雷达原理-雷达接收机


本篇博文是看完西安电子科技大学的魏青老师的课程所做的学习笔记，特此记录。

文章目录

  • 雷达接收机的组成和主要质量指标
  • 接收机的噪声系数和灵敏度
  • 雷达接收机的高频部分
  • 本机振荡器(LO,LOCAL OSILLATOR)和自动频率控制(AFC)
  • 接收机的动态范围与增益控制
  • 滤波与接收机带宽

雷达接收机的组成和主要质量指标

  1. 任务：不失真地放大所需地微弱信号，抑制不需要的其他信号。
    其他信号(噪声(nosie)、干扰(jamming)、杂波(clutter))，信号(signal)
    信噪比(S/N)，信干比(S/J),信噪比要大于一个阈值，目标才可以被检测到，Pd(detection)为发现概率，Pfa(false alarm)为虚警概率
  2. 超外差雷达接收机组成
    1. 高频部分
      1. T/R(收发转换开关)以及接收机保护器
      2. 低噪声高频高增益放大器
      3. 混频器、本振实现下变频
    2. 中频部分及AGC
      在这里插入图片描述

      1. 中频放大器
        在这里插入图片描述
        匹配滤波器目的是提高信噪比
        在这里插入图片描述
      2. AGC(Automatic Gain Control)自动增益控制：用来调整接收机的增益，以保证接收机在适当的增益范围内工作。
    3. 视频
      1. 检波
      2. 放大
  3. 雷达接收机的主要质量指标
    1. 接收机灵敏度：目标最小可检测信号功率的大小
      在这里插入图片描述
      一般接收机灵敏度的范围：-120~140dBw
    2. 工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率的范围
    3. 动态范围：表示接收机工作时所允许的输入信号强度变化的范围
      在这里插入图片描述
    4. 中频选择和滤波特性
    5. 工作稳定性和频率稳定度

接收机的噪声系数和灵敏度

  1. 接收机的噪声

    1. 噪声来源（电阻热噪声、天线噪声）
      1. 电阻热噪声是由于导体中电子的无规则热运动形成的噪声。
      2. 天线噪声包括天线的热噪声和宇宙噪声，前者是由天线周围介质微粒的热运动产生的噪声，后者是由太阳及银河系产生的噪声。

    在这里插入图片描述

    1. 定量描述噪声信号
      等效噪声功率谱宽度也叫噪声带宽
      功率谱均匀的白噪声，通过具有频率选择性的接收线性系统后，输出的功率谱pn0(f)就不再是均匀的。
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      噪声带宽示意图：
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      噪声带宽：
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雷达接收机的高频部分

  1. 高频部分组成
    收发转换开关、接收机保护器、低噪声高频高增益放大器、混频器、本振
  2. 平衡式收发转换开关
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    当雷达处于接收状态的时候，收发转换开关将天线和接收机联通，与发射机断开
    当雷达处于发射状态的时候，收发转换开关将天线和发射机联通，与接收机断开

    1. 当雷达处于发射状态时，TR1、TR2放电，大部分能量反射
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    2. 当雷达处于接收状态时，TR1、TR2不放电，天线接受到的信号在接收机处同相相加
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      3dB裂缝桥的作用：当信号经过3dB裂缝桥，信号的相位滞后π/2
      假负载的目的：消耗多余的功率

本机振荡器(LO,LOCAL OSILLATOR)和自动频率控制(AFC)

  1. 常规雷达本振与AFC
    调谐本振跟踪发射，使中频恒定到一个值。
    在这里插入图片描述
    鉴频器：鉴别两个信号的差值
  2. 现代雷达本振与AFC
    调谐发射跟踪本振，使中频恒定到一个值

接收机的动态范围与增益控制

  1. 接收机的动态范围
    1. 定义
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    2. 饱和过载
      输出电压UO和输入电压Ui的关系：
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      增量增益和输入电压振幅的关系曲线：
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  2. 接收机的增益控制
    1. AGC
      电路方框图：
      在这里插入图片描述
    2. IAGC：瞬时自动增益控制
      电路方框图：
      在这里插入图片描述
      从中频取反馈控制信号
      电路时常数：
      在这里插入图片描述
    3. 时间灵敏度控制 STC
      又称为进程增益控制，用来防止进程干扰使接收机过载饱和。在远距离时使接收机保持原来的增益和灵敏度，以保证正常发现和检测小目标回波信号。
      在有杂波干扰时，如果接收机的增益较高，则进程的杂波干扰会使接收机饱和而无法检测目标回波；如果把接收机的增益调的太低，虽然杂波干扰中的近程目标不过载，但是接收机的灵敏度太低，从而影响远区目标的检测。为了解决这个矛盾，需要在每次发射脉冲之后，产生一个负极性的随时间逐渐趋于零的控制电压，加至可调增益的射频放大器的控制极。灵敏度时间控制电路中控制电压与灵敏度的关系曲线：
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      海浪反射的杂波干扰功率Pin随距离的变化规律：
      在这里插入图片描述

滤波与接收机带宽

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  1. 中频放大器(匹配滤波器)
    匹配滤波器的重要特性是：不管输入信号的波形、带宽、持续时间如何，最大输出信号噪声比总是两倍于接受信号能量(2E)除以单位带宽的噪声能量NO。
    在这里插入图片描述
  2. 单个脉冲信号的匹配滤波
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  3. 准匹配滤波
    准匹配滤波是指实际上容易实现的几种典型的频率特性，通常可以用矩形、高斯形或其他形状的频率特性予以近似。恰当的选择该频率特性的通频带，可获得准匹配条件下的“最大信噪比”。
    准匹配滤波器输出的最大信噪比与理想匹配滤波器输出的最大信噪比之比值定义为失配损失
    在这里插入图片描述
    各种准匹配滤波器：
    在这里插入图片描述
  4. 接收机带宽的选择
    接收机带宽会影响接收机输出信噪比和波形失真。选用最佳带宽时，灵敏度可以最高，但是波形失真较大，影响测距精度。因此，接收机频带宽度的选择应该根据雷达的不同用途来设定。
    a. 警戒雷达
    警戒雷达的主要要求是接收机灵敏度高，而对波形失真的要求不严格，因此要求接收机线性部分的输出信噪比最大，也就是下图：
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    b. 跟踪雷达
    跟踪雷达是根据目标回波前沿位置来精确测距的，主要要求波形失真小，其次才要求接收机灵敏度高，因此要求接收机的总带宽B0大于最佳带宽，一般为：
    在这里插入图片描述

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