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第2 章 雷達信號頻率的測量  2.1 概述 2.2 頻率搜索接收機 2.3 比相法瞬時測頻接收機 2.4 信道化接收機 2.5 壓縮接收機 2．1 概述 要點： l    雷達信號頻率測量的重要性 l    測頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) l     現(xiàn)代測頻技術(shù)分類 2.1.1 雷達信號頻率測量的重要性 雷達偵察系統(tǒng)的使命在于測定雷達等輻射源的坐標(biāo)和特征，而反映其特征的各種信息均包含在雷達輻射的信號之中。因此，我們必須對雷達信號進行分析和測量。 重要性： 1． 頻率是雷達功能和用途的反映 2． 頻率是選擇分選和識別雷達信號的重要參數(shù) 3． 頻率對準(zhǔn)是有效干擾的有效保證 2.1.2 測頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 1、 測頻時間 定義：從信號到達至測頻輸出所需時間，是確定或隨機的。 要求：瞬時測頻（IFM），即在雷達脈沖持續(xù)時間內(nèi)完成載波頻率測量。 重要性：直接影響偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時間。 測頻時間(續(xù)) 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 ――測頻接收機瞬時帶寬， f2-f1是測頻范圍，即偵察頻率范圍 截獲時間: 達到給定的截獲概率所需的時間，如果采用瞬時測頻接收機，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。 2、測頻范圍、瞬時帶寬、頻率分辨力、測頻誤差和測頻精度 測頻范圍： 測頻系統(tǒng)最大可測的雷達信號的頻率范圍； 瞬時帶寬： 測頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測量的雷達信號的頻率范圍； 頻率分辨力： 測頻系統(tǒng)所能分開的兩個同時到達信號的最小頻率差； 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頻誤差的大小。 測頻精度： 把測頻誤差的均方根誤差稱為測頻精度 不同測頻系統(tǒng)的差異 寬開式晶體視頻接收機： 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： 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。 3、測頻的信號形式 現(xiàn)代雷達信號可以分成脈沖和連續(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)。 4、同時到達信號的分離能力 同時到達信號按照兩個脈沖前沿的時差分成兩類： 第1類同時到達信號：t<10ns 第2類同時到達信號：10ns <t<120ns 要求測頻接收機能夠?qū)ν瑫r到達信號的頻率分別進行精確的測定，而且不丟失其中的弱信號。 5、靈敏度和動態(tài)范圍 靈敏度是測頻接收機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。它與接收機體制和接收機的噪聲電平有關(guān)。 動態(tài)范圍是指保證測頻接收機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： 保證測頻精度條件下的強信號與弱信號的功率之比。 瞬時動態(tài)范圍： 保證測頻精度條件下的強信號與寄生信號的功率之比。 無虛假信號動態(tài)范圍 2.1.3 現(xiàn)代測頻技術(shù)分類 2.2 頻率搜索接收機 要點： l        搜索式超外差接收機 l        射頻調(diào)諧晶體視頻接收機 l        頻率搜索形式 l        頻率搜索速度的選擇 2.2.1 搜索式超外差接收機 優(yōu)點： 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，且易于實現(xiàn)。 缺點： 1）存在寄生信道干擾； 2）比晶體視頻接收機復(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。 1．接收機中的變頻干擾 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，不同原因產(chǎn)生的變頻干擾在接收機中有特定的名稱。 圖2-3為變頻干擾的分類及其產(chǎn)生原因示意圖。 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 1.2 寄生通道干擾 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件時，多個干擾信號之間相互作用引起的。 通常用三階麥克勞林展開式來表示接收機的傳輸特性，即 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。 1.5 本振噪聲干擾和倒易混頻干擾 2. 幾種典型超外差接收機 1) 窄帶超外差接收機 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：20～60MHz 優(yōu)點：頻率分辨率高、靈敏度高、抗干擾能力強、輸出信號密度低、對信號處理要求低。 缺點：截獲時間長，截獲概率低，不能檢測頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號。 2) 寬帶超外差接收機 瞬時帶寬：100～200MHz 優(yōu)點：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 采用寬帶預(yù)選器和高中頻，擴展瞬時帶寬。 2.2.2 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機 射頻調(diào)諧（RFT）晶體視頻接收機是一種最簡單的接收機。 優(yōu)點：技術(shù)簡單，工作可靠，體積小，重量輕，成本低 缺點：靈敏度低，測頻分辨力和精度不高。 2.2.3 頻率搜索方式 1) 連續(xù)搜索 2) 步進搜索 搜索范圍： 搜索周期：Tf 接收時間：tf 脈沖群時間：N 2.2.4 頻率搜索速度的選擇 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（全概率）的條件為： a) 接收機在一個雷達照射時間（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) 接收機掃過一個瞬時帶寬 的時間 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 2. 頻率快速可靠搜索 在一個脈沖寬帶內(nèi)，接收機搜索完整個偵察頻帶，即 3. 頻率概率搜索 偵察接收機的頻帶與雷達信號的頻譜重合是一個隨機事件。 不滿足可靠搜索條件下為概率搜索。 2.3 比相法瞬時測頻接收機 2.3.1 組成和主要技術(shù)參數(shù) 1、比相法瞬時測頻接收機的組成 限幅放大器： 1、提高接收機靈敏度； 2、對強信號限幅，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、減小同時到達信號對測頻誤差的影響； 4、復(fù)位測頻系統(tǒng)。 同時到達信號檢測： 檢測同時到達信號，標(biāo)記因同時到達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行極性量化，完成編碼和校碼。 2、主要技術(shù)參數(shù) 2.3.2 微波鑒相器 1. 簡單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。 微波鑒相器用于實現(xiàn)信號的自相關(guān)運算，因此需要考慮以下條件： 相干的基本條件： 否則不能進行相關(guān)運算。 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。 2. 實用的微波鑒相器原理圖 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，實現(xiàn)了頻-相變換 2.3.3 極性量化器 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 進行加權(quán)求和，可以得到不同的相位細劃和極性量化后的區(qū)間細劃。 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 以此類推，通過對UI、UQ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。 多bit量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足 其中F是瞬時帶寬。單路量化的頻率分辨率不高，實際中使用多路量化器。 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： 在實際中，一般k=3，4， m=4~6， n=4，8。 2.4 信道化接收機 要點： 基本工作原理 信道化接收機存在的問題 信道化接收機的特點和應(yīng)用 2.4.1 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 2) 頻帶折疊信道化接收機 3) 時分制信道化接收機 1. 純信道化接收機原理 純信道化接收機工作原理（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 : 純信道化接收機工作原理（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 進行頻率估計： 純信道化接收機的波段分路器個數(shù)是 2.頻帶折疊信道化接收機 與純信道化接收機相比，它在每一級增加了一個“取和電路”，卻為下一級省卻了多個分頻支路 優(yōu)點：減少了設(shè)備量 缺點：降低了接收機靈敏度；容易引起測頻模糊 3. 時分制信道化接收機 與頻帶折疊信道化接收機相比，用快速“訪問開關(guān)”取代了“取和電路”，改進了頻帶折疊信道化接收機的缺點。 “訪問開關(guān)”控制方式：內(nèi)部信號控制、外部指令控制、內(nèi)外部控制相結(jié)合 2.4.2 信道化接收機存在的問題 信號譜旁瓣引起相鄰多信道同時檢測 解決方式： 相鄰?fù)ǖ佬盘柗�度比較 “兔耳”效應(yīng) 解決方式： 正確設(shè)計濾波器通帶形狀和邊緣響應(yīng) 脈寬積累和后續(xù)數(shù)字處理 2.4.3 信道化接收機的特點和應(yīng)用 特點： 信號化接收機是一種高截獲概率的接收機； 抗干擾能力強； 測頻精度和頻率分辨力指標(biāo)可以做得很高； 靈敏度高，動態(tài)范圍大。 應(yīng)用： 適用于各種電子偵察系統(tǒng)；未來戰(zhàn)場測頻接收機的主要競爭者。 2.5 壓縮接收機 要點： Chirp變換原理 聲表面波壓縮接收機的工作原理 2.5.1 Chirp變換原理 2.5.2 聲表面波壓縮接收機的工作原理bUo紅軟基地

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