雷達接收機是雷達系統的重要組成部分,主要功能是對雷達天線接收到的微弱信號進行預選、放大、變頻、濾波、解調和數字化處理,同時抑制外部的干擾雜波以及機內噪聲,使回波信號儘可能多的保持目標信息,以便進一步信號處理和數據處理。
接收機前端主要包括接收機保護器射頻放大器,射頻濾波器和混頻器。
採用頻率合成器的雷達又稱爲全相參雷達。
本地振盪器是雷達接收機的重要組成部分,在非相參雷達中,本振是一個自由振盪器,通過自動頻率控制(AFC)電容將本振的頻率f2
自動調諧到接受射頻信號所要求的頻率上。
靈敏時間控制和自動增益控制是雷達接收機抗過載、擴展動態範圍和保持接收機增益穩定的重要措施。靈敏時間控制也稱爲近程增益控制,它是某些探測雷達使用的一種隨作用用距離R減小而降低接收靈敏度的技術,基本原理是將接收機的增益作爲時間(或對應距離R)的函數來實現控制。但它降低了接收機在近距離的靈敏度,從而降低了在近距離檢測小信號目標的能力。
自動增益控制是一種增益反饋技術,他用來調整接收機的增益,以保證接收機在適當的增益範圍內工作,它對保持接收機在寬溫度和寬頻帶範圍中穩定功能工作有重要作用。
中頻放大器的成本比射頻放大器低,它的增益高,穩定性好,而且容易實現信號的匹配濾波,對於不同頻率和不同頻帶的接收機,都可以通過變換本地頻率形成固定中頻和帶寬的中頻信號。
1.接收前端
因爲對於具有一定射頻帶寬的雷達接收機,一次變頻的鏡像頻率,一般都會落在信號頻率帶寬之內,只有通過提高中頻頻率才能使鏡像頻率落在信號頻帶之外。鏡像頻率的信號和噪聲是不需要的,它會使接收機的噪聲係數變高,必須通過射頻濾波器濾除。
RFSTC表示射頻靈敏時間控制。
零中頻鑑相的優點是電路簡單,缺點是I/Q的正交度和振幅平衡度較差。
數字脈壓最大的優點是精度高、能進行波形捷變,而波形捷變則是現代雷達抗干擾的重要措施。
頻率源主要是具有一定頻率穩定度的本機振盪器、相干振盪器和自動頻率控制(AFC)電路組成。
全相參雷達頻率源主要由基準源、頻率合成器、波形產生器和發射激勵器等部分組成。
頻率合成器是全相參頻率源的核心部分,它可以用直接合成和間接合成的方法來實現。
2.雷達接收機的主要質量指標
(1)靈敏度和噪聲係數
靈敏度表示接收機接收微弱信號的能力,接收機的靈敏度越高,能接收到的信號就越微弱,因而雷達作用的距離就越遠。
接收機的靈敏度通常用最小可檢測信號功率:
噪聲係數F的定義是:接收機輸入端的信號噪聲比()與輸出端信號噪聲功率比()的比值,其表達式爲
接收機靈敏度與噪聲係數的關係如下:
(2)接收機的工作頻帶寬度表示接收機的瞬時工作頻率範圍。即濾波特性。
(3)動態範圍表示接收機工作時所允許的輸入信號強度變化的範圍。
增益表示對回波信號的放大能力。
接收機具有大的動態範圍,以保證信號不論強弱都能正常接收。
爲了防止接收機飽和、擴展動態範圍和保持接收機增益的穩定性應增加靈敏度時間控制(STC)和自動增益控制(AGC)。
(4)頻率源的頻率穩定度主要是短期頻率穩定度,短期頻率穩定度常用單邊帶相位噪聲功率密度來計量。
頻譜純度主要是頻率源的雜波抑制度和諧波抑制度。
(5)幅度和相位穩定性主要包括常溫穩定性、寬溫穩定性、寬頻帶穩定性及在振動平臺上的穩定性等。
在單脈衝跟蹤雷達中,幅度和相位不穩定性直接影響高低角和方位角的測角精度;在多波束三座標雷達及頻率掃描和相位掃描三座標雷達中,幅度和相位的不穩定性直接影響測量精度。在相控陣雷達中,收發組件的幅度和相位誤差會使相控陣天線的副瓣電平增大。
(6)正交鑑相器的正交度。它是同時提取回波信號的幅度信息和相位信息的有效方法。
正交鑑相器的正交度表示鑑相器保持信號幅度和相位信息的準確程度。由於鑑相器的不正交產生的幅度誤差和相位誤差,將導致信號失真。在頻域中,幅度和相位誤差間產生鏡像頻率,影響雷達系統的動目標改善因子,在時域中,幅度和相位失真將會使脈衝壓縮信號的主副瓣比變壞。
接收機中頻實信號爲:
模擬正交鑑相器又稱爲“零中頻鑑相器”,這是指相干振盪器的頻率與中頻信號的中心頻率相等,使其差頻爲零。模擬正交鑑相器將回波信號分解爲同向分量和正交分量,分別表示爲
回波信號此時稱爲“零中頻信號”,它的覆信號表示爲
影響正交的主要原因是相干振盪器輸出的不正交性和視頻放大器的零漂。
(7)A/D變換器的技術參數:A/D變換器與接收機相關的參數主要有位數、採樣頻率及輸入信號的帶寬,與此對應的量化噪聲、信噪比以及動態範圍也是A/D變換器的重要參數。
(8)抗干擾能力,當雷達系統用頻率捷變方式抗有源干擾時,接收機的頻率源輸出的本振頻率應與發射機頻率同步跳變,同時接收機應有足夠大的動態範圍,以保證後面的信號處理有較高的處理精度。
(9)頻率源和發射激勵性能
從頻域角度,主要是檢測波形和發射激勵信號的頻譜特性;從時域角度,信號的質量主要是調製信號的前沿、後沿和頂部起伏,以及調至載頻的頻率和相位特性。對於發射激勵信號,還需要用頻譜儀測量其穩定性及對應的系統改善因子。
(10)微電子化、模塊化和系列化
對於不同頻段和各種不同用途的雷達接收機而言,除了天線結構、微波饋線結構和頻率源以外,基本上都是由接收機前端、線性中放、對數中放、I/Q正交鑑相及A/D轉換器等基本模塊組成的。