāng)它是SSB形式時(shí)，已調(diào)信號(hào)的帶寬與基帶調(diào)制信號(hào)相同；當(dāng)它是VSB形式時(shí)，已調(diào)信號(hào)的帶寬處于基帶調(diào)制信號(hào)1～2倍之間。(4)AM信號(hào)中可能包含載波分量，這是DSB信號(hào)；或者不包含載波分量，這是SC-DSB信號(hào)。2.FM信號(hào)

調(diào)頻信號(hào)(FM)可以表示為(2.2-11)式(2.2-11)可以通過式(2.1-1)按照以下方式得到。令A(yù)(t)=A0,，其中A0是載波幅度，m(t)是模擬基帶信號(hào)，并且滿足|m(t)|<1，Kf是調(diào)頻斜率，它與調(diào)頻指數(shù)mf的關(guān)系為(2.2-12)其中，Δω是最大調(diào)頻角頻偏；Δf是最調(diào)頻頻偏；fm是基帶信號(hào)的最高頻率分量。調(diào)頻信號(hào)分為寬帶調(diào)頻和窄帶調(diào)頻兩種，實(shí)際中以寬帶調(diào)頻應(yīng)用為主。調(diào)頻調(diào)制是一種非線性調(diào)制，調(diào)制后信號(hào)的頻譜用貝賽爾函數(shù)表示。寬帶調(diào)頻后，F(xiàn)M信號(hào)的帶寬為

BFM=2(Δf+fm)=2(mffm+fm)=BAM(mf+1)(2.2-13)對(duì)于寬帶調(diào)頻，mf>>1，因此FM信號(hào)的帶寬近似表示為

BFM≈mfBAM(2.2-14)可見寬帶調(diào)頻信號(hào)的帶寬比調(diào)幅信號(hào)寬得多。因此它需要較大的輸出帶寬，這需要占用較多的信道資源，但是它可以極大的改善解調(diào)器輸出的信噪比，得到比AM信號(hào)更好的抗干擾性能。從上述的分析可以看出，F(xiàn)M信號(hào)的根本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是恒定的。(2)其載波頻率是變化的，其變化規(guī)律與基帶信號(hào)有關(guān)。(3)FM信號(hào)的帶寬與基帶信號(hào)帶寬和調(diào)頻指數(shù)有關(guān)，通常其帶寬比AM信號(hào)寬得多。數(shù)字通信信號(hào)根本類型和特點(diǎn)常用的數(shù)字調(diào)制信號(hào)為ASK、PSK、FSK、QAM等。下面我們來分析這些信號(hào)的根本特點(diǎn)。對(duì)式(2.2-1)進(jìn)行三角變換，可以得到s(t)=A(t)cos[2πfct+φ(t)]=A(t)cos[φ(t)]cos(2πfct)+A(t)sin[φ(t)]sin(2πfct)(2.2-15)令

則有

s(t)=I(t)cos(2πfct)+Q(t)sin(2πfct)(2.2-17)也就是說，通信信號(hào)可以表示成為上述的正交表達(dá)式，或者說，任何通信信號(hào)都可以利用兩個(gè)正交的基帶信號(hào)I(t)和Q(t)產(chǎn)生。(2.2-16)1.2ASK信號(hào)

2ASK信號(hào)，即二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)，也稱為OOK。在式(2.2-17)中，令，Q(t)=0，可以得到2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(2.2-18)其中,g(t)是持續(xù)時(shí)間為Ts的矩形脈沖；an∈{0,1}是二進(jìn)制符號(hào)序列。如果在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間［0,Ts］內(nèi)觀察，則當(dāng)an＝0時(shí)，2ASK信號(hào)不發(fā)送高頻脈沖；而當(dāng)an＝1時(shí)，發(fā)送高頻脈沖。由于an是一個(gè)隨機(jī)序列，因此2ASK信號(hào)是一個(gè)被隨機(jī)單極性脈沖調(diào)制的隨機(jī)過程，其頻譜用功率譜描述?？梢宰C明，當(dāng)二進(jìn)制序列an為0、1等概序列、基帶脈沖為矩形脈沖時(shí)，其功率譜為(2.2-19)2ASK信號(hào)的時(shí)域、頻域特性如圖2.2-4所示。圖2.2-42ASK信號(hào)的時(shí)域和頻域特性從上述的分析可以看出，2ASK信號(hào)的基本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是變化的，其載波頻率恒定的。(2)功率譜中包含載波分量。(3)功率譜的連續(xù)譜的形狀是Sa()函數(shù)，其第一零點(diǎn)寬度為2fs。(4)信號(hào)帶寬是基帶脈沖波形帶寬的2倍，近似為2fs。2.2PSK信號(hào)

2PSK(BPSK)信號(hào)，即二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)。在式(2.2-17)中，令，Q(t)=0，可以得到2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(2.2-20)注意到上述表述與2ASK是類似的，所不同的是符號(hào)序列的取值。對(duì)于2PSK調(diào)制，an∈{－1,1}。如果在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間［0,Ts］內(nèi)觀察，2PSK信號(hào)發(fā)送的是載波初始相位分別是0或者π的高頻脈沖序列，因此這種方式也稱為絕對(duì)相移鍵控信號(hào)。2PSK信號(hào)的另外一種形式是相對(duì)(差分)相移鍵控信號(hào)(DPSK)，它利用前后相鄰碼元的載波相位差表示二進(jìn)制信息。當(dāng)2PSK和2DPSK的時(shí)域波形完全一致時(shí)，它們表示的信息卻完全不同?；蛘哒f，如果不知道采用絕對(duì)還是相對(duì)相移調(diào)制，則從波形上我們無法區(qū)分它們?？梢宰C明，當(dāng)二進(jìn)制序列an為0、1等概序列、基帶脈沖為矩形脈沖時(shí)，2PSK/2DPSK信號(hào)的功率譜為(2.2-21)2PSK信號(hào)的時(shí)域、頻域特性如圖2.2-5所示。從上述的分析可以看出，2PSK信號(hào)的基本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是恒定的，其載波頻率恒定的。(2)信號(hào)中個(gè)碼元的初始相位與信息碼有關(guān)。(3)功率譜可能不包含載波分量，其連續(xù)譜的形狀是Sa()函數(shù)，其第一零點(diǎn)寬度為2fs。(4)信號(hào)帶寬是基帶脈沖波形帶寬的2倍，近似為2fs。圖2.2-52PSK信號(hào)的時(shí)域和頻域特性3.2FSK信號(hào)

2FSK信號(hào)，即二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)。2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為其中，an∈{0,1}；是an的反碼；φn和θn分別是碼元載波初始相位。如果在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間［0,Ts］內(nèi)觀察時(shí)，當(dāng)an=1時(shí)，2FSK信號(hào)發(fā)送高頻脈沖的載波頻率是f1;當(dāng)an=0時(shí)，發(fā)送高頻脈沖的載波頻率是f2。(2.2-22)可以證明，當(dāng)二進(jìn)制序列an為0、1等概序列、基帶脈沖為矩形脈沖時(shí)，2FSK信號(hào)的功率譜為(2.2-23)2FSK信號(hào)的時(shí)域、頻域特性如圖2.2-6所示。圖2.2-62FSK信號(hào)的時(shí)域和頻域特性從上述的分析可以看出，2FSK信號(hào)的基本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是恒定的，其載波頻率是變化的，它有兩個(gè)發(fā)送頻率f1和f2。(2)信號(hào)的發(fā)送頻率與信息碼有關(guān)。(3)功率譜可能包含載波分量，位于其兩個(gè)發(fā)送頻率f1和f2。(4)信號(hào)帶寬為B=|f2－f1|+2fs。4.QAM信號(hào)

QAM信號(hào)，即正交幅度調(diào)制信號(hào)，也稱為幅度相位聯(lián)合鍵控信號(hào)。在式(2.2-17)中，令，可以得到QAM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為(2.2-24)從上式可以看出，QAM信號(hào)可以看成是兩個(gè)正交信號(hào)的和。目前常用的QAM信號(hào)主要是16QAM和64QAM信號(hào)。從上述的分析可以看出，QAM信號(hào)的基本特點(diǎn)是：(1)其包絡(luò)是變化的，載波頻率是恒定的。(2)碼元初始相位與信息碼有關(guān)。(3)功率譜形狀與PSK信號(hào)類似，信號(hào)帶寬與PSK信號(hào)相同。5.數(shù)字通信信號(hào)的星座圖

數(shù)字通信信號(hào)都可以利用正交形式表示。如果以I(t)為橫坐標(biāo)，Q(t)為縱坐標(biāo)，將I(t)和Q(t)的取值打點(diǎn)畫出來，這種圖形稱為星座圖。常見數(shù)字通信信號(hào)的星座圖如圖2.2-7所示。ASK信號(hào)的星座圖最簡單，只有I(t)分量，QAM信號(hào)的最復(fù)雜。圖2.2-7數(shù)字通信信號(hào)的星座圖測(cè)頻時(shí)間直接影響到偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時(shí)間。頻域截獲概率，即頻率搜索概率定義為其中,Δfr是測(cè)頻接收機(jī)瞬時(shí)帶寬；f2－f1是測(cè)頻范圍，即偵察頻率范圍。例如，Δfr＝10MHz，f2－f1=1000MHz，則頻率搜索概率PIF1＝1×10－5，可見搜索接收機(jī)的頻率搜索概率很低。截獲時(shí)間是指達(dá)到給定的截獲概率所需的時(shí)間。如果采用非搜索測(cè)頻接收機(jī)，則信號(hào)的截獲時(shí)間為

TIF1=TTH+Tfm(2.3-2)其中,TTH是偵察系統(tǒng)的通過時(shí)間；Tfm是測(cè)頻時(shí)間。(2.3-1)2)測(cè)頻范圍、瞬時(shí)帶寬、頻率分辨力和測(cè)頻精度測(cè)頻范圍是指測(cè)頻系統(tǒng)最大可測(cè)的信號(hào)的頻率范圍；瞬時(shí)帶寬是指測(cè)頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測(cè)量的信號(hào)的頻率范圍；頻率分辨力是指測(cè)頻系統(tǒng)所能分開的兩個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的最小頻率差；將測(cè)頻誤差的均方根誤差稱為測(cè)頻精度。不同的測(cè)頻系統(tǒng)的測(cè)頻范圍、瞬時(shí)帶寬、頻率分辨力差異很大。如傳統(tǒng)的寬帶測(cè)頻接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬很寬，其頻率截獲概率高，但頻率分辨率很低，等于瞬時(shí)帶寬。而窄帶搜索接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬很窄，頻率截獲概率很低，但頻率分辨率很高。傳統(tǒng)搜索接收機(jī)的最大測(cè)頻誤差為瞬時(shí)帶寬越寬，測(cè)頻誤差越大。(2.3-3)3)可測(cè)頻信號(hào)類型通信信號(hào)可以分成常規(guī)通信信號(hào)和擴(kuò)頻(特殊)通信信號(hào)。常規(guī)通信信號(hào)包括模擬調(diào)制信號(hào)，如AM、FM，數(shù)字調(diào)制信號(hào)如2ASK、2PSK、QPSK、2FSK、8FSK等，擴(kuò)頻(特殊)通信包括DS-SS、FH-SS、QAM、FDMA、CDMA、TDMA等。一般而言，常規(guī)通信信號(hào)測(cè)頻比特殊通信信號(hào)的測(cè)頻容易。擴(kuò)頻通信信號(hào)的測(cè)頻比較困難，特別是跳頻和跳時(shí)擴(kuò)頻通信信號(hào)、突發(fā)通信信號(hào)等。4)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍靈敏度是保證正確的發(fā)現(xiàn)和測(cè)量信號(hào)的前提，它與接收機(jī)體制和接收機(jī)的噪聲電平有關(guān)。2.4通信信號(hào)頻率的直接檢測(cè)方法頻率搜索接收機(jī)的根本原理頻率搜索接收機(jī)通常利用超外差接收機(jī)完成。按照頻率搜索的瞬時(shí)帶寬，可以將搜索接收機(jī)分為寬帶搜索和窄帶搜索。寬帶搜索是指在接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬同時(shí)存在多個(gè)不同頻率的通信信號(hào)，或者接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬大于信號(hào)帶寬。而窄帶搜索是指在接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬內(nèi)只存在一個(gè)信號(hào)。1)頻率搜索的根本原理搜索式超外差接收機(jī)原理如圖2.4-1所示。圖2.4-1搜索式超外差接收機(jī)原理2)寄生信道及其消除方法如果在混頻器輸入的同時(shí)參加信號(hào)fR和本振信號(hào)fL，由于混頻器的非線性作用，因此多種頻率組合可以產(chǎn)生中頻信號(hào)，其一般關(guān)系為mfL+nfR=fI其中,m、n為整數(shù)。由于射頻輸入信號(hào)比本振電平低得多，因此只考慮其基波分量，即n=±1。其中當(dāng)m=1、n=－1時(shí)為主信道；當(dāng)m=－1、n=－1時(shí)為鏡像干擾。主信道和鏡像信道如圖2.4-2所示。圖2.4-2主信道和鏡像信道示意圖對(duì)于主信道m(xù)=1，n=－1，它是接收機(jī)得到的有用信號(hào)的頻率關(guān)系，即

fL－fR=fI(2.4-1)而寄生信道是除了m=1，n=－1之外的頻率關(guān)系，即

mfL+nfR=fI，m≠－1且n≠－1(2.4-2)其中的主要寄生信道是滿足關(guān)系mfL±fR=fI的信道。而m=－1，n=－1為鏡像干擾，即

fR－fL=fI(2.4-3)在接收機(jī)中，通常用鏡像抑制比來衡量混頻器對(duì)鏡像干擾的抑制能力，它定義為：保持射頻輸入信號(hào)功率不變時(shí)，主信道輸出信號(hào)功率Pso與鏡像信道輸出干擾功率Pmo之比，即(2.4-4)為了保證鏡像干擾不引起測(cè)頻誤差，必須有足夠的鏡像抑制比，一般要求dms≥60dB。提高鏡像抑制比有以下途徑：(1)微波預(yù)選－本振統(tǒng)調(diào)。搜索過程中預(yù)選器跟隨本振調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)單信道接收。此時(shí)，預(yù)選器的中心頻率fp(t)、帶寬Δfr與本振頻率fL(t)、中頻頻率fI的關(guān)系為(2)寬帶濾波－高中頻。用寬帶濾波器代替預(yù)選器，濾波器的頻率范圍為fp=［f1,f2］，并且提高中頻頻率，中頻滿足fI>(f2－f1)/2。圖2.4-3頻率搜索時(shí)間圖2.4.3頻率搜索時(shí)間和速度

1.頻率搜索時(shí)間

頻率搜索時(shí)間是指搜索完給定頻率范圍所需的時(shí)間。它與頻率搜索范圍|f2－f1|、頻率步進(jìn)間隔Δf、信道間隔ΔF、本振換頻時(shí)間Tlr、搜索駐留時(shí)間Tst等因素有關(guān)。對(duì)于寬帶搜索接收機(jī)，頻率步進(jìn)間隔通常按照二分之一的準(zhǔn)則選擇，即頻率步進(jìn)間隔為搜索帶寬ΔfI(中頻帶寬)的二分之一。按照這個(gè)準(zhǔn)則，頻率步進(jìn)搜索過程中的本振頻率點(diǎn)數(shù)Nwb為(2.4-5)寬帶接收機(jī)一次完成多個(gè)通信信道的搜索，它的頻率搜索時(shí)間為

Tfwb=Nwb(Trs+Tst)(2.4-6)類似地，對(duì)于窄帶搜索接收機(jī)，頻率步進(jìn)間隔可以為通信信號(hào)的最小信道間隔Δf。相應(yīng)的頻率步進(jìn)搜索過程中的本振頻率點(diǎn)數(shù)Nnb為(2.4-7)窄帶搜索接收機(jī)一次完成單個(gè)通信信道的搜索，它的頻率搜索時(shí)間為

Tfnb=Nnb(Trs+Tst)(2.4-8)設(shè)超短波通信電臺(tái)的頻率范圍為30～90MHz，信道間隔為25kHz，本振換頻時(shí)間為100μs，搜索駐留時(shí)間為1000μs。如果利用窄帶頻率搜索接收機(jī)，那么本振頻率點(diǎn)數(shù)Nnb為頻率搜索時(shí)間為

Tfnb＝2400×(100＋1000)＝2640000μs＝2640ms可見頻率搜索時(shí)間是比較長的。為了減小頻率搜索時(shí)間，有以下4個(gè)可能的途徑：(1)通過采用并行多信道搜索方式，減小頻率搜索范圍。它可以減小搜索時(shí)間，但是也會(huì)使設(shè)備量和成本增加。(2)采用寬帶搜索方式，減小頻率步進(jìn)搜索過程中的本振頻率點(diǎn)數(shù)。(3)采用換頻時(shí)間短的高速頻率合本錢振。(4)減小搜索駐留時(shí)間。搜索駐留時(shí)間主要取決于頻率測(cè)量和信號(hào)分析時(shí)間。在搜索駐留時(shí)間內(nèi)，信號(hào)處理器需要完成給定的頻率測(cè)量、信號(hào)參數(shù)分析等任務(wù)。為了減小搜索駐留時(shí)間，需要采用高速、高性能的信號(hào)處理器。2.頻率搜索速度頻率搜索時(shí)間和搜索速度會(huì)影響系統(tǒng)的頻率截獲概率。一般情況下，采用搜索方式工作時(shí)，可以按照頻率搜索速度分為頻率慢速可靠搜索、頻率快速可靠搜索和概率搜索。(1)頻率慢速可靠搜索。實(shí)現(xiàn)頻率慢速可靠搜索的根本條件是：在頻率搜索周期內(nèi)，通信信號(hào)始終存在，同時(shí)搜索接收機(jī)在的搜索駐留時(shí)間大于信號(hào)處理時(shí)間。設(shè)通信信號(hào)的停留時(shí)間為Tsd，頻率搜索周期為Tf，搜索駐留時(shí)間為Tst，信號(hào)處理時(shí)間為Tsp，那么頻率慢速可靠搜索的根本條件可以表示為Tf≤Tsd且Tst≥Tsp(2.4-9)上述可靠搜索條件對(duì)于在頻率搜索過程中始終存在的通信信號(hào)是容易滿足的，而對(duì)于持續(xù)時(shí)間短的突發(fā)通信信號(hào)、跳頻通信信號(hào)等，就比較困難。(2)頻率快速可靠搜索。實(shí)現(xiàn)頻率快速可靠搜索的基本條件是：搜索接收機(jī)在的頻率搜索周期小于通信信號(hào)的停留時(shí)間，即滿足

Tf≤Tsd(2.4-10)此時(shí)要求的頻率搜索速度為(2.4-11)對(duì)于給定的搜索接收機(jī)，它能夠?qū)崿F(xiàn)的最高頻率搜索速度與本振換頻時(shí)間Tlr和接收機(jī)的信號(hào)建立時(shí)間Trs有關(guān)，即(2.4-12)而接收機(jī)的建立時(shí)間是它的帶寬BI的倒數(shù)。通信信號(hào)的停留時(shí)間按照不同的偵察截獲要求，可以選取不同的參數(shù)。如對(duì)于常規(guī)數(shù)字調(diào)制信號(hào)，它的含義是碼元寬度；對(duì)于直接序列擴(kuò)頻信號(hào)，它可以是偽碼周期；對(duì)于跳頻信號(hào)，它可以是跳頻信號(hào)駐留時(shí)間；對(duì)于LINK數(shù)據(jù)鏈信號(hào)，它可以是幀長度?？焖兕l率搜索要求的搜索速度可能很高，如工作頻帶為225～400MHz的LINK11信號(hào)，它的幀長度為13.33ms，它要求的頻率搜索速度是可見快速搜索的速度極高。當(dāng)不滿足快慢和慢速搜索條件時(shí)，頻率搜索為概率搜索。圖2.4-4純信道化接收機(jī)的原理框圖信道化接收機(jī)利用波段分路器將偵察頻帶劃分為m1路，各個(gè)波段分路器輸出的信號(hào)經(jīng)過第一變頻器變頻，將射頻頻率變換為第一中頻頻率fi1，第一本振組輸出等間隔的頻率，使各路中頻輸出頻率和帶寬相同。各路中頻輸出經(jīng)過放大后分成兩路：一路送給門限檢測(cè)(Dt)，確定信號(hào)頻率屬于哪個(gè)波段；另一路輸出送給各自的子波段分路器，再分成m2路。各個(gè)子波段分路器輸出的信號(hào)經(jīng)過第二變頻器變頻，將第一中頻變換為第二中頻頻率fi2，各路中頻輸出進(jìn)行給門限檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)的頻率，同時(shí)輸出中頻信號(hào)。第一分路器為m1個(gè)，第一中放帶寬Δfr1=(f2－f1)/m1，第一中頻頻率Δfi1>(f2－f1)/2，當(dāng)采用低外差方式時(shí)第一本振組頻率為

fL1j=f1－fi1+(j+0.5)Δfr1(j=0,1,2,…,m1－1)第二分路器為m2個(gè)，第二中放帶寬Δfr2=Δfr1/m2，第二中頻頻率Δfi2>Δfr1/2，當(dāng)采用低外差方式時(shí)，第二本振組頻率為以此類推：第k分路器mk，第k中放帶寬Δfrk=Δfrk－1/mk，第k中頻頻率Δfik>Δfrk－1/2，當(dāng)采用低外差方式時(shí),第k本振組頻率為第k分路器輸出信號(hào)的頻率分辨力為(2.4-13)根據(jù)接收信號(hào)通過的各檢測(cè)信道nk(k=1,2,…)進(jìn)行頻率估計(jì)：注意到在圖2.4-4的純信道化的結(jié)構(gòu)中，包含了一個(gè)稱為信道化模塊的基本單元，其組成原理如圖2.4-5所示。信道化模塊由m個(gè)濾波器構(gòu)成的濾波器組、混頻器組、中頻放大器組、門限檢測(cè)組等組成。濾波器組也稱為波段分路器或者信道分路器，它將輸入帶寬劃分為m個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶利用各自的本振信號(hào)分別進(jìn)行下變頻，得到相同的中頻頻率輸出。中頻輸出帶寬為輸入帶寬的1/m。各路下變頻器的中頻輸出經(jīng)過放大后，分別進(jìn)行門限檢測(cè)判斷，輸出門限檢測(cè)判斷結(jié)果，同時(shí)根據(jù)需要也可以輸出中頻信號(hào)。(2.4-14)圖2.4-5信道化模塊的原理借助信道化模塊，我們可以說圖2.4-4的純信道化由一個(gè)波段信道化模塊(一級(jí))和m1個(gè)二級(jí)信道化模塊組成，并且波段信道化的m1個(gè)第一中頻輸出都續(xù)接了一個(gè)專用的二級(jí)信道化模塊，即并行使用了m1個(gè)二級(jí)信道化模塊。純信道化接收機(jī)的波段分路器個(gè)數(shù)是(2.4-15)混頻器和中頻放大器個(gè)數(shù)是(2.4-16)本振頻率個(gè)數(shù)混頻器和中頻放大器個(gè)數(shù)是(2.4-17)門限檢測(cè)器個(gè)數(shù)是(2.4-18)純信道化接收機(jī)可以得到很高的頻率分辨率和頻率覆蓋范圍，但是其體積大、重量重、成本高、系統(tǒng)復(fù)雜。2.頻帶折疊信道化接收機(jī)頻帶折疊信道化接收機(jī)的原理與純信道化接收機(jī)類似，它的第一級(jí)波段分路器與純信道化的相同。其余各級(jí)的分路器的輸出先取和，求和后的信號(hào)進(jìn)入后級(jí)信道化模塊，依次類推。其原理如圖2.4-6所示。從上圖可以看出，折疊信道化接收機(jī)的每級(jí)只設(shè)一個(gè)信道化模塊，這種結(jié)構(gòu)大大減少了設(shè)備量。但是，由于對(duì)分路器輸出取和，在減少了分路器的同時(shí)，各頻段的噪聲也疊加，使接收機(jī)靈敏度下降。此外，當(dāng)不同頻率的信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)，同一級(jí)信道化模塊的假設(shè)干個(gè)中頻放大器均有輸出，當(dāng)其和路后到下級(jí)的信道化模塊中會(huì)引起多路輸出，引起測(cè)頻模糊。為了防止測(cè)頻模糊現(xiàn)象，折疊信道化接收機(jī)需要特殊的解模糊處理。圖2.4-6折疊信道化接收機(jī)原理框圖3.時(shí)分制信道化接收機(jī)時(shí)分制信道化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)與頻帶折疊信道化接收機(jī)根本相同，所不同的是用快速分路開關(guān)取代了取和電路。在同一時(shí)刻，訪問開關(guān)只與一個(gè)波段接通，其他波段被斷開，防止了頻帶折疊帶來的噪聲增加和同時(shí)到達(dá)信號(hào)的影響。時(shí)分制信道化接收機(jī)原理框圖如圖2.4-7所示。時(shí)分制結(jié)構(gòu)因?yàn)槊繉又蓄l輸出由訪問開關(guān)轉(zhuǎn)換，所以存在信號(hào)的漏截獲問題。從上述分析可以看出，信道化接收機(jī)實(shí)際上是利用一級(jí)或者多級(jí)濾波器組，將偵察頻段分成多個(gè)信道，最小信道間隔一般為25kHz(也有12.5kHz)。它具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、搜索速度快、同時(shí)到達(dá)信號(hào)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、本錢高。圖2.4-7時(shí)分制信道化接收機(jī)原理框圖信道化接收機(jī)存在的另一個(gè)問題是寬帶信號(hào)檢測(cè)的問題。當(dāng)信號(hào)帶寬大于信道化間隔時(shí)，相鄰的多個(gè)信道都會(huì)有信號(hào)輸出，如果不進(jìn)行處理，會(huì)引起虛假頻率輸出。4.中頻信道化接收機(jī)前面分析的信道化接收機(jī)是在射頻進(jìn)行信道化的，在實(shí)際應(yīng)用中，還可以采用中頻信道化接收機(jī)。典型的中頻信道化接收機(jī)原理框圖如圖2.4-8所示。中頻信道化接收機(jī)是在中頻局部使用中頻濾波器組實(shí)現(xiàn)寬帶與高靈敏度的超外差接收機(jī)。其射頻前端的射頻預(yù)選器的帶寬和本振頻率步進(jìn)間隔與中頻濾波器組的帶寬匹配。其特點(diǎn)是濾波器組的設(shè)計(jì)可以通用化、模塊化，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。圖2.4-8中頻信道化接收機(jī)原理框圖圖2.5-1聲光調(diào)制器的示意圖當(dāng)適當(dāng)功率的電信號(hào)施加到電聲換能器上時(shí)，電聲換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波，它會(huì)引起晶體內(nèi)部折射率隨著電信號(hào)頻率變化，形成相位光柵。當(dāng)激光束通過這種相位光柵時(shí)，聲波對(duì)光波進(jìn)行相位調(diào)制，產(chǎn)生衍射光。這就是著名的喇曼－奈斯(Raman-Nath)衍射，喇曼－奈斯衍射產(chǎn)生的是多級(jí)衍射。一般聲光調(diào)制器都工作在布拉格(Bragg)衍射模式，因此聲光調(diào)制器又稱為布拉格小室。設(shè)輸入信號(hào)為單頻信號(hào)

s(t)=Acos(ωst+i)(2.5-1)光波波長為λ0，聲波在介質(zhì)中的傳播速度為vs。當(dāng)光束以布拉格角θi入射時(shí)，由布拉格衍射引起的衍射光的偏轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)頻率和光波波長的關(guān)系為(2.5-2)如果滿足條件θi+θd≤0.01rad，則上式簡化為(2.5-3)可見，衍射光的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)信號(hào)的頻率成正比。這就說明，在布拉格衍射條件下，衍射光的偏角大小代表了電信號(hào)的頻率。如果再利用透鏡對(duì)衍射光進(jìn)行匯聚，實(shí)現(xiàn)空域傅立葉變換，然后對(duì)匯聚后的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和檢測(cè)，就完成了頻譜分析即測(cè)頻工作。下面分析空域傅立葉變換的基本原理，其示意圖如圖2.5-2所示。圖2.5-2空域傅立葉變換的示意圖在圖2.5-2中，聲光器件位于FT透鏡的輸入焦平面P1，光電檢測(cè)器陣列位于FT透鏡的輸出焦平面P2。根據(jù)傅立葉光學(xué)原理，一個(gè)聚焦透鏡可以完成空域傅立葉變換。透鏡輸出焦平面P2與輸入焦平面P1上的空間調(diào)制函數(shù)f(x,y)之間滿足傅立葉變換關(guān)系：其中,R是透鏡中心到焦平面上的點(diǎn)(ξ，η)的距離。對(duì)于小衍射角，R≈F，并且令(2.5-4)為空間頻率，其中F為焦距。上式可以重新寫為對(duì)于一維的情況，上式簡化為設(shè)聲光器件位于平面P1，送給聲光器件的信號(hào)為

s(t)=cos(2πfst)(2.5-7)則聲光調(diào)制器在輸入焦平面P1光波的相位調(diào)制函數(shù)近似為(2.5-5)(2.5-6)(2.5-8)代入式(2.5-6)得到(2.5-9)其中A0和A±1分別是零階光和一階光分量。零階光是未受電信號(hào)調(diào)制的光分量，它對(duì)于頻譜分析沒有貢獻(xiàn)。而一階光是受到電信號(hào)調(diào)制的光分量，是我們所關(guān)心的光分量。一階光分量為(2.5-10)利用空間頻率fx±1與空間位移ξ±1的關(guān)系：(2.5-11)即經(jīng)過透鏡后，聚焦到焦平面P2上的一階光束的空間位移為(2.5-12)其中,λs是頻率為fs的電信號(hào)在聲光介質(zhì)中的波長；F是透鏡的焦距；L是聲光器件的光孔徑；T是聲光器件的聲波在聲光介質(zhì)中的渡越時(shí)間。上述關(guān)系與傅立葉變換的理論完全符合，同時(shí)它說明，一階光束的空間位移與輸入信號(hào)頻率成正比。因此如果在輸出焦平面上放置光電檢測(cè)器陣列，就可以檢測(cè)輸入信號(hào)的頻率。2.聲光接收機(jī)工作原理

典型的聲光接收機(jī)原理框圖如圖2.5-3所示。聲光接收機(jī)利用聲光偏轉(zhuǎn)器(布拉格小室)使入射光束受信號(hào)頻率調(diào)制發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度正比于信號(hào)頻率，用一組光檢測(cè)器件檢測(cè)偏轉(zhuǎn)之后的光信號(hào)，從而完成測(cè)頻目的。天線收到的信號(hào)經(jīng)過射頻預(yù)選器選擇進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)過混頻變換到聲光調(diào)制器的工作頻帶內(nèi)。在測(cè)頻過程中，本振在系統(tǒng)控制單元的控制下，采用步進(jìn)掃描，構(gòu)成搜索接收機(jī)。經(jīng)過混頻的中頻信號(hào)，再經(jīng)過中頻放大器和功率放大器放大，驅(qū)動(dòng)聲光器件，產(chǎn)生相應(yīng)的衍射光。衍射光經(jīng)過位于焦平面P2的光電檢測(cè)器陣列轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)行能量檢測(cè)，完成信號(hào)頻率的測(cè)量。圖2.5-3聲光接收機(jī)原理框圖從信號(hào)分析的觀點(diǎn)看，聲光接收機(jī)從原理上與信道化接收機(jī)是等價(jià)的。它利用聲光調(diào)制器，將不同頻率的信號(hào)衍射到位于透鏡輸出焦平面的光電檢測(cè)陣列(光電二極管或者CCD器件)，每個(gè)光電管的輸出相當(dāng)于信道化接收機(jī)的一個(gè)信道的輸出。因此聲光接收機(jī)具有多信號(hào)分辨能力。聲光接收機(jī)的主要特點(diǎn)是瞬時(shí)帶寬寬、搜索速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)全概率信號(hào)的截獲，但動(dòng)態(tài)范圍小。目前國外報(bào)道的聲光接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬為5～2000MHz，頻率分辨率為20kHz～1MHz，動(dòng)態(tài)范圍為30～40dB。本節(jié)給出的聲光接收機(jī)只是適用于譜分析的功率型聲光接收機(jī)，它只能測(cè)量光的強(qiáng)度，其輸出只有信號(hào)的幅度(能量)，沒有相位信息。在聲光接收機(jī)中還有外差型聲光接收機(jī)，它不但可以提供信號(hào)的幅度，還可以提供信號(hào)的相位，外差型聲光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍提高到50～60dB。有關(guān)外差型聲光接收機(jī)的原理讀者可以參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料，這里不再討論。2.5.2壓縮接收機(jī)

壓縮接收機(jī)建立在一種特殊的傅立葉變換——線性調(diào)頻變換(chirp變換)的基礎(chǔ)之上。下面分析它的工作原理。1.chirp變換原理

設(shè)輸入信號(hào)為f(t)，其頻譜可以通過傅立葉變換得到假設(shè)ω=μτ，其中μ是常數(shù)，τ是時(shí)間。對(duì)上式進(jìn)行變量代換得(2.5-13)(2.5-14)利用卷積關(guān)系，上式可以表示為(2.5-15)令,則(2.5-16)其中,符號(hào)表示卷積運(yùn)算。根據(jù)上式可以得到chirp變換的原理如圖2.5-4所示。圖2.5-4chirp變換的原理chirp變換處理的計(jì)算模型可以概括為M-C-M。這里M代表乘法，C代表卷積。在這個(gè)計(jì)算模型中，利用另外一種方式實(shí)現(xiàn)了時(shí)域信號(hào)的傅立葉變換。計(jì)算模型包括以下三個(gè)步驟：(1)將輸入的時(shí)域信號(hào)f(t)與一線性調(diào)頻信號(hào)ch-(t)相乘，使得f(t)在單位圓作相位變換，變成線性調(diào)頻信號(hào)(其頻率的變化與時(shí)間成線性關(guān)系)。(2)將上述乘積通過一斜率相等但符號(hào)相反的線性調(diào)頻濾波器h(t)=ch+(t)，進(jìn)行卷積運(yùn)算，所得輸出的包絡(luò)就對(duì)應(yīng)著輸入信號(hào)的傅立葉變換。(3)卷積后的結(jié)果再與另一線性調(diào)頻信號(hào)ch+(t)相乘，去除掉因步驟(1)引入的相位失真，便得到輸入信號(hào)的譜函數(shù)。在譜分析應(yīng)用中，我們只關(guān)心信號(hào)的振幅信息，不注重相位信息，因此后乘ch+(t)可用包絡(luò)檢波來代替。壓縮接收機(jī)就是根據(jù)上述原理，采用SAW色散延遲線作預(yù)乘和卷積。利用SAW濾波器構(gòu)成的壓縮接收機(jī)如圖2.5-5所示。其中，利用脈沖展寬延遲線(PEL)產(chǎn)生chirp信號(hào)，卷積運(yùn)算由脈沖壓縮延遲線(PCL)實(shí)現(xiàn)，乘法利用混頻器實(shí)現(xiàn)。PEL和PCL的時(shí)頻特性的斜率必須相反。圖2.5-5基于SAW器件的chirp變換譜分析儀2.壓縮接收機(jī)測(cè)頻原理

壓縮接收機(jī)利用PEL本振，將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為線性調(diào)頻信號(hào)，然后通過PCL延遲線壓縮信號(hào)，將頻率轉(zhuǎn)換到時(shí)域脈沖的延遲時(shí)間，通過測(cè)量延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)測(cè)頻。為了保證測(cè)頻范圍內(nèi)的信號(hào)能夠完全被壓縮，壓縮接收機(jī)的測(cè)頻范圍、本振、壓縮延遲線的頻率-時(shí)間關(guān)系應(yīng)該滿足下面的條件：(1)其測(cè)頻范圍等于壓縮延遲線(PCL)的帶寬，即f2－f1=ΔfC，它也是壓縮接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬，其中f1和f2分別是接收機(jī)帶寬對(duì)應(yīng)的最低和最高頻率。(2)本振掃頻范圍等于展寬延遲線(PEL)的帶寬，即fLmax－fLmin=ΔfE，它與壓縮延遲線的關(guān)系是：ΔfE=2ΔfC。(3)滿足完全壓縮的條件是本振頻率與信號(hào)頻率的差落入壓縮延遲線的頻帶fCmax－fCmin=ΔfC內(nèi)，此時(shí)本振掃頻周期TE與壓縮延遲線采樣時(shí)間TC的關(guān)系為TE=2TC。滿足完全壓縮條件時(shí)，壓縮接收機(jī)測(cè)頻的頻率和時(shí)間關(guān)系如圖2.5-6所示。設(shè)輸入信號(hào)頻率為f1，它與掃頻本振混頻后得到中頻信號(hào)，中頻信號(hào)是一個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)，其頻率差落入壓縮延遲線帶寬內(nèi)的時(shí)間是0～TC，壓縮延遲線輸出的脈沖形狀為辛格函數(shù)(Sa())，其最大值的出現(xiàn)時(shí)間是TC。同理，如果輸入信號(hào)頻率為f2，它與掃頻本振混頻后得到中頻信號(hào)的頻率差落入壓縮延遲線帶寬內(nèi)的時(shí)間是TC~TC+τ，壓縮延遲線輸出脈沖最大值出現(xiàn)的時(shí)間是TC+τ。圖2.5-6壓縮接收機(jī)頻率-時(shí)間關(guān)系圖由此可見，如果信號(hào)頻率不同，壓縮延遲線開始取樣的時(shí)間不同，則壓縮延遲線輸出脈沖最大值的時(shí)間不同，即輸出脈沖最大值的延遲時(shí)間與信號(hào)頻率成正比。這樣，只要測(cè)量輸出脈沖的時(shí)間，就可以得到信號(hào)的頻率，完成頻率測(cè)量。頻率為f1≤f≤f2的信號(hào)壓縮輸出的脈沖最大值的延遲時(shí)間為輸出脈沖的幅度為DC=ΔfCTC。根據(jù)輸出脈沖的延遲時(shí)間可以確定信號(hào)的頻率為(2.5-17)(2.5-18)壓縮接收機(jī)原理框圖如圖2.5-7所示。壓縮接收機(jī)是利用快速微掃本振，截獲偵察頻帶內(nèi)的所有信號(hào)，再通過壓縮延遲線壓縮，轉(zhuǎn)換到時(shí)域進(jìn)行測(cè)頻的接收機(jī)。聲外表波色散延遲線的頻率分辨率是延遲時(shí)間的倒數(shù)，它相當(dāng)于一個(gè)濾波器組，濾波器數(shù)目等于帶寬和延遲時(shí)間的乘積。圖2.5-7壓縮接收機(jī)原理框圖3.壓縮接收機(jī)的參數(shù)

(1)頻率分辨率。壓縮接收機(jī)的頻率分辨率是指它可分辨的信號(hào)的最小頻率間隔，取決于壓縮延遲線的延遲時(shí)間。壓縮延遲線的帶寬ΔfC等于接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬Δfr，它是壓縮接收機(jī)的瞬時(shí)測(cè)頻范圍。壓縮延遲線輸出脈沖寬度τ0=1/ΔfC，它是時(shí)域的最小分辨單元，接收機(jī)總的分辨單元為n=TC/τ0=TCΔfC，于是頻率分辨率為壓縮接收機(jī)解決了瞬時(shí)帶寬與頻率分辨率的矛盾。通過增加壓縮延遲線的帶寬可以擴(kuò)大瞬時(shí)帶寬，通過增加壓縮延遲線的時(shí)寬可以提高頻率分辨率。(2.5-19)(2)壓縮增益和接收機(jī)靈敏度。壓縮延遲線在對(duì)信號(hào)壓縮時(shí)，可以使輸出脈沖的峰值提高。其壓縮增益為

DC=ΔfCTC(2.5-20)壓縮增益帶來的好處是，使接收機(jī)靈敏度提高了DC倍。如果壓縮延遲線失配引起的信噪比損失為LC，則在完全壓縮條件下，壓縮接收機(jī)的靈敏度SminC與普通接收機(jī)的靈敏度Smin0的關(guān)系為如果不滿足完全壓縮條件，即信號(hào)的取樣時(shí)間tsa小于TC，則實(shí)際靈敏度為(2.5-21)(2.5-22)(3)動(dòng)態(tài)范圍。壓縮接收機(jī)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍主要受壓縮延遲線旁瓣電平的限制，其典型值為35～45dB，飽和動(dòng)態(tài)范圍為60～80dB。(4)取樣時(shí)間。取樣時(shí)間tsa是壓縮延遲線對(duì)信號(hào)的截取時(shí)寬，其最大值是壓縮延遲線的時(shí)寬TC。(5)頻率截獲時(shí)間。頻率截獲時(shí)間tIF等于本振掃描周期，通常tIF=2tsa，tIFmax=2TC=TE。壓縮接收機(jī)的特點(diǎn)是搜索速度快、截獲概率高、頻率分辨能力強(qiáng)、體積小、重量輕、本錢低。但目前所能到達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍較小。此外，其輸出為窄脈沖，喪失了信號(hào)的其他信息，因此在通信偵察中其應(yīng)用會(huì)受到限制。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣后，所得數(shù)字信號(hào)的頻譜為原信號(hào)頻譜的周期延拓。采樣前后模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的頻譜如圖2.6-1所示。Nyquist采樣定理只討論了頻譜分布在(0,fH)上的基帶信號(hào)的采樣問題，如果對(duì)頻率分布在某一有限頻帶(fL,fH)的帶通信號(hào)進(jìn)行采樣，雖然同樣可以根據(jù)Nyquist采樣定理按fs≥2fH的采樣速率來進(jìn)行，但是當(dāng)fH>>fH－fL，也就是當(dāng)信號(hào)的最高頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其信號(hào)帶寬時(shí)，會(huì)引入以下問題：(1)高速ADC器件難以實(shí)現(xiàn)；(2)由采樣孔徑抖動(dòng)造成的信噪比惡化嚴(yán)重；(3)ADC采樣速率過高，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理速度要求高，實(shí)時(shí)處理困難。圖2.6-1采樣前后的信號(hào)頻譜2.帶通采樣定理

由于帶通信號(hào)本身的帶寬并不一定很寬，因此自然會(huì)想到能不能采用比Nyquist采樣率更低的速率來采樣，而依然能正確地恢復(fù)原始信號(hào)x(t)。這就是帶通采樣需要解決的問題。帶通采樣定理：設(shè)一個(gè)帶通信號(hào)x(t)，其頻帶限制在(fL,fH)內(nèi)，如果其采樣速率fs滿足n取能滿足fs≥2(fH－fL)的最大正整數(shù)(0，1，2，…)，則用fs進(jìn)行等間隔采樣所得到的信號(hào)采樣值x(kTs)能準(zhǔn)確地確定原信號(hào)x(t)。(2.6-1)上式用帶通信號(hào)的中心頻率也可表示為其中，f0=(fL+fH)，n取能滿足fs≥2B(B=fH－fL為頻帶寬度)的最大正整數(shù)。帶通采樣定理表明，對(duì)帶通信號(hào)而言，可按遠(yuǎn)低于2倍信號(hào)最高頻率的采樣頻率來進(jìn)行欠采樣(采樣率小于奈奎斯特頻率)，于是采樣頻率可大大降低，減少后端數(shù)據(jù)處理的工作量，提高處理效率，中頻數(shù)字接收機(jī)也易于實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)f0=fH/2、B=fH時(shí)，取n=0，它就是Nyquist帶限信號(hào)采樣定理。帶通采樣前后的信號(hào)頻譜如圖2.6-2所示。(2.6-2)圖2.6-2帶通采樣前后的信號(hào)頻譜帶通信號(hào)采樣定理說明：對(duì)帶通信號(hào)而言，可按遠(yuǎn)低于2倍信號(hào)最高頻率的采樣率來進(jìn)行采樣。采樣率的選擇需要注意以下幾點(diǎn)：(1)ADC前的抗混疊濾波器工程上易實(shí)現(xiàn)；(2)采樣頻率的允許偏離足夠大，便于采樣時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)；(3)采樣后所需信號(hào)頻譜的保護(hù)帶寬足夠大，以便于濾波器的實(shí)現(xiàn)。帶通采樣定理的應(yīng)用，大大降低了采樣率理論值，因而也大大降低了對(duì)ADC和DSP的要求。帶通采樣也稱為欠采樣，一般把采樣頻率低于2倍信號(hào)最高頻率的采樣方式稱為欠采樣。反之，把采樣頻率高于2倍信號(hào)最高頻率的采樣稱為過采樣。3.數(shù)字正交變換原理

根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)可知，實(shí)信號(hào)x(t)的頻譜具有共軛對(duì)稱性，即X(f)=X*(－f)。因此，其正、負(fù)頻率的幅度分量是對(duì)稱的，相位分量是相反的，只需用其正頻分量或負(fù)頻分量就可完全描述x(t)，不會(huì)丟失任何信息。取正頻分量，構(gòu)造一個(gè)信號(hào)z(t)，令它的頻譜Z(f)為(2.6-3)

z(t)與x(t)的關(guān)系：z(t)=x(t)+jH［x(t)］，其中，H［x(t)］表示x(t)的Hilbert變換。由Hilbert變換的性質(zhì)可知x(t)和H［x(t)］是正交的。因此z(t)是x(t)的正交分解，稱為x(t)復(fù)解析信號(hào)。一個(gè)窄帶實(shí)信號(hào)表示為

x(t)=a(t)cos［ω0t+θ(t)］(2.6-4)它的解析表達(dá)式為

z(t)=a(t)cos［ω0t+θ(t)］+ja(t)sin［ω0t+θ(t)］(2.6-5)相應(yīng)的極坐標(biāo)形式為(2.6-6)將上式乘以，把載頻ω0變?yōu)榱?，其結(jié)果成為基帶信號(hào)(零中頻信號(hào))，記為

xB(t)=a(t)ejθ(t)=xBI(t)+jxBQ(t)(2.6-7)其中,xBI(t)=a(t)cos［θ(t)］;xBQ(t)=a(t)sin［θ(t)］，它們稱為基帶信號(hào)的同相分量和正交分量。上述正交分解的過程可以表示在圖2.6-3中。將上述過程數(shù)字化，得到數(shù)字正交原理結(jié)構(gòu)如圖2.6-4所示。其中，正交本振用數(shù)字控制振蕩器(NCO)實(shí)現(xiàn)，低通濾波器(LPF)通常用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)。模擬輸入信號(hào)x(t)經(jīng)高速采樣后變成數(shù)字信號(hào)，然后與數(shù)字正交本振相乘，得到零中頻的正交數(shù)字序列。其中LPF濾波器的主要作用是抗混疊濾波，濾波器后的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，以降低輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率。圖2.6-3正交下變頻原理框圖圖2.6-4數(shù)字正交下變頻原理框圖與模擬正交下變頻相比，數(shù)字下變頻的優(yōu)點(diǎn)在于：由于兩個(gè)正交本振序列的形成與相乘都是數(shù)字運(yùn)算的結(jié)果，其正交性是完全可以保證的，由于只用一個(gè)ADC，所以正交變換的幅度平衡也容易滿足，前提是必須確保運(yùn)算精度。注意：在上述數(shù)字下變頻方法中，乘法器、低通濾波器(LPF)都以采樣頻率工作。當(dāng)采樣速率很高，并且濾波器階數(shù)很高時(shí)，濾波器的實(shí)現(xiàn)將需要大量的軟件或者硬件資源。因此需要尋求高效的數(shù)字正交下變頻實(shí)現(xiàn)方法，基于多相結(jié)構(gòu)的高效寬帶數(shù)字下變頻就是其中之一。4.基于多相結(jié)構(gòu)的數(shù)字正交下變頻

設(shè)輸入信號(hào)為

x(t)=a(t)cos［2πf0t+φ(t)］(2.6-8)按照帶通采樣定理以采樣頻率fs對(duì)其進(jìn)行采樣，其中(2.6-9)得到的采樣序列為(2.6-10)式中，xBI(n)=a(n)cosφ(n);xBQ(n)=a(n)sinφ(n)，可得

x(2n)=xBI(2n)cos［(2m+1)πn］=xBI(2n)(－1)n(2.6-11)(2.6-12)令(2.6-13)即x′BI(n)和x′BQ(n)兩個(gè)序列分別是同相分量xBI(n)和正交分量xBQ(n)的2倍抽取序列，其實(shí)現(xiàn)過程如圖2.6-5所示。圖2.6-5正交變換的多相濾波實(shí)現(xiàn)通過簡單的數(shù)字計(jì)算就能得到正交的兩路信號(hào)，擁有較高的精度。x′BI(n)和x′BQ(n)的數(shù)字譜為(2.6-14)這就說明兩者的數(shù)字譜相差一個(gè)延遲因子，在時(shí)域上相差半個(gè)采樣點(diǎn)，而這半個(gè)采樣點(diǎn)就是由奇偶抽取引起的。這種在時(shí)間上“對(duì)不齊”可以通過兩個(gè)時(shí)延濾波器加以校正。其濾波器響應(yīng)要滿足：(2.6-15)由此可以得到兩種實(shí)現(xiàn)方法：或(2.6-16)上述描述的是多相濾波器實(shí)現(xiàn)的基本原理，其具體實(shí)現(xiàn)可參考相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)。寬帶數(shù)字化接收機(jī)1.數(shù)字化接收機(jī)的根本原理和組成寬帶數(shù)字化接收機(jī)是一種信道化＋數(shù)字化的搜索接收機(jī)，其典型組成原理如圖2.6-6所示。射頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器(LNA)放大、混頻后，變換為第一中頻信號(hào)，然后經(jīng)過中頻分路器分為M路，分別送給M路中頻濾波器組濾波，再經(jīng)第二混頻后轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的第二中頻。M路第二中頻具有相同的頻率，它們分別被M路中頻放大器放大后，利用M路數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行高速采樣數(shù)字化，利用FFT實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量。中頻數(shù)字化接收機(jī)實(shí)際上是模擬和數(shù)字混合的接收機(jī)。其射頻和信道化前端的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的搜索接收機(jī)相同，其中的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)如工作頻率范圍、接收機(jī)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等取決于射頻和信道化前端。因此在設(shè)計(jì)中需要仔細(xì)考慮。限于篇幅，這里只介紹有關(guān)數(shù)字化中的幾個(gè)關(guān)鍵問題。圖2.6-6典型寬帶數(shù)字化接收機(jī)組成原理2.數(shù)字化接收機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

數(shù)字化接收機(jī)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)包括分路器路數(shù)M、單路處理瞬時(shí)帶寬BI和ADC采樣頻率等。瞬時(shí)處理帶寬和ADC采樣頻率主要受ADC器件、DSP處理器的處理能力等因素的限制。1)分路數(shù)目設(shè)搜索波段的頻率范圍為f2~f1，單路處理瞬時(shí)帶寬為BI，則分路器路數(shù)為可見，分路器路數(shù)由頻率范圍和中頻帶寬決定。當(dāng)頻率范圍一定時(shí)，由中頻帶寬確定，而中頻帶寬與ADC器件、數(shù)字信號(hào)處理器的處理能力等因素有關(guān)。(2.6-17)2)ADC參數(shù)和系統(tǒng)性能的關(guān)系在數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)中，ADC的性能對(duì)系統(tǒng)性能有很大的影響。數(shù)字接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度會(huì)受ADC性能的限制。ADC的選擇一般從采樣分辨率(ADC位數(shù))、采樣頻率和輸入模擬帶寬等幾個(gè)方面考慮。目前12位ADC的采樣頻率可以到達(dá)200MHz，14位ADC的采樣頻率可以到達(dá)100MHz，10位ADC的采樣頻率可以到達(dá)1000MHz以上，其性能已經(jīng)可以滿足數(shù)字化通信偵察接收機(jī)的要求。(1)ADC采樣頻率。ADC的采樣頻率取決于中頻頻率fI和中頻帶寬BI。數(shù)字接收機(jī)通常按照帶通采樣設(shè)計(jì)，其采樣頻率fs必須滿足(2.6-18)其中,中頻頻率是系統(tǒng)給定的；r＝1～2，是中頻濾波器的矩形系數(shù)。上式在數(shù)字化時(shí)經(jīng)常會(huì)用到，當(dāng)n＝0時(shí)是帶限采樣，當(dāng)n≠0時(shí)是帶通采樣。注意：帶通采樣需要使用專門的帶通采樣ADC，帶通采樣ADC的模擬輸入帶寬通常大于最高采樣頻率。在使用時(shí)，要求ADC的模擬輸入帶寬至少應(yīng)該大于中頻頻率加中頻帶寬。采樣頻率選擇時(shí)一般選擇一個(gè)同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件的最低采樣頻率。否那么可能會(huì)引起所謂的混疊效應(yīng)，導(dǎo)致采樣錯(cuò)誤，使后續(xù)的數(shù)字處理無法正確完成。設(shè)中頻頻率fI＝70MHz，中頻帶寬BI＝20MHz，矩形系數(shù)r＝1.5。那么按照條件式(2.6-18)中的條件一，采樣頻率fs≥2.5×20＝50MHz；而按照式(2.6-18)中的條件二，可以選擇的采樣頻率為280、93.33、56、40MHz等。因此同時(shí)滿足兩個(gè)條件的采樣頻率最小值為56MHz。(2)ADC采樣分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。設(shè)ADC為b位，量化電平為q，輸入為單頻正弦信號(hào)，ADC允許的最大輸入電壓為Vmax，那么可以證明，ADC輸入的最大信號(hào)的功率和量化噪聲功率分別為(2.6-19)(2.6-20)ADC允許的最小輸入信號(hào)電平受ADC量化噪聲的限制，因此ADC的動(dòng)態(tài)范圍為(2.6-21)用對(duì)數(shù)表示為

DADC=1.76+6.02b(dB)(2.6-22)最大信噪比是在輸入信號(hào)最大的條件下得到的，當(dāng)輸入信號(hào)幅度下降時(shí)，量化信噪比也下降?？梢夾DC的動(dòng)態(tài)范圍與它的最大量化信噪比的值相同。值得注意的是，ADC引入了量化噪聲，它輸出的噪聲功率中包含接收機(jī)輸出噪聲和量化噪聲兩部分，因此它影響整個(gè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)，使系統(tǒng)噪聲系數(shù)惡化。3)頻率分辨率和瞬時(shí)處理帶寬如果數(shù)字接收機(jī)利用FFT進(jìn)行頻率分析測(cè)量，那么頻率分辨率δf、采樣頻率fs、瞬時(shí)處理帶寬(中頻帶寬)BI、采樣間隔ts和FFT長度N滿足下面的關(guān)系(2.6-23)因此，當(dāng)采樣頻率一定時(shí)，F(xiàn)FT長度越長，頻率分辨率越高。而FFT長度N為

可見，F(xiàn)FT的長度與瞬時(shí)處理帶寬和頻率分辨率有關(guān)。在處理帶寬一定的情況下，要求的頻率分辨率越高，F(xiàn)FT長度越大，當(dāng)然完成FFT所需的運(yùn)算時(shí)間就越長。我們知道，F(xiàn)FT的運(yùn)算時(shí)間與NlbN成正比。另一方面，為了滿足頻率搜索速度的要求，在信號(hào)處理器能力有限的情況下可能不允許加長處理時(shí)間。因此，處理時(shí)間與搜索速度、頻率分辨率會(huì)產(chǎn)生矛盾。解決這個(gè)矛盾的唯一途徑是采用并行處理技術(shù)。并行處理可以采用并行多通道技術(shù)，也可以采用多