雷達對抗原理全套課件

西安電子科技大學出版社信息技術(shù)重點圖書·雷達雷達對抗原理（第二版）目

錄第1章雷達對抗概述第2章對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第3章對雷達信號方向的測量和定位第4章雷達偵察的信號處理第5章雷達偵察作用距離與截獲概率第6章遮蓋性干擾第7章欺騙性干擾第8章干擾機構(gòu)成及干擾能量計算第9章對雷達的反輻射攻擊第10章對雷達的無源干擾技術(shù)第1章

雷達對抗概述第1章

雷達對抗概述雷達對抗的基本概念與含義雷達對抗的信號環(huán)境雷達偵察概述雷達干擾概述第1章

雷達對抗概述1.1

雷達對抗的基本概念與含義1.1.1雷達對抗的含義及重要性雷達通過發(fā)射和接收電磁波獲取目標信息。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，以雷達為代表的有源探測裝備是獲取目標戰(zhàn)場信息的重

要手段，也是有效指揮和控制各種火力打擊武器的基本保證。如圖1-1所示的一架作戰(zhàn)飛機，可能會受到敵方多種雷達和殺傷武器的威脅。如果它及其所在方能夠及時、準確地檢測識別敵方雷達和威脅態(tài)勢，并且利用各種雷達對抗資源，采取相應、有效的反制措施，就可先敵發(fā)起攻擊，摧毀敵方雷達和武器系統(tǒng)，完成預定的作戰(zhàn)任務，同時保障己方人員和裝備的安全。第1章

雷達對抗概述圖1-1作戰(zhàn)飛機面臨的威脅雷達環(huán)境示意圖第1章

雷達對抗概述1.

雷達對抗是取得信息優(yōu)勢和軍事優(yōu)勢的重要手段和保證現(xiàn)代雷達是在全天候、大視場、復雜戰(zhàn)場環(huán)境下，快速、準確、可靠地進行目標探測、跟蹤、制導和火控的重要裝備。破壞或毀傷了雷達的正常工作，也就破壞了作戰(zhàn)系統(tǒng)中最重要的信息來源。特別是在信息化戰(zhàn)場上，一旦喪失了信息獲取途徑，各級指揮控制中心、作戰(zhàn)武器平臺和作戰(zhàn)人員就會成為“聾子”、

“瞎子”，必將嚴重喪失作戰(zhàn)能力。第二次世界大戰(zhàn)中的諾曼底登陸戰(zhàn)役，英美聯(lián)軍通過雷達偵察，事前完全掌握了德軍在戰(zhàn)區(qū)內(nèi)40多部雷達的部署、工作頻率等信息，一方面進行大規(guī)模的火力轟炸，另一方面炮制假的進攻方向。戰(zhàn)役開始后，又進行了連續(xù)不斷的轟炸和干擾，使德軍雷達完全陷于癱瘓，根本不能提供任何有用信息，聯(lián)軍參戰(zhàn)的2127艘艦船只損失了6艘，損失率不到0.3%。第1章

雷達對抗概述2.雷達對抗是消滅敵人、完成任務、保存自己的必要武器雷達偵察可以全天候、安全、隱蔽地工作，在比雷達探測更大的視

場范圍和復雜的電磁環(huán)境中，有效獲取包括雷達在內(nèi)的各種輻射源信息，例如：輻射源的位置信息，工作狀態(tài)信息和信號調(diào)制信息等。這些信息

既可以為指揮決策提供重要的情報，也可以用來引導干擾和殺傷武器，

破壞或擾亂敵方雷達及其武器系統(tǒng)的正常工作，甚至直接毀傷敵方裝備，殺傷作戰(zhàn)人員。在各種精確打擊武器日益發(fā)展的今天，雷達及其武器系

統(tǒng)一旦被偵察定位，將會處于十分危險的境地。目前反輻射武器的攻擊

誤差僅幾米，攻擊距離可達數(shù)百公里，安裝于彈道導彈、巡航導彈和長

航時無人機上的反輻射武器，作戰(zhàn)距離甚至可達數(shù)千公里。如果沒有受

到干擾，雷達制導的防空導彈一次齊射的目標殺傷概率在90%以上，防空火炮一次點射的目標殺傷概率在80%以上。而在越南戰(zhàn)爭中，美軍綜合采用了多種雷達對抗措施,曾一度使地空導彈的殺傷概率降到2%,防空火炮的殺傷概率降到0.5%以下。在海灣戰(zhàn)爭中，美軍的F-117A隱形戰(zhàn)斗機出動數(shù)千架次，執(zhí)行防空火力最強地區(qū)的作戰(zhàn)任務，在強大的電子干擾掩護下，竟然無一損失。第1章

雷達對抗概述1.1.2

雷達對抗的基本原理與主要技術(shù)特點1.雷達對抗的基本原理雷達對抗首先依賴于雷達的電磁輻射。為了獲取目標信息，雷達需要將高功率的電磁波能量照射到目標上，由于目標的電磁散射特性，將對入射電磁波產(chǎn)生相應的散射和調(diào)制，雷達接收到來自目標的散射信號，再根據(jù)收發(fā)信號的相對調(diào)制關(guān)系，解調(diào)目標信息。雷達對抗的基本原理如圖1-2所示。在一般情況下，雷達偵察設備直接接收雷達發(fā)射的電磁波信號，檢測該雷達的存在，測量其所在方向、信號頻率和其它調(diào)制參數(shù)等，也可以根據(jù)已經(jīng)掌握的雷達信號先驗信息，判斷該雷達的功能、工作狀態(tài)和威脅程度等，并將各種處理結(jié)果提交各級指揮控制中心、干擾機、反輻射武器導引設備等。第1章

雷達對抗概述由此可見，實現(xiàn)雷達偵察的基本條件有：雷達發(fā)射電磁波；偵察機接收到足夠強的雷達信號；雷達信號的調(diào)制方式和參數(shù)位于偵察機處理能力之內(nèi)；偵察機能夠適應其當前所在的電磁信號環(huán)境。第1章

雷達對抗概述1)雷達干擾的基本原理雷達干擾的基本原理是：破壞雷達探測目標的電磁波傳播空間特性；產(chǎn)生干擾信號進入雷達接收機，破壞其檢測目標和測量目標信息；減小目標的雷達截面積。2)雷達反輻射攻擊的基本原理雷達反輻射攻擊的基本原理是：檢測識別敵方的威脅雷達輻射源信號；鎖定和跟蹤該輻射源信號，實時向攻擊武器飛行控制機構(gòu)提供角度測量信息；引導反輻射武器不斷逼近該輻射源，直到戰(zhàn)斗部將其摧毀。第1章

雷達對抗概述2.雷達對抗的主要技術(shù)特點雷達對抗的主要技術(shù)特點是：1)寬頻帶、大視場、復雜電磁信號環(huán)境隨著人類對電磁譜的不斷開發(fā)和利用，特別是近20年來對電磁譜的極度開發(fā)和利用，各種輻射源、散射源形成的電磁波極度擁塞了時間、空間和頻譜范圍，每個輻射源電磁波信號的調(diào)制變化，大量輻射信號在時間、頻譜、空間的密集、隨機混疊，構(gòu)成了極度復雜的電磁信號環(huán)境。而雷達對抗設備要在如此復雜、博大的電磁信號環(huán)境中對敵方雷達實施全面、正確、有效的偵察、干擾和攻擊，就必須適應寬頻帶、大視場、復雜電磁信號環(huán)境的要求。這也是雷達對抗裝備必須具有的顯著技術(shù)特點。第1章

雷達對抗概述2)瞬時信號檢測、測量和快速、非匹配信號處理由于雷達信號大多為射頻脈沖信號，持續(xù)時間很短，甚至僅為數(shù)十納秒。在一般情況下，雷達偵察設備預先并不知道這些射頻脈沖的入射方向、射頻頻譜、到達時間和各種調(diào)制特性，也無法像雷達那樣設計匹配接收機和信號處理機。因此，雷達偵察接收機和信號處理機首先需要具有對射頻脈沖信號的瞬時檢測和對信號主要特征參數(shù)的瞬時測量能力；其次需要具有對瞬時檢測脈沖信號的快速分選和對輻射源檢測、識別處理的能力；然后需要具有對某些重要信號的精確分析、跟蹤和處理能力。第1章

雷達對抗概述1.1.3雷達對抗與電子戰(zhàn)電子戰(zhàn)(EW)是敵我雙方利用電磁能和定向能以破壞敵方武器裝備對電磁譜、電磁信息的利用，或?qū)撤窖b備和人員進行攻擊和殺傷，同時保障己方武器裝備效能的正常發(fā)揮和人員的安全而采取的軍事行動。電子戰(zhàn)包括兩個相互斗爭的方面：電子對抗(ECM，包括電子偵察、電子干擾、電子隱身和電子摧毀等)和電子反對抗(ECCM，包括電子反偵察、電子反干擾、電子反隱身和電子反摧毀等)。電子干擾、電子摧毀也稱為電子進攻，電子反偵察、電子反干擾和電子反摧毀也稱為電子防護。電子戰(zhàn)的技術(shù)分類很多，以無線電設備或器材的功能類別進行分類是常用的方式之一，如：雷達對抗與反對抗，通信對抗與反對抗，光電對抗與反對抗，無線電引信對抗與反對抗，導航對抗與反對抗，敵我識別系統(tǒng)的對抗與反對抗等。電子對抗從頻域上可分為射頻對抗、光電對抗和聲學對抗三段，各頻段的劃分如圖1-3所示。第1章

雷達對抗概述圖1-3電子對抗的頻段劃分第1章

雷達對抗概述射頻對抗射頻對抗的頻率范圍為3

MHz~300

GHz，是雷達、通信、導航、敵我識別、無線電引信等微波電子設備工作的主要頻段。光電對抗光電對抗的頻率范圍在300

GHz以上，可進一步分為紅外、可見光、激光、紫外等子頻段，是精確制導和定向能武器等工作的主要頻段。聲學對抗聲學對抗的頻率范圍主要在3

MHz以下，是水下聲吶、導航定位和制導兵器工作的主要頻段。第1章

雷達對抗概述1.2

雷達對抗的信號環(huán)境雷達對抗的信號環(huán)境S是指其所在位置處各種電磁輻射、散射信號的全體：(1-1)式中,N為電磁輻射、散射源數(shù)量，si(t)為其中第i個源的信號。第1章

雷達對抗概述1.2.1雷達對抗系統(tǒng)中信號環(huán)境的描述1.脈沖信號環(huán)境對于式(1-1)中的脈沖雷達輻射信號，可展開其射頻脈沖序列：(1-2)雷達對抗概述第1章1)包絡函數(shù)Ai,j(t)(1-3)式中,Pi(Ri，r)，Gi(αi，r，βi，r)，Gr(αi，βi)，ai(t，τi，j)分別為距離Ri，r處收到該雷達發(fā)射脈沖的功率，雷達發(fā)射天線在接收

方向αi，r、βi，r的增益，偵察接收天線在雷達方向αi、βi的增益和歸一化的脈沖形狀函數(shù)。ai(t，τi，j)可以表現(xiàn)出射頻脈沖的振幅調(diào)制信息，有時為了簡化描述，常用矩形脈沖函數(shù)近似：(1-4)第1章

雷達對抗概述2)

到達時間ti,j(1-5)PRIi,j為脈沖重復周期，也是雷達信號調(diào)制中相對變化范圍最大、最容易、最快捷、最常使用的一項參數(shù),一般表述為(1-6)第1章

雷達對抗概述3)

脈沖寬度τi,jτi,j與雷達的作用距離、距離分辨力、工作比等具有密切的關(guān)系，許多雷達可以在改變PRIi，j的同時更換τi,j，以保持工作比不變，并獲得盡可能大的威力范圍。脈沖壓縮雷達經(jīng)常通過選用不同的τi,j來改變脈沖壓縮處理增益(帶寬與時寬的乘積)，以適應遠程和近程不同探測任務的需要。τi,j的一般表述為(1-7)第1章

雷達對抗概述4)相位調(diào)制由于頻率是相位的時間導數(shù)，因此式(1-2)中的相位調(diào)制也包括頻率調(diào)制。Ⅰ脈內(nèi)相位調(diào)制單個雷達信號脈沖的相位調(diào)制是脈內(nèi)相位調(diào)制，主要有單載頻、頻率分集、頻率編碼、線性調(diào)頻、相位編碼等，其函數(shù)表述分別為：單載頻：(1-8)頻率分集：(1-9)第1章

雷達對抗概述頻率編碼：(1-10)線性調(diào)頻:(1-11)相位編碼：(1-12)第1章

雷達對抗概述Ⅱ

脈間相位調(diào)制除了在脈內(nèi)的相位調(diào)制以外，現(xiàn)代雷達信號在脈沖之間的相位調(diào)制主要有固定頻率、捷變頻、分組變頻等。脈間的相位調(diào)制還可以與脈內(nèi)的相位調(diào)制組合，形成更加復雜的雷達發(fā)射脈沖調(diào)制。例如：將脈內(nèi)的單載頻、線性調(diào)頻、相位編碼脈沖等與下面的脈間調(diào)制組合，形成的表述分別為捷變頻和分組變頻。(1)捷變頻：(1-13)式中，n和{ωi，p}p=1分別為可捷變的頻率數(shù)和頻率集合。n第1章

雷達對抗概述(2)分組變頻：(1-14)根據(jù)作戰(zhàn)功能和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求，雷達對抗系統(tǒng)對各種信號的偵收處理能力是在整個信號空間S中一個有限的檢測空間DR，其典型表現(xiàn)形式為(1-15)第1章

雷達對抗概述式中，ΩRF、ΩAOA、ΩPW和ΩP分別為雷達對抗系統(tǒng)對信號載

頻、到達方向、脈沖寬度和信號功率的檢測范圍，DR是它

們需要同時滿足的條件。雷達對抗系統(tǒng)可能檢測到的全體信號S′只是S中滿足DR條件的子集合：(1-16)雷達對抗系統(tǒng)的基本設計依據(jù)就是：根據(jù)任務需求分析S和S′,合理地設計和實現(xiàn)自身能力DR，使系統(tǒng)能夠滿足各項戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)

指標的要求。在一般情況下，S′是諸多雷達輻射脈沖信號序列的疊加，由于各輻射源之間一般是獨立發(fā)射的，當N數(shù)量較大時，S′近似滿足統(tǒng)計平穩(wěn)性和無后效性，在數(shù)學上可以采用泊松(Poisson)過程描述。該過程給出了在τ時間內(nèi)到達n個脈沖的概率Pn(τ)為第1章

雷達對抗概述(1-17)式中,λ稱為S′的脈沖流密度，也是指單位時間(τ=1

s)內(nèi)雷達對抗系統(tǒng)接收到的平均脈沖數(shù)，它與S′中各輻射源信號參數(shù)的關(guān)系可以表示為(1-18)其中,fri是第i部雷達的脈沖重復頻率，Pri為其發(fā)射脈沖特性屬于DR的概率。利用S′中各雷達工作的獨立性，可求得第k部雷達的發(fā)射脈沖與其它雷達射頻脈沖時間重疊的概率PS′(k)為(1-19)第1章

雷達對抗概述2.連續(xù)波信號環(huán)境除了脈沖雷達以外，S′中還可能存在某些連續(xù)波雷達，它們在近距離精確測速、測高、目標照射和半主動尋的制導等方面具有重要的應用。連續(xù)波雷達信號的主要幅相調(diào)制形式有兩種。1)

正弦調(diào)幅連續(xù)波信號(1-20)式中，u0、ma、Ω、j和ω分別為振幅、調(diào)幅系數(shù)、調(diào)制信號頻率、調(diào)制信號初相和載波頻率，其中Ω<<ω。第1章

雷達對抗概述2)調(diào)頻連續(xù)波信號(1-21)常用的調(diào)頻函數(shù)f(t)主要有鋸齒波、三角波和正弦波等。(1-22)(1-23)(1-24)式中，T、μ和ΔF分別為調(diào)頻周期、調(diào)頻斜率和調(diào)頻寬度。第1章

雷達對抗概述1.2.2現(xiàn)代雷達對抗信號環(huán)境的特點現(xiàn)代雷達對抗信號環(huán)境具有如下特點：輻射源數(shù)量多，分布密度大，脈沖重頻高，信號交疊嚴重。信號調(diào)制復雜，參數(shù)變化范圍大，且多變、快變。低截獲概率雷達信號以及誘餌雷達和虛假雷達信號日漸增多，正確檢測識別難度大。第1章

雷達對抗概述1.3

雷達偵察概述1.3.1

雷達偵察的任務與分類1.電子情報偵察(ELINT)電子情報偵察屬于戰(zhàn)略情報偵察，它要求獲得全面、廣泛、準確的技術(shù)和軍事情報，在平時和戰(zhàn)時都要進行，以便為高級決

策指揮機關(guān)和中心數(shù)據(jù)庫提供各種詳實的數(shù)據(jù)。先進的雷達情報

數(shù)據(jù)庫可以像天氣預報一樣，隨時隨地提供重點、熱點地區(qū)各方

面的雷達部署、功能和性能、信號調(diào)制參數(shù)等情報。雷達情報偵

察是國防戰(zhàn)略情報的重要組成部分，主要由偵察衛(wèi)星、飛機、艦

船和陸海基前沿偵察站與各級情報處理中心等共同組成。為了減

輕有效載荷，許多前沿偵察設備只擔任信號的截獲和記錄、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，而由異地的情報處理中心匯集各種ELINT情報來源，完成信號的綜合分析處理。為了保證情報的準確性和可靠性，ELINT允許有較長的信號分析處理時間。第1章

雷達對抗概述2.電子支援偵察(ESM)電子支援偵察屬于戰(zhàn)術(shù)情報偵察，其任務是為戰(zhàn)場指揮員和相關(guān)的作戰(zhàn)系統(tǒng)提供當前戰(zhàn)場環(huán)境中敵方電子裝備的準確位置、工作狀態(tài)和信號參數(shù)等信息，以便進行戰(zhàn)場指揮、決策和控制，并將獲得的信息及時上報各級指揮機關(guān)和分發(fā)到下級作戰(zhàn)部門、武器裝備。ELINT可以作為ESM的先期預測和引導，以便縮短ESM的反應時間，提高工作效率和情報質(zhì)量。電子支援偵察一般由作戰(zhàn)飛機、艦船、車輛等機動偵察站和指控中心擔任，對它的特別要求是快速、及時、有效的現(xiàn)場處理能力。許多ESM系統(tǒng)都有自己直接控制和管理的對抗資源(如干擾機、反輻射武器等)，它們一般接受本平臺ESM的直接引導。在戰(zhàn)場高速信息網(wǎng)絡的支持下，現(xiàn)代ESM獲取的信息可以與網(wǎng)絡中的其他信息資源充分共享和融合處理，進一步提高信息獲取的數(shù)量和質(zhì)量。第1章

雷達對抗概述3.雷達告警接收機(RWR)用于作戰(zhàn)平臺(如飛機、艦船、車輛和陣地等)的自身防護，當其檢測到敵方威脅(如導彈來襲、火控和制導雷達探測跟蹤等)時，及時、可靠地發(fā)出警報，并指示威脅來襲方向和威脅程度等。RWR對威脅的檢測、識別和判斷依據(jù)主要依靠ELINT預先提供的情報支援，采用有針對性的信號檢測處理方式，提高對預定威脅輻射源的反應速度。許多RWR還可與ESM和其它對抗資源(如誘餌、箔條、曳光彈、煙幕投放器等)交聯(lián)使用。第1章

雷達對抗概述4.引導干擾所有雷達干擾都需要有偵察設備提供引導，以便根據(jù)復雜的電磁環(huán)境和所轄的干擾資源、干擾能力，正確選擇和識別若干威脅雷達，在適當?shù)臅r間、空間、頻譜、調(diào)制樣式和參數(shù)發(fā)出干擾信號。干擾實施后，還需要不斷監(jiān)測威脅雷達環(huán)境和干擾對象的變化，不斷調(diào)整上述干擾的方式，使有限的干擾資源能夠獲得最好的綜合干擾效果。ESM獲取的戰(zhàn)場信息具有良好的時效性，是干擾引導中最重要的信息來源。在戰(zhàn)場高速信息網(wǎng)絡的支持下，充分利用雷達偵察的廣域信息獲取能力，綜合引導大量分布式的干擾資源協(xié)同工作，對

敵方的雷達探測網(wǎng)實施有效干擾，是雷達對抗的重要發(fā)展方向。第1章

雷達對抗概述5.引導殺傷武器檢測和跟蹤敵方威脅雷達輻射源信號，引導殺傷武器實施火力打擊，是反輻射偵察引導的基本任務。引導殺傷武器一般分為兩個階段，首先由ESM、RWR、ELINT等電子偵察設備獲得當前戰(zhàn)場敵方輻射源的信息，將這些信息預先加載到反輻射武器的導引設備中，在合適的時間、空間發(fā)射反輻射攻擊武器；然后由反輻射武器導引設備按照預先加載的信息檢測和識別輻射源，形成對特定輻射源跟蹤的誤差，引導反輻射武器按照預定的飛行航路不斷逼近輻射源，直至將其摧毀。隨著近年來反輻射武器攻擊距離和精度的不斷提高，它已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，并且發(fā)揮了十分重要的作用。由于反輻射武器的導引依賴于加載的輻射源信號特征，為了進一步改善反輻射導引抗輻射源關(guān)機和抗誘偏的性能，將它與其它制導方式綜合在一起，已經(jīng)成為一種重要的發(fā)展方向。第1章

雷達對抗概述1.3.2雷達偵察的技術(shù)特點雷達偵察具有以下技術(shù)特點：1.作用距離遠雷達接收的是目標對照射信號的二次反射波，信號能量反比于距離的四次方；雷達偵察接收的是雷達的直射波，信號能量反比于距離的二次方。因此，雷達偵察機的作用距離一般都遠大于雷達的作用距離，這對于目標的早期探測預警和武器引導具有非常重要的意義。第1章

雷達對抗概述2.安全隱蔽性好對外輻射電磁波很容易被敵方偵收設備發(fā)現(xiàn)、識別和定位，不僅會造成自己信息的泄漏，還會招來強烈的干擾和致命的火力打擊。從原理上說，雷達偵察只接收外來的輻射信號，本身不需要發(fā)射，因此不會被敵方檢測、識別和定位，具有良好的安全隱蔽性。第1章

雷達對抗概述3.獲取的信息多而準雷達偵察所獲得的是直接來自于雷達的發(fā)射信號，受其它環(huán)節(jié)的“污染”少，信噪比較高，便于進行準確、細致的特征分析和提取，甚至可獲得不同輻射源“個體”的特征信息。雷達偵察本身的寬頻帶、大視場特點又廣開了各種雷達發(fā)射信號的信息來源，且便于進行長期的信息積累，建立豐富的輻射源數(shù)據(jù)庫和知識庫。這也是雷達偵察信號處理中非常重要的信號和信息處理依據(jù)。雷達偵察也有一定的局限性，如信息獲取依賴于雷達的發(fā)射，單個偵察站不能準確測距等。出于目標信息獲取的共同利益，在

現(xiàn)代電子信息傳感器中，采用有源與無源探測綜合，射頻與光電

探測綜合等手段，互相取長補短、協(xié)同工作，將是重要的發(fā)展方

向。第1章

雷達對抗概述1.3.3雷達偵察設備的基本組成典型雷達偵察系統(tǒng)的基本組成如圖1-4所示。測向天線陣覆蓋系統(tǒng)測向范圍ΩAOA，并與測向接收機一起實現(xiàn)對射頻脈沖信號到達角θAOA的實時測量。測頻天線的角度覆蓋范圍也是ΩAOA，它與寬帶偵收接收機一起，完成對脈沖載頻fRF、到達時間tTOA、脈沖寬度τPW、脈沖功率或幅度AP等參

數(shù)的實時測量。有些雷達偵察系統(tǒng)還可以實時測量射頻脈沖的極化EP和脈內(nèi)調(diào)制類型F，這些參數(shù)組合在一起，稱為脈沖描述字(PDW)：(1-25)第1章

雷達對抗概述圖1-4典型雷達偵察系統(tǒng)的基本組成第1章

雷達對抗概述1.4

雷達干擾概述1.4.1雷達干擾技術(shù)的分類雷達干擾的基本任務是通過輻射或散射電磁波，破壞或擾亂敵方雷達的正常工作，使其不能正確地獲取我方目標的信息。雷達干擾的分類方法主要有以下4類，如圖1-5所示。第1章

雷達對抗概述圖1-5雷達干擾的分類第1章

雷達對抗概述1.按照干擾能量的來源分類有源(Active)干擾：干擾能量來自于其它電磁輻射源的發(fā)射，如有源干擾機等。無源(Passive)干擾：干擾能量來自于對雷達照射信號的散射，如地物、箔條等。復合干擾：也稱為雙彈射干擾，是指將有源干擾信號照射無源干擾物(如箔條、地海面等)，再通過無源干擾物散射到雷達的干擾。2.按照干擾的人為因素分類有意干擾：由人為因素而有意產(chǎn)生的干擾。無意干擾：由自然或其它因素無意識產(chǎn)生的干擾。第1章

雷達對抗概述3.按照干擾信號的作用原理分類遮蓋性干擾：也稱為壓制性干擾，指在雷達接收機中干擾信號與目標回波信號疊加在一起，使雷達難以從中檢測目標是否存在，降低雷達對目標的檢測概率。欺騙性干擾：指在雷達接收機中干擾信號與目標回波信號難以區(qū)分，真假難辨，以假亂真，使雷達不能獲得正確的目標信息，虛警概率增大或?qū)δ繕藴y量跟蹤精度降低。作戰(zhàn)使用中，可以對雷達的部分探測空間(如存在真實目標的空間)實施壓制性干擾，對其它探測空間(如不存在真實目標的空間)實施欺騙性干擾。第1章

雷達對抗概述4.按照雷達、目標、干擾機的空間位置分類雷達干擾的目的是保護目標不受敵方雷達的檢測、跟蹤和威脅，因此雷達干擾的戰(zhàn)術(shù)應用和干擾效果與雷達、目標都具有非常密切的關(guān)系，如圖1-6所示，主要分為：(1)遠距離支援干擾(SOJ)：干擾機遠離雷達和目標，一般位于敵方火力威脅范圍以外，通過輻射強干擾信號掩護目標，干擾信號主要是從雷達天線的旁瓣進入接收機，一般由專用的大功率干擾發(fā)射機擔任，采用壓制性干擾或密集假目標干擾。第1章

雷達對抗概述圖1-6雷達、目標、干擾的空間位置示意圖第1章雷達對抗概述隨隊干擾(ESJ)：干擾機位于被保護目標附近，隨行目標運動，通過輻射強干擾信號掩護目標，干擾信號主要從雷達天線的主瓣進入接收機。一般是用作戰(zhàn)平臺進行專門的干擾改造成為ESJ，以便具有與原平臺一樣的戰(zhàn)術(shù)行動能力，主要采用壓制性干擾或密集假目標干擾。自衛(wèi)干擾(SSJ)：干擾機位于被保護目標上，使自己免遭敵方雷達和武器系統(tǒng)威脅。它的干擾信號始終從雷達天線主瓣進入接收機。一般采用固定安裝、可切換掛載、可即時投放拖曳和隨行等多種配置形式，經(jīng)常采用欺騙性干擾或結(jié)合壓制性干擾，是飛機、艦船、地面重要目標防護等常備的干擾方式。第1章

雷達對抗概述(4)近距離干擾(SFJ)：干擾機到雷達的距離領(lǐng)先于被保護目標，甚至盡可能抵近雷達，通過率先接收到雷達信號，快速引導和發(fā)射一定功率的干擾信號掩護后續(xù)目標。主要采用壓制性干擾或密集假目標欺騙性干擾。由于其常常身臨險境，自身安全難以保障，因此SFJ主要由投擲式干擾機和無人駕駛飛行器等擔任。第1章

雷達對抗概述1.4.2雷達干擾系統(tǒng)的基本組成現(xiàn)代雷達干擾系統(tǒng)的作戰(zhàn)對象是復雜的雷達探測網(wǎng)。為了有效對抗其中的各種威脅雷達，雷達干擾系統(tǒng)也是由雷達偵察引導網(wǎng)、各級指揮控制網(wǎng)(指控中心)和多種干擾資源(能夠按照系統(tǒng)控制和命令產(chǎn)生指定的干擾信號的設備稱為干擾資源)組成的，如圖1-7所示。這些干擾資源可以根據(jù)作戰(zhàn)任務規(guī)劃和進程，根據(jù)敵我雙方戰(zhàn)場的資源配置和兵力部署，在雷達偵察引導網(wǎng)、各級指控中心的統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)下有序工作，各級指控中心的主要任務是制定干擾決策，分配、管理和控制干擾資源。戰(zhàn)場高速信息網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，為各種分布式干擾資源的實時引導和控制帶來了極大的方便。第1章

雷達對抗概述圖1-7雷達干擾系統(tǒng)的基本組成第1章

雷達對抗概述根據(jù)干擾信號的產(chǎn)生原理，雷達干擾的基本資源主要分為引導式、轉(zhuǎn)發(fā)式與合成式等三類干擾資源，分別如圖1-8(a)、(b)、(c)所示。第1章

雷達對抗概述圖1-8雷達干擾資源的基本組成第1章

雷達對抗概述1．引導式干擾資源引導式干擾資源的干擾信號來自于其內(nèi)部的射頻壓控振蕩器

(VCO)。根據(jù)下達的干擾控制命令，干擾技術(shù)產(chǎn)生器生成VCO的頻率調(diào)制信號F(t)和調(diào)幅器的幅度調(diào)制信號A(t)，常用的F(t)信號有：幅度(調(diào)頻帶寬)、譜寬、分布可控的噪聲，幅度(調(diào)頻帶寬)、波形(三角波，鋸齒波，正弦波等)、周期可控的函數(shù)，以及噪聲與函數(shù)的交替或疊加等，形成各種非平穩(wěn)的干擾信號時頻譜。F(t)也可以與被干擾的雷達脈沖重復周期同步或異步，形成同步或異步調(diào)頻干擾。常用的A(t)信號有：同步或異步的雜亂脈沖，干擾

啟動和關(guān)閉的控制信號等?？刂平涌谳敵龅摩?t)數(shù)據(jù)用于設置干擾發(fā)射天線的波束指向。VCO形成的干擾信號通過調(diào)幅器和功率

放大，由發(fā)射天線向指定方向輻射輸出?？刂平涌趯崿F(xiàn)指控中心與干擾資源之間的信息交互。第1章

雷達對抗概述2．轉(zhuǎn)發(fā)式干擾資源轉(zhuǎn)發(fā)式干擾資源產(chǎn)生的干擾信號來自于接收到的雷達發(fā)射信號，且以接收到的雷達信號包絡E(t)為同步；由干擾技術(shù)產(chǎn)生器輸出對接收信道的頻段設置信號F(t)，對射頻信號存儲器(RFM)的寫入信號W(t)、讀出信號R(t)和幅相調(diào)制信號M(t)，實現(xiàn)對指定頻段內(nèi)接收到的雷達信號的延遲復制和幅相調(diào)制，再通過功率放大和發(fā)射天線，輻射到指定的θ(t)方向。第1章

雷達對抗概述3．合成式干擾資源合成式干擾主要采用數(shù)字合成技術(shù)，在干擾資源有限的條件下，以最合理的干擾樣式同時干擾多部雷達。干擾技術(shù)產(chǎn)生器按照指控中心的命令，首先生成對雷達i的最佳正交干擾波形數(shù)據(jù){Ii(n)，Qi(n)}i，n，并保存在波形存儲器中。R(t)控制存儲波形的輸出，然后將各雷達的正交干擾波形數(shù)據(jù)按照時間、功率比p2i的關(guān)系合成為基帶干擾波形數(shù)據(jù)(1-26)再將合成后的波形數(shù)據(jù){I(n)，Q(n)}n送交數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，生成基帶干擾信號I(t)，Q(t)，與調(diào)諧本振信號變頻到指定的

F(t)頻段，通過功率放大和發(fā)射天線，輻射到指定的θ(t)方向。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析概述頻率搜索測頻技術(shù)比相法測頻技術(shù)信道化測頻技術(shù)線性調(diào)頻變換測頻技術(shù)聲光變換測頻技術(shù)對雷達信號的時頻分析技術(shù)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.1

概

述2.1.1頻率測量和頻譜分析的作用與主要技術(shù)指標1．頻率測量與頻譜分析的作用頻率或頻譜是電磁波信號的重要特征參數(shù)。雷達發(fā)射信號的頻率或頻譜不僅與其用途、功能和性能等有著非常密切的關(guān)系，而且與其采用的器件、電路和工藝技術(shù)等也都具有非常密切的關(guān)系。因此在雷達設計和研制完成以后，其頻率和頻譜特性的變化范圍和變化能力是十分有限的。頻率和頻譜特性既是雷達的固有特征，也是相互之間區(qū)別的重要依據(jù)。戰(zhàn)場電磁頻譜資源和裝備的合理管控，也是充分發(fā)揮各種電磁信息資源能力的重要保證。精確測量雷達信號的頻率和頻譜，甚至能夠區(qū)分同種、同批次雷達的不同個體。在當前的復雜電磁信號環(huán)境中，研究和發(fā)展快速、準確的雷達信號頻率測量和頻譜分析技術(shù)，對于雷達偵察信號分選、識別和輻射源檢測、識別，以及引導干擾和反輻射攻擊武器都具有非常重要的作用。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析對雷達信號的頻率測量與頻譜分析可以分為以下三種情況：對單個射頻脈沖的頻率測量和頻譜分析；對給定時間內(nèi)多個脈沖的頻率測量和頻譜分析；對特定輻射源連續(xù)脈沖信號的頻率測量和頻譜分析。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2．雷達偵察系統(tǒng)中信號頻率和頻譜的定義對于式(1-2)所示的窄帶信號，其頻率的物理定義為其相位調(diào)制函數(shù)j(t)的時間變化率(2-1)它的二階導數(shù)稱為調(diào)頻斜率，即(2-2)對于單載頻射頻脈沖信號，在其脈沖寬度τPW內(nèi),(2-3)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析相位編碼調(diào)制的射頻脈沖除了有限的相位躍變點以外，脈內(nèi)其它時刻的頻率同式(2-3)。線性調(diào)頻脈沖的頻率和調(diào)頻斜率分別為(2-4)對于頻率分集和頻率編碼調(diào)制的射頻脈沖信號，可以看做是若干個子信號的合成，按照每一個子信號的存在時間，可以分別計算各自信號的頻率和調(diào)頻斜率。一般雷達對抗系統(tǒng)中要求測量的信號頻率和調(diào)頻斜率滿足式(2-1)、(2-2)的定義。[t，t+τPW]時間內(nèi)出現(xiàn)的單個射頻脈沖信號，其頻譜一般定義為該信號的傅立葉變換：(2-5)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析對來自同一輻射源的m個射頻脈沖的頻譜定義為(2-6)式中,ti和τPW，i分別是第i個脈沖的到達時間和脈沖寬度。顯然，分析的時間越長，對信號頻譜分析的精度和分辨能力越高。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析3．頻率測量與頻譜分析的主要技術(shù)指標1)頻率測量范圍ΩRF、瞬時帶寬ΔΩRF、頻率分辨力Δf和頻率測量精度δfΩRF是指測頻系統(tǒng)最大可測的雷達信號頻率范圍；ΔΩRF是指任一瞬間最大可測的雷達信號頻率范圍；Δf是指其能夠測量和區(qū)分兩個同時不同頻率信號間的最小頻率差；δf是指頻率測量值與頻率真值之間的偏差。如果ΩRF=ΔΩRF，則系統(tǒng)稱為頻率非搜索或瞬時寬開的測頻系統(tǒng)，δf常用均值(系統(tǒng)誤差)和均方根值(隨機誤差)表示。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2)無模糊頻譜分析范圍ΩSF、頻譜分辨力ΔfSF和頻譜分析誤差δfSFΩSF是指頻譜分析系統(tǒng)最大可無模糊分析的信號頻譜范圍;ΔfSF是指輸出相鄰譜線的最小頻率間隔;δfSF是指頻譜分析值與頻譜真值之間的偏差。3)測頻與頻譜分析靈敏度sf

min和測頻與頻譜分析的動態(tài)范圍Dfsf

min是指頻率測量和頻譜分析系統(tǒng)正常工作(滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求)時所需要的最小輸入信號功率；Df為系統(tǒng)正常工作時允許的最大輸入信號功率sf

max與最小輸入信號功率sf

min之比(以分貝表示)：(2-7)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析4)最小測頻和頻譜分析脈寬τf

min、測頻時間tRF、頻譜分析時間tSF和時頻分辨力ΔtSFτf

min是指系統(tǒng)可以進行測頻和頻譜分析的最小輸入信號脈寬；tRF是指從信號輸入到輸出測頻結(jié)果所用的時間；tSF是指完成一次頻譜分析所需要的時間；ΔtSF是指相鄰兩次頻譜分析之間的最小時間間隔。5)頻域截獲概率PIF和頻域截獲時間TIFPIF是指在TIF時間內(nèi)完成對給定信號頻域測量任務的概率；TIF是指對給定信號的頻域測量達到指定概率PIF所需要的時間，兩者互為條件。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析6)對同時到達信號的頻率測量和頻譜分析能力對同時到達信號的頻率測量和頻譜分析能力是指在有兩個或兩個以上不同頻率的信號同時到達測頻系統(tǒng)時，系統(tǒng)能夠按照上述技術(shù)指標，同時測量和分析這些信號的能力和性能。除了上述主要技術(shù)指標外，還有可靠性、尺寸、重量、成本等。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.1.2

頻率測量和頻譜分析技術(shù)的分類對雷達信號頻率測量技術(shù)的基本分類如圖2-1所示。對雷達信號頻率的測量可以采用模擬接收機、數(shù)字接收機和模擬/數(shù)字混合接收機以及信號處理技術(shù)實現(xiàn)。一類測頻技術(shù)是直接在頻域進行的，包括搜索頻率窗和毗鄰頻率窗。搜索頻率窗為一可調(diào)諧中心頻率的帶通濾波器，其瞬時帶寬ΔΩRF較小，通過ΔΩRF的通帶中

心頻率在ΩRF內(nèi)的調(diào)諧，選擇和測量輸入信號頻率。毗鄰頻率窗

為一組相鄰的帶通濾波器{ΔΩRFi}i覆蓋ΩRF。另一類測頻技術(shù)是將信號頻率單調(diào)變換到相位、時間、空間等其它物理域，再通過對變換域信號的測量得到原信號頻率。各種測頻技術(shù)的基本指標和特點見表2-1。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-1測頻技術(shù)的分類第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-2所示為雷達信號頻譜分析數(shù)字接收機的基本組成，接收天線收到的雷達信號經(jīng)過低噪聲放大器和帶通濾波器后送給混頻器，與頻率為fL的調(diào)諧本振信號混頻，輸出固定中頻頻率fi的基帶中頻信號。該信號經(jīng)過中放和增益控制達到合適的功率電平(信號的幅度盡可能與模數(shù)變換器(ADC)的輸入動態(tài)范圍一致)，分別送給包絡檢波/對數(shù)視放電路和ADC采樣電路。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-2雷達信號頻譜分析數(shù)字接收機的基本組成第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析ADC具有檢測采樣和盲采樣兩種工作方式。如果在ΩSF內(nèi)對

視頻包絡信號直接進行門限檢測能夠滿足靈敏度sf

min的要求，則可以利用包絡的門限檢測輸出，將有檢測信號存在時的中放輸出波形數(shù)據(jù)采集下來，送給數(shù)字信號處理機進行調(diào)制分析，同時也可以對包絡和門限檢測信號進行tTOA、τPW、AP的測量，交付數(shù)字信號處理。這種處理方法可以降低采集和處理的數(shù)據(jù)量，提高信號分析的工作效率，也是大多數(shù)頻譜分析數(shù)字接收機的實際工作方式。如果直接對脈沖包絡信號的門限檢測不能滿足sf

min的要求，則ADC的信號采樣和數(shù)字信號處理都是連續(xù)進行的；只有在經(jīng)過了連續(xù)、實時的信號處理以后，才能檢測和判決是否存在有用信號，然后進行相應的信號分析處理，這將極大地增加信號處理的負擔。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析如果對信號頻譜分析的精度和分辨要求不高，則可以不做Gm(t，f)處理，只做G1(t，f)處理，而且一般并不需要對每一個射頻脈沖都做G1(t，f)處理。頻譜分析常用的時頻分析算法如表2-2所示，其中STFT、DFT、瞬時相位差分、瞬時自相關(guān)等算法適合于采用數(shù)字邏輯器件快速計算，廣泛用于各種雷達對抗系統(tǒng)的實時和準實時信號處理中；周期譜估計、小波分析等需要的處理時間較長，適用于由計算機支持的非實時信號處理。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.2

頻率搜索測頻技術(shù)2.2.1搜索式超外差測頻技術(shù)1.基本工作原理搜索式超外差測頻系統(tǒng)的基本組成如圖2-3所示。雷達信號通過接收天線、低噪放進入微波預選器。信號處理機根據(jù)需要分析的輸入信號頻率fs設置調(diào)諧本振頻率fL(t)、微波預選器當前中心頻率fR(t)和通帶B(t)，使它們滿足下列關(guān)系：(2-8)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析式中，fi為中放的中心頻率，[fi－ΔΩRF/2，fi+ΔΩRF/2]為中放帶寬。如果fs位于B(t)內(nèi)，則信號可以通過微波預選器、混頻器、中放、包絡檢波和視放等環(huán)節(jié)；如果輸出視頻脈沖包絡信號E(t)大于檢測門限，就可啟動信號處理機測量信號的頻率fRF，使之滿足下列關(guān)系：fRF=fL(t)－fi(2-9)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-3搜索式超外差接收機方框圖第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2．寄生信道干擾及其消除方法混頻器是一種非線性器件，在混頻過程中,fL(t)與fs將發(fā)生多次差拍，只要任何一次差拍頻率滿足式(2-10)，都將在中放形成輸出。其中只有m=1，n=－1(超外差)時的差頻為正確的測頻輸出(也稱為主信道輸出)，其余則稱為寄生信道干擾。(2-10)由于輸入信號電平一般都遠低于本振電平，所以主要考慮本振及其諧波與信號基波分量的差拍，而本振的諧波一般都遠離中頻，故在超外差接收信道中將m=－1，n=1的寄生信道稱為鏡像信道。圖2-4表現(xiàn)了超外差接收機主信道與鏡像信道的關(guān)系,可見兩者是以本振頻率為中心，中放帶寬為兩邊對稱分布的。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-4超外差接收機主信道與鏡像信道的關(guān)系第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析鏡像信道干擾會引起頻率測量錯誤，在超外差接收機中，常以鏡像抑制比dms來衡量系統(tǒng)對鏡像信道干擾的抑制能力，其定義為：在相同輸入功率條件下，系統(tǒng)主信道輸出功率Pso與鏡像信道輸出功率Pmo之比(以分貝表示)，即(2-11)為了保證鏡像干擾不引起測頻錯誤，一般要求dms≥60

dB。提高dms的方法主要有：采用頻帶對準。采用寬帶濾波和高中頻接收。提高中頻，可以增加主信道與鏡像信道之間的頻率差2fi－ΔΩRF;如果該頻率差能夠滿足測頻范圍ΩRF=[f1，f2]的要求：第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析或

(2-12)采用鏡像抑制混頻器。鏡像抑制混頻器是一種雙平衡混頻器，在主信道上，兩個混頻器的輸出同相疊加；在鏡像信道上反相相減，實現(xiàn)單信道接收。采用零中頻技術(shù)。即將中頻降到零，使鏡像信道與主信道重合，變成單一信道。這種零中頻技術(shù)可使中頻電路簡化成視頻電路，如果采用正交雙通道處理，更易于采用數(shù)字技術(shù)進行無模糊測頻和其它分析處理。采用輔助信道邏輯識別技術(shù)。增設輔助信道，其本振頻率與主信道本振相差2fi，且與主信道帶寬重合，如圖2-5所示。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-5采用輔助信道邏輯識別鏡像信道干擾第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.2.2頻率搜索方式和速度的選擇按照式(2-8)設置的B(t)與fL(t)，在測頻范圍ΩRF內(nèi)調(diào)諧，稱為頻率搜索。頻率連續(xù)可變時稱為連續(xù)搜索，均勻離散可變時稱為步進搜索；由低至高或由高至低單方向變化稱為單程搜索，雙方向變化稱為雙程搜索。它們都要求ΔΩRF在ΩRF內(nèi)任一頻率處駐留足夠長的時間τf：(2-13)Z為完成頻率測量需要的脈沖數(shù)。隨著近年來數(shù)字頻率合成技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，越來越多的測頻系統(tǒng)采用數(shù)控步進搜索，可以根據(jù)雷達信號頻率的先驗信息和實際檢測過程中發(fā)生的后驗信息,靈活而合理地控制τf,在盡可能短的時間內(nèi)可靠地完成頻率測量和輻射源檢測識別的任務。這種方式稱為靈巧步進搜索。五種主要搜索方式的時頻關(guān)系如圖2-6所示。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-6五種主要頻率搜索方式的時頻關(guān)系第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析1．頻率慢速可靠搜索在每個ΔΩRF帶內(nèi)的駐留時間τf都相同，搜索ΩRF范圍的時間Tf不大于雷達波束在偵察機方向的照射時間Ts,即(2-14)Ts取決于偵察靈敏度與雷達天線的輻射功率，如果能夠偵察到雷達的平均旁瓣輻射，則Ts可以不受雷達天線掃描的時間限制；如果只能偵察雷達天線的主瓣輻射，則Ts是雷達天線掃描在其主瓣波束寬度內(nèi)的駐留時間：(2-15)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2．頻率快速可靠搜索頻率搜索時間Tf不大于雷達的脈沖寬度τPW，信號存在于測頻系統(tǒng)帶寬內(nèi)的時間td很短，即(2-16)該方式適合于搜索連續(xù)波雷達或通信信號，Tf時間里能夠可靠地完成頻率測量的任務，故稱為頻率快速可靠搜索。但對于持續(xù)時間很短的脈沖信號，由于本振調(diào)諧極快，普通電路難以響應，必須采用線性調(diào)頻(Chirp)變換測頻技術(shù)，參見本章2.5節(jié)。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析3．頻率靈巧可靠搜索這種方式是在頻率慢速可靠搜索的基礎上，利用搜索過程中發(fā)生的后驗信息，合理地控制τf。一般設τf略大于雷達的脈沖重復間隔PRI，首先令Z=1，如果在τf時間內(nèi)發(fā)生了信號檢測，則再逐漸增加Z，直到任務完成；如果在一個τf

的時間內(nèi)沒有檢測到信號，則迅速結(jié)束τf

，以便縮短搜索時間。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析4．頻率概率搜索不滿足慢、快、靈巧可靠搜索條件時均為頻率概率搜索，脈沖雷達信號與頻率搜索窗的平均重合時間τ，任意－時刻兩者重合的概率p，平均重合周期T

分別為—(2-17)以泊松過程描述在T時間里發(fā)生Z次及以上次重合的截獲事件,則其截獲概率為(2-18)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-7射頻調(diào)諧測頻接收機2.2.3射頻調(diào)諧測頻技術(shù)射頻調(diào)諧測頻技術(shù)利用射頻調(diào)諧濾波器選擇特定頻率的輸入信號，完成對該信號頻率等調(diào)制參數(shù)的測量。其基本系統(tǒng)組成如圖2-7所示。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析信號處理機根據(jù)需要分析的信號頻率fR設置前后微波預選器的當前通帶B(t)：(2-19)當輸入信號Sin頻率fRF位于當前通帶B(t)內(nèi)時，只要其功率大于靈敏度，則經(jīng)過預選器、低噪聲放大器(LNA)、檢波和對數(shù)視放(DLVA)的輸出信號E(t)將大于檢測門限，就可啟動信號處理機進行信號頻率、到達時間、脈沖寬度和幅度的測量，形成單個射頻脈沖檢測的部分PDW。在一般情況下或其功率低于靈敏度，都不會發(fā)生門限檢測和PDW輸出。信號載頻參數(shù)的估計為(2-20)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.3

比相法測頻技術(shù)2.3.1基本工作原理比相法測頻的基本工作原理如圖2-8所示。輸入信號經(jīng)過功分器分成為兩路，一路直接進入寬帶微波相關(guān)器，另一路經(jīng)過射頻延遲T后再進入寬帶微波相關(guān)器，形成兩路信號的相位差：(2-21)在寬帶微波相關(guān)器中兩信號經(jīng)過正交相位檢波，輸出一對相位差信號：(2-22)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析利用式(2-22)可求得在[0，2π)區(qū)間內(nèi)的相位差f：圖2-8比相法測頻的基本電路組成(2-23)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析由于寬帶微波相關(guān)器輸出信號的相位f與被測信號頻率ω成正比，在T確知的條件下，利用UI、UQ的極性和數(shù)值，只要測得f

就可確定ω：(2-24)式中,ω1為測量信號頻率的最小值。由于相位的無模糊測量范圍僅為[0，2π)，限制了比相法測頻的無模糊測頻范圍：(2-25)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析此外,為了保證信號在相關(guān)器中具有足夠的相關(guān)時間，延遲時間T和信號處理時間Ts之和必須小于信號脈沖寬度τ,即T+Ts≤τ(2-26)比相法測頻技術(shù)的信號處理有極性量化法和AD量化法兩種。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析1.極性量化法極性量化法是根據(jù)鑒相輸出信號的正負極性進行信號頻率測量和編碼輸出的。直接對UI、UQ進行極性量化和頻率編碼，只能將[0，2π)量化為4個區(qū)間。為了提高量化位數(shù)，可以利用三角函數(shù)的性質(zhì)，對UI、UQ進行適當?shù)募訖?quán)處理，產(chǎn)生各項需要的相位細分：(2-27)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析常用的相位細分有：α=45°，22.5°，11.25°等。細分越多，輸出頻率的表示精度越高。但由于細分是由高速寬帶模擬電路擔任的，在寬頻帶內(nèi)，相關(guān)器的相位誤差和細分電路的相位誤差都會影響相位細分的精度，因此工程中常用的相位細分都不大于11.25°。對UI、UQ和它們派生出來的各項相位

細分信號進行極性量化(符號函數(shù)sgn(x))，從而可以將[0，2π)相位區(qū)間量化成更多的子區(qū)間，每個子區(qū)間分別對應于不同的輸入信號頻率，從而形成信號頻率編碼。表2-3是T=0.5ns，α細分為45°，ΩRF=[2

GHz，4

GHz)，不考慮相位誤差時的極性量化和頻率編碼的測頻結(jié)果。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.AD量化法AD量化法直接對信號電壓UI、UQ進行數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC)，將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再按照式(2-23)計算相位差

，按照式(2-24)計算信號頻率。由于ADC的量化位數(shù)遠高于極性量化的位數(shù)，且便于將式(2-23)和式(2-24)預先制表，甚至將電路和測量系統(tǒng)的偏差也預先校準后存放在表內(nèi)，因此在相同條件下，AD量化法具有較高的測頻精度。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.3.2多路相關(guān)器的并用在理論上，采用相位細分的極性量化或者提高AD量化的位數(shù)，都可以在無模糊測頻范圍內(nèi)獲得較高的測頻精度，但由于寬帶微波相關(guān)器本身存在一定的相位誤差，相位細分不僅會沿襲該相位誤差，還會在加權(quán)處理的微波電路中引入新的相位誤差，使相位誤差進一步增大。AD變換的輸入信

號中也存在系統(tǒng)相位誤差和噪聲的影響，變換過程中還存在量化誤差，它們都在一定程度上限制了測頻精度的進一步提高。因此實際使用的比相法測頻技術(shù)往往采用圖2-9所示的多路相關(guān)器并用，其中最短遲延時間T的相關(guān)器保證無模糊測頻范圍，最長遲延時間nk－1T的相關(guān)器保證頻率測量的精度。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-9多路相關(guān)器的并用第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析假設各級相關(guān)器經(jīng)過式(2-22)求得的有模糊的相位測量值輸出為(2-28)則可利用相鄰長短遲延相關(guān)器的各自特點，用短遲延相關(guān)器的鑒相輸出求解長遲延相關(guān)器鑒相輸出的模糊，用長遲延相關(guān)器解模糊后的鑒相輸出校準短遲延相關(guān)器的相位測量值。k+1

k+1式中，N*

為非零非負整數(shù)集，集末項為k，即N*

={1，2，…，k}。假設最短遲延相關(guān)器的相位測量值f1沒有模糊，相鄰相關(guān)器的遲延時間比為n，則逐級迭代解模糊和相位校正的計算如下：(2-29)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析式中,即為解模糊和相位校正以后各級相關(guān)器的輸出相位。可以利用最長遲延nk－1T的相關(guān)器輸出頻率估計信號(2-30a)其中,f0是無模糊測頻范圍內(nèi)滿足f0T為正整數(shù)的最小頻率。也可以利用所有相關(guān)器的相位輸出對頻率進行最小二乘估計,即(2-30b)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析由于最短遲延時間為0.5

ns，在測頻范圍內(nèi)滿足條件的最小頻率f0=2

GHz，式(2-30)得到的頻率估計值分別為第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.3.3同時信號的影響若同時存在A，B兩個信號矢量，以強信號矢量A為基

準，合成信號矢量相對于強信號矢量的相位將發(fā)生偏差Δf，如圖2-10所示。顯然，合成信號矢量的相位偏離了其中任一信號矢量的原相位，且受兩信號矢量幅度比和頻率差的調(diào)制，在各路相關(guān)器中都會造成一種隨機性的相位偏差，其中與強信號矢量相位的最大偏差為(2-31)式中,PA、PB分別為兩信號的功率。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-10同時信號對測頻的影響第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-11同時信號檢測電路圖2-11是一種常用的同時信號檢測電路，它由自差混頻器、帶通濾波器、檢波器以及比較器構(gòu)成。如果只有一個信號輸入，則混頻的全部諧波均來自于同一信號，它們將處于濾波器帶外，檢波器和比較器無輸出。如果有多信號，混頻后的諧波通過濾波器和檢波器將有輸出，一旦超過了比較器門限，比較器將產(chǎn)生一個同時信號的指示標志，這時的測頻結(jié)果將被放棄。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析輸入信號中存在的噪聲也相當于是一種同時存在的隨機信號，同樣會引起信號相位的隨機偏差以及相應的測量值起伏，根據(jù)式(2-31)，在13

dB信噪比下，它引起的相位偏差均方根值約為12.62°。因此為了保證測頻精度，比相法瞬時測頻接收機也需要有一定的檢測信噪比。完整的比相法瞬時測頻接收機的組成如圖2-12所示，輸入端的限幅放大器用于保持測量信號的功率穩(wěn)定，以減小輸入信號功率起伏對測頻結(jié)果的影響，同時信號檢測電路用于防止同時多信號造成的測頻錯誤，門限檢測/定時控制電路用于產(chǎn)生測頻啟動和結(jié)果輸出的控制時序，也可以用來啟動對tTOA、τPW、AP等參數(shù)的測量電路。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-12比相法測頻接收機的組成第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.4

信道化測頻技術(shù)2.4.1模擬信道化測頻技術(shù)模擬信道化測頻技術(shù)分為直接濾波測頻和基帶濾波測頻兩種形式。1．直接濾波測頻直接濾波測頻也稱為多波道測頻。其系統(tǒng)的基本組成原理如圖2-13(a)所示，輸入信號經(jīng)過n路功分器分別饋入n個并行的濾波/檢波/門限檢測器，各濾波器的通帶彼此鄰接，如圖2-13(b)所示。其頻率響應特性為(2-32)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析式中,Hi(ω)為第i個濾波器的傳輸函數(shù);Hp、Hs分別為通帶最低增益、阻帶最大增益；ωpi、ωpi+1、ωsli、ωshi分別為通帶低、高邊沿頻率和阻帶低、高邊沿頻率。各濾波/檢波器的輸出分別通過各自的門限檢測器，當輸出高于檢測門限UTi時,

di=1，否則為零。若第i個濾波器輸出超過了門限檢測，則以該濾波器通帶中心頻率形成頻率估計輸出：(2-33)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-13直接濾波道測頻系統(tǒng)組成與毗鄰波道頻率特性第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析檢測門限UTi可根據(jù)各信道噪聲背景的差別分別設置。當信號頻率處于相鄰濾波器邊沿附近時，可能會在兩個相鄰通道同時發(fā)生檢測輸出，為此也可以式(2-34)構(gòu)成測頻估計輸出：(2-34)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2．基帶濾波測頻基帶濾波測頻就是先將被測信號變頻到特定基帶再測頻。其技術(shù)中常用的部件為聲表(SAW)濾波器組，一些聲表濾波器組集成了放大器、電聲換能器、濾波器、聲電換能器和包絡檢波器，如圖2-14所示。輸入基帶信號首先經(jīng)過驅(qū)動放大、電聲換能器，以聲波形式傳播，不同頻率的聲波經(jīng)過不同的路徑匯聚在相應的輸出口，再經(jīng)過聲電換能器恢復成基帶電信號，通過包絡檢波器輸出脈沖信號包絡。典型SAW

器件的基帶頻率范圍為240

MHz~640

MHz，每個濾波器的通帶寬度為10~20

MHz。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-14

SAW基帶濾波器組的組成第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析1)純信道化測頻圖2-15為純信道化測頻系統(tǒng)的簡化方框圖。輸入信號先經(jīng)第一波段分路器分成n1路，其中每路信號經(jīng)過各自的第一

級變頻、中放，成為具有相同的第一中頻頻率fI1、帶寬Δ

fr1=(f2－f1)／n1的信號，再分別送給n1個第二波段分路器；每個第二波段分路器將輸入信號又分成n2路，每路信號經(jīng)過各

自的第二級變頻、中放，成為具有相同的中頻頻率fI2、帶寬

Δfr2=(Δfr1/n2)的信號；依此類推，直到成為與基帶SAW濾波器組適配的信號，再由n1×n2個基帶SAW濾波器組形成

n1×n2×n3個信道進行并行濾波、檢測輸出，其中n3為每個

SAW濾波器組的輸出信道數(shù)，最終由信號處理機完成信號中心頻率、帶寬和頻率調(diào)制參數(shù)的測量。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-15純信道化測頻系統(tǒng)簡化方框圖第2章對雷達信號的頻率測量與頻譜分析為了有效抑制鏡頻干擾，在各級變頻過程中，普遍采用高中頻技術(shù)抑制鏡頻，因此每一次變頻輸出的中頻頻率均需要滿足輸入信號帶寬的鏡頻抑制要求：(2-35)按照超外差(本振頻率高于信號頻率)要求設計時，各級本振組信號頻率為(2-36)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析采用k次變頻濾波的模擬純信道化測頻系統(tǒng)所需的系統(tǒng)資源配置數(shù)量如下：波段分路器：混頻器/濾波/中放：(2-38)各級不同頻率的本振：第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析SAW濾波器組數(shù)量：頻率分辨力和測頻精度：(2-39)利用各信道的檢測輸出，也可以啟動對tTOA、τPW、AP等參數(shù)的測量，并對相鄰、非相鄰信道同時檢測或順序檢測的輸出作進一步的頻率調(diào)制分析和識別處理。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2)頻帶折疊信道化測頻利用純信道化測頻同級變頻后的輸出具有相同中頻帶寬的特點，頻帶折疊信道化測頻時將同一次變頻放大后的中頻輸出分為兩路：一路經(jīng)過檢波、門限檢測，以便在頻率編碼時用來識別其經(jīng)過的信道；另一路則送入本級中頻合路器。合路后的中頻信號經(jīng)過濾波再送入下一次分路器，繼續(xù)進行處理，如圖2-16所示。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-16頻帶折疊信道化測頻系統(tǒng)簡化方框圖第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析與純信道化測頻系統(tǒng)相比，頻帶折疊信道化測頻系統(tǒng)雖然增加了若干合路器，各級不同頻率的本振數(shù)量與純信道化測頻系統(tǒng)的相同，但大大減少了純信道化測頻系統(tǒng)的設備量，且變頻次數(shù)越多，每次的分路數(shù)越多，減少的效果越明顯，以至于最終折疊到一個SAW濾波器組。具有相同測頻精度的k次變頻頻帶折疊信道化測頻系統(tǒng)資源配置數(shù)量如下：(2-40)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.4.2數(shù)字信道化測頻技術(shù)數(shù)字信道化測頻是利用寬帶數(shù)字接收機和數(shù)字信號處理技術(shù)測量和分析輸入信號頻率的技術(shù)。由于直接進行數(shù)字處理的射頻帶寬有限，數(shù)字信道化測頻前都需要通過圖2-2所示的模擬接收前端，將需要處理的射頻信號變頻到一定的基帶[f1，f2]，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)成為基帶數(shù)字信號。為了擴展處理帶寬，通常采用圖2-17所示的零中頻正交雙通道處理技術(shù)。如果有門限檢測信號支持，則數(shù)字信道化測頻僅在包絡時間內(nèi)進行，否則必須全時進行。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-17零中頻正交雙通道處理系統(tǒng)組成第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析基本的數(shù)字信道化測頻主要采用加窗短時傅立葉變換(STFT)算法：(2-41)式中,{s(n)=I(n)+jQ(n)}n為輸入信號的正交采樣序列;N為窗口寬度，一般根據(jù)系統(tǒng)要求的頻率分辨力Δf設置N，即(2-42)式中，T為采樣周期。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析但是FPGA器件能夠直接支持的STFT算法速度有限，為此工程中經(jīng)常采用一種抽樣降速、并行濾波的算法。設i=mj+q，p=N/m，j=0，1，…，p－1，q=0，1，…，m－1，代入式(2-41),可得(2-43)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析該算法首先對輸入信號進行m路抽取，然后對m路抽取信號做并行p點的STFT加窗濾波，再對m路并行濾波輸出進行去混疊濾波。由式(2-43)得到的濾波器結(jié)構(gòu)如圖2-18。例如,N=256，

m=4，則p=64，第一組抽樣取0，4，…，252等數(shù)據(jù)，第二組抽樣取1，5，…，253等數(shù)據(jù)，第三組抽樣取2，6，…，254等數(shù)據(jù)，第四組抽樣取3，7，…，255等數(shù)據(jù)。抽樣數(shù)據(jù)按照預定窗函數(shù)

加權(quán)，然后分別通過各自64點FFT(通常采用FPGA中的串行FFT運算核)形成4列有頻譜混疊的濾波輸出，再經(jīng)過去混疊濾波后得到4列無混疊的濾波輸出：F(n，k)，F(xiàn)(n，k+64)，F(xiàn)(n，k+128)，F(xiàn)(n，k+192)，k=0，…，63。該算法的主要優(yōu)點是通過抽取降低了

STFT運算處理的速度，便于FPGA實現(xiàn)。目前常用數(shù)字信道化測頻的瞬時帶寬約為1

GHz，頻率分辨力為10

MHz，時間分辨力為0.1

μs。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-18采用抽樣降速/并行濾波的STFT濾波器結(jié)構(gòu)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析STFT濾波后形成了N個信道的濾波輸出，再對每個信道的輸出信號功率進行門限檢測，以判決此時該信道是否存在信號，并在判為有信號存在的情況下，估計信號頻率：(2-44)(2-45)式中,Vk為信道k的檢測門限，可以根據(jù)裝備進入陣地后，對所在環(huán)境中各個頻段內(nèi)外噪聲的情況進行預先標定，也可以在對當前實際信號環(huán)境統(tǒng)計分析后實時標定。STFT的處理結(jié)果不僅用于測頻，還用于形成PDW。假設上一次處理時刻為n－p，則第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析(2-46)第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析1.數(shù)字信道化的時間分辨力圖2-19為數(shù)字信道化濾波處理電路的組成。輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)分配器提供給若干個STFT濾波器組，每個濾波器組

之間的數(shù)據(jù)時間差為pT，N路濾波器的輸出經(jīng)過式(2-44)進行功率計算和當前門限檢測，本次檢測結(jié)果與檢測結(jié)果寄存器提供的上次檢測結(jié)果進行邏輯判決，輸出檢測信道標號k，并按照式(2-46)，將時間計數(shù)器提供的時間數(shù)據(jù)按時寫入到達時間和結(jié)束時間鎖存器;在寫入結(jié)束時間后，再將(k，tTOA，tE，SP)寫入PDW緩存。本次STFT結(jié)束后，將本次檢測結(jié)果dk(n)送給檢測結(jié)果寄存器。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析圖2-19數(shù)字信道化濾波處理電路組成第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析每個濾波器組之間的數(shù)據(jù)時間差pT既表現(xiàn)出對采樣數(shù)據(jù)的分段方式，也是數(shù)字信道化測頻系統(tǒng)的時間分辨力。通常有以下三種情況：p>N只對部分數(shù)據(jù)進行數(shù)字信道化處理，通常發(fā)生在寬脈沖、大數(shù)據(jù)量、處理速度有限的場合，對于窄脈沖信號有可能發(fā)生信號漏失。p=N每個采樣數(shù)據(jù)都只進行一次數(shù)字信道化測頻處理，信號出現(xiàn)在兩次分段之間時會發(fā)生檢測靈敏度損失。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析3)

p<N常用p=N/2，每個采樣數(shù)據(jù)都進行兩次數(shù)字信道化測頻處理。p=1時，稱為逐點數(shù)字信道化測頻處理，具有最高的時間分辨力T。第2章

對雷達信號的頻率測量與頻譜分析2.多信道PDW的綜合處理數(shù)字信道化測頻系統(tǒng)中的信號處理機主要進行多信道PDW的綜合處理，包括相鄰信道同時和順序PDW的綜合處理，非相鄰信道同時和順序PDW的綜合處理等。1)相鄰信道同時PDW的綜合處理同時PDW是指各信道PDW中的到達和結(jié)束時間近似