雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)量

1、第2 章 雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)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(shí)測(cè)頻接收機(jī)比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)2.4 2.4 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī)2 21 1 概述概述要點(diǎn)：l 重要性重要性l 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)l 技術(shù)分類技術(shù)分類1重要性重要性載波頻率是雷達(dá)的基本、重要特征，具有相對(duì)穩(wěn)定性，使信號(hào)分選、識(shí)別、干擾的基本依據(jù)。2主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)1) 測(cè)頻時(shí)間 定義：從信號(hào)到達(dá)至測(cè)頻輸出所需時(shí)間，是確定或隨機(jī)的。要求：瞬時(shí)測(cè)頻，即在雷達(dá)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)完成載波頻率測(cè)量。重要性：直接影響偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時(shí)間。測(cè)頻時(shí)間(續(xù)) 頻域截

2、獲概率:即頻率搜索概率，單個(gè)脈沖的頻率搜索概率定義為 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 截獲時(shí)間:達(dá)到給定的截獲概率所需的時(shí)間，如果采用瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)，則單個(gè)脈沖的截獲時(shí)間為其中Tr是脈沖重復(fù)周期，tth是偵察系統(tǒng)的通過(guò)時(shí)間。121fffPrIFrfthrIFtTt12) 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： 測(cè)頻系統(tǒng)最大可測(cè)的雷達(dá)信號(hào)的頻率范圍；瞬時(shí)帶寬： 測(cè)頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測(cè)量的雷達(dá)信號(hào)的頻率范圍；頻率分辨力： 測(cè)頻系統(tǒng)所能分開(kāi)的兩個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的最小頻率差； 測(cè)頻精度： 把測(cè)頻誤差的均方根誤差稱為測(cè)頻精度 不同測(cè)頻系統(tǒng)的差異 晶體視頻接收機(jī)：

3、測(cè)頻范圍等于瞬時(shí)帶寬，頻率截獲概率1，但頻率分辨率很低，等于瞬時(shí)帶寬。窄帶搜索接收機(jī)：瞬時(shí)帶寬很窄，頻率截獲概率很低，但頻率分辨率很高。最大測(cè)頻誤差為：瞬時(shí)帶寬越寬，測(cè)頻誤差越大。 rff21max3) 可測(cè)信號(hào)形式 現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)可以分成脈沖和連續(xù)波。脈沖信號(hào)：低工作比脈沖信號(hào) 高工作比的脈沖多普勒信號(hào) 重頻抖動(dòng)和參差信號(hào) 編碼信號(hào) 寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào)寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào)的測(cè)頻比較困難。測(cè)頻系統(tǒng)允許的最窄脈寬盡可能窄、是否可以檢測(cè)脈內(nèi)頻率調(diào)制等是其重要的指標(biāo)。4)同時(shí)信號(hào)分離能力 同時(shí)到達(dá)信號(hào)按照兩個(gè)脈沖前沿的時(shí)差分成兩類：第1類同時(shí)到達(dá)信號(hào)：10ns第2類同時(shí)到達(dá)信號(hào)：10ns120ns要求測(cè)

4、頻接收機(jī)能夠?qū)ν瑫r(shí)到達(dá)信號(hào)的頻率分別進(jìn)行精確的測(cè)定，而且不丟失其中的弱信號(hào)。5) 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。它域接收機(jī)體制和接收機(jī)的噪聲電平有關(guān)。動(dòng)態(tài)范圍是指保證測(cè)頻接收機(jī)精確測(cè)頻條件下信號(hào)功率的變化范圍，它包括： 工作動(dòng)態(tài)范圍： 保證測(cè)頻精度條件下的強(qiáng)信號(hào)與弱信號(hào)的功率之比，也稱為噪聲限制動(dòng)態(tài)范圍。 瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍： 保證測(cè)頻精度條件下的強(qiáng)信號(hào)與寄生信號(hào)的功率之比。 3現(xiàn)代測(cè)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(shí)測(cè)頻接收機(jī)聲光卷積測(cè)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

5、傅立葉變換頻率取樣變換法測(cè)頻技術(shù)2.2 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 頻率搜索形式頻率搜索形式l 頻率搜索速度頻率搜索速度1超外差搜索的基本原理超外差搜索的基本原理微波預(yù)選器微波混頻器中頻放大器檢波器視頻放大器本振天線fRfLfI至處理器微波預(yù)選器的瞬時(shí)帶寬： 本振頻率：中放帶寬： 檢波視放有輸出信號(hào)的條件： 2,200rrpftfftftf iLftftf02,2ririffff tftfpR2寄生信道及其消除方法 如果在混頻器輸入同時(shí)加入信號(hào)fR和本振信號(hào)fL, 由于混頻器的非線性作用，許多頻率組合可以產(chǎn)生中頻信號(hào)，其一般關(guān)系為：m,

6、n 為整數(shù)，其中當(dāng)m=1, n=-1時(shí)為主信道，m=-1,n=-1為鏡像干擾，主信道和鏡像信道示意如圖： IRLfnfmffIfRfLfmf中頻主頻本振鏡頻 主信道：超外差 寄生信道： 除外 主要寄生信道： 鏡像信道： 鏡像抑制比： IRLfff1, 1,nmfnfmfiRLIRLffmfILRfffmisimosomsPPPPdlg10提高鏡像抑制的方法1) 微波預(yù)選-本振統(tǒng)調(diào) 搜索過(guò)程中預(yù)選器跟隨本振調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)單信道接收 2) 寬帶濾波-高中頻 用寬帶濾波器代替預(yù)選器： 提高中頻頻率： 2,2rILrILpfftffftftf21, fffp212fffI提高鏡像抑制的方法(續(xù)） 3） 鏡

7、像抑制混頻器采用雙平衡混頻器，主信道相加，鏡像信道相減，可達(dá)到2030dB 4) 零中頻 采用零中頻，但靈敏度較低。3. 幾種典型超外差接收機(jī) 1) 窄帶超外差接收機(jī) 采用微波預(yù)選器與本振通調(diào)，對(duì)每個(gè)分辨單元順序搜索。 射頻帶寬：2060MHz 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(hào)密度低、對(duì)信號(hào)處理要求低。 缺點(diǎn)：截獲時(shí)間長(zhǎng)，截獲概率低，不能檢測(cè)頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號(hào)。 2) 寬帶超外差接收機(jī) 瞬時(shí)帶寬：100200MHz優(yōu)點(diǎn)：能檢測(cè)頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號(hào)； 截獲時(shí)間縮短。 3) 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(shí)帶寬。 4.頻率搜索方式 1)

8、連續(xù)搜索 Nff2f1f0rftTftfNff2f1f0tTf單程搜索雙程搜索頻率搜索方式(續(xù)） 搜索范圍： 搜索周期：Tf 接收時(shí)間：tf 脈沖群時(shí)間：Nff2f1f0t等間隔搜索ff2f1f0t靈巧式搜索12ff 5. 頻率搜索速度 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（全概率）的條件為：a) 接收機(jī)掃過(guò)一個(gè)瞬時(shí)帶寬的時(shí)間內(nèi)收到的脈沖數(shù)滿足信號(hào)處理和顯示的要求，即b) 接收機(jī)在一個(gè)雷達(dá)照射時(shí)間（脈沖群）掃過(guò)整個(gè)偵察頻帶，即 其中 雷達(dá)天線波束寬度， 雷達(dá)天線掃描范圍。 rrfZTfffT12sfTTaaasTTaa2 23 3 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)比相法瞬時(shí)測(cè)頻接

9、收機(jī)要點(diǎn)：l 微波鑒相器微波鑒相器l 極性量化器極性量化器l 多路鑒相器的并行運(yùn)用多路鑒相器的并行運(yùn)用l 對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的分析與檢測(cè)對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的分析與檢測(cè)l 測(cè)頻誤差分析測(cè)頻誤差分析l 組成及主要技術(shù)指標(biāo)組成及主要技術(shù)指標(biāo) 2) 頻率快速可靠搜索在一個(gè)脈沖寬帶內(nèi)，接收機(jī)搜索完整個(gè)偵察頻帶，即由于高速搜索時(shí)，接收機(jī)輸出脈沖幅度減小，一般具體實(shí)現(xiàn)時(shí)都采用壓縮接收機(jī)。3） 頻率概率搜索 不滿足快慢搜索條件下為概率搜索。 fTfT1 1微波鑒相器微波鑒相器1） 簡(jiǎn)單微波鑒相器原理如圖鑒相輸出信號(hào): T是延遲線的延遲時(shí)間。 功率分配延時(shí)線相加器檢波器TkAUcos1220微波鑒相器用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的自相

10、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(cè)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 簡(jiǎn)單微波鑒相器的輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)功率成正比 簡(jiǎn)單微波鑒相器的輸出信號(hào)中有與頻率無(wú)關(guān)的直流分量TTff112Tf22） 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鑒相輸出信號(hào) ，TkAUTkAUQIsincos22特點(diǎn)：l 在0，2無(wú)模糊l 沒(méi)有與頻率無(wú)關(guān)的直流分量輸出可用于模擬測(cè)頻： TUUtgIQ/12. 極性量化器 相關(guān)器輸出是兩路正交的正弦電壓，把它們加到兩個(gè)電壓比較器上，進(jìn)行極性判決，稱為量化。對(duì)

11、輸入信號(hào)按照極性量化輸出對(duì)量化區(qū)間直接編碼 00,01xxxsign2int,2 ,modnCTf極性量化直接用于UI、UQ，只能得到n = 4利用三角公式： 對(duì)已有的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量化器再選 = /8，可得到n=16，為4bit量化器sinsincoscoscossincoscossinsincos,sin 以此類推，通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)UI、UQ及其加權(quán)系列的極及其加權(quán)系列的極性量化，可以不斷提高數(shù)字測(cè)頻的精度。性量化，可以不斷提高數(shù)字測(cè)頻的精度。多多bitbit量化器的頻率分辨率與相位分辨

12、率之間滿量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足足 其中其中 F F是瞬時(shí)帶寬。單路量化的頻率分辨率不是瞬時(shí)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。 FTf223多路鑒相器的并行運(yùn)用 為了同時(shí)滿足測(cè)頻范圍和頻率分辨率的要求，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T4T 兩路都是3bit量化器。第一路延遲線延遲時(shí)間為T，第二路延遲時(shí)間為4T。短延遲輸出頻率的高位碼，長(zhǎng)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(2i)，每路鑒相器的相位量化為ibit，最長(zhǎng)遲延

13、支路量化為mbit，理論測(cè)頻精度為： 在實(shí)際中，一般k=3,4, m=46, n=4,8。 423Ffmin121Tnfmk4. 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)l 不模糊帶寬：F倍頻程或者更高l 頻率分辨率：12MHzl 測(cè)頻精度： 12MHzl 頻率截獲概率：1l 頻率截獲時(shí)間：脈沖重復(fù)周期l 靈敏度：40dBm 50dBml 動(dòng)態(tài)范圍：5060dB2.4 信道化接收機(jī) 要點(diǎn)： 基本工作原理基本工作原理 存在問(wèn)題存在問(wèn)題 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(cè)頻范圍。1） 純信道化接收機(jī)2) 折疊信道化接收機(jī)2) 時(shí)分制信道化接收機(jī) 1) 純信道化接收機(jī)原理12.m1

14、12.m212.m212.m2第一本振組第二本振組門限檢測(cè)判決編碼純信道化接收機(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 :1m1121mfffr2121fffi1, 0,5 . 011111mjfjfffrijL2m212/mffrr2/12riff1, 0,5 . 02/222112mjfjffffririjL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(hào)通過(guò)的各檢測(cè)信道 進(jìn)行頻率估計(jì)：純信道化接收機(jī)的波段分路器個(gè)數(shù)是 kmkrkrkmff/12/