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第2 章 雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)量  2.1 概述 2.2 頻率搜索接收機(jī) 2.3 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī) 2.4 信道化接收機(jī) 2.5 壓縮接收機(jī) 2．1 概述 要點(diǎn)： l    雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重要性 l    測(cè)頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) l     現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類 2.1.1 雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重要性 雷達(dá)偵察系統(tǒng)的使命在于測(cè)定雷達(dá)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(dá)輻射的信號(hào)之中。因此，我們必須對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分析和測(cè)量。 重要性： 1． 頻率是雷達(dá)功能和用途的反映 2． 頻率是選擇分選和識(shí)別雷達(dá)信號(hào)的重要參數(shù) 3． 頻率對(duì)準(zhǔn)是有效干擾的有效保證 2.1.2 測(cè)頻系統(tǒng)的主要技術(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（IFM），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)的通過時(shí)間。 2、測(cè)頻范圍、瞬時(shí)帶寬、頻率分辨力、測(cè)頻誤差和測(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)所能分開的兩個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的最小頻率差； 測(cè)頻誤差： 測(cè)量得到的信號(hào)頻率值與信號(hào)頻率的真值之差，常用均值和方差來衡量測(cè)頻誤差的大小。 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 寬開式晶體視頻接收機(jī)： 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。 窄帶掃頻超外差接收機(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)頻精度越低，測(cè)頻誤差越大。 3、測(cè)頻的信號(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) 重頻滑變和參差信號(hào) 編碼信號(hào) 寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào) 測(cè)頻系統(tǒng)允許的最窄脈寬盡可能窄——重要指標(biāo)。 4、同時(shí)到達(dá)信號(hào)的分離能力 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)：t<10ns 第2類同時(shí)到達(dá)信號(hào)：10ns <t<120ns 要求測(cè)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 靈敏度是測(cè)頻接收機(jī)檢測(cè)弱信號(hào)能力的象征，是保證正確的發(fā)現(xiàn)和測(cè)量信號(hào)的前提。它與接收機(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： 噪聲限制動(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。 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。 無虛假信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍 2.1.3 現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類 2.2 頻率搜索接收機(jī) 要點(diǎn)： l        搜索式超外差接收機(jī) l        射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī) 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(jī) 優(yōu)點(diǎn)： 1）靈敏度高，選擇性好；幅度失真小。 2）能檢測(cè)寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào)和相位編碼信號(hào)，且易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 1）存在寄生信道干擾； 2）比晶體視頻接收機(jī)復(fù)雜； 3）搜索時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)短時(shí)間出現(xiàn)的信號(hào)頻率截獲概率低。 1．接收機(jī)中的變頻干擾 作用到混頻器上的信號(hào)無非是本振信號(hào)、有用信號(hào)、干擾信號(hào)和噪聲四種。它們之間的任意兩種或多種信號(hào)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(jī)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(hào)頻率， 為有用信號(hào)頻率， 為中頻信號(hào)載頻， 為落在中頻信號(hào)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(hào)在通過混頻器或存在非線性失真的模擬器件時(shí)，多個(gè)干擾信號(hào)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(jī)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(jí)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(jī) 1) 窄帶超外差接收機(jī) 采用微波預(yù)選器與本振統(tǒng)調(diào)，對(duì)每個(gè)分辨單元順序搜索。 射頻帶寬：20～60MHz 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：100～200MHz 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。 2.2.2 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī) 射頻調(diào)諧（RFT）晶體視頻接收機(jī)是一種最簡(jiǎn)單的接收機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單，工作可靠，體積小，重量輕，成本低 缺點(diǎn)：靈敏度低，測(cè)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(jìn)搜索 搜索范圍： 搜索周期：Tf 接收時(shí)間：tf 脈沖群時(shí)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(jī)在一個(gè)雷達(dá)照射時(shí)間（脈沖群）掃過整個(gè)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(jī)掃過一個(gè)瞬時(shí)帶寬 的時(shí)間 內(nèi)收到的脈沖數(shù)滿足信號(hào)處理和顯示所需的脈沖數(shù)Z ，即 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 3. 頻率概率搜索 偵察接收機(jī)的頻帶與雷達(dá)信號(hào)的頻譜重合是一個(gè)隨機(jī)事件。 不滿足可靠搜索條件下為概率搜索。 2.3 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī) 2.3.1 組成和主要技術(shù)參數(shù) 1、比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的組成 限幅放大器： 1、提高接收機(jī)靈敏度； 2、對(duì)強(qiáng)信號(hào)限幅，減小因信號(hào)幅度變化對(duì)測(cè)頻精度的影響。 延時(shí)線鑒相器： 實(shí)現(xiàn)頻率-相位變換 門限檢測(cè)/定時(shí)控制： 1、降低虛警率； 2、降低由于噪聲激勵(lì)而引起的測(cè)頻誤差； 3、減小同時(shí)到達(dá)信號(hào)對(duì)測(cè)頻誤差的影響； 4、復(fù)位測(cè)頻系統(tǒng)。 同時(shí)到達(dá)信號(hào)檢測(cè)： 檢測(cè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)，標(biāo)記因同時(shí)到達(dá)信號(hào)存在而引起的錯(cuò)誤測(cè)頻，以示頻率數(shù)據(jù)不可靠。 頻率編碼： 對(duì)鑒相器輸出的電壓進(jìn)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(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。K為檢波效率。 微波鑒相器用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的自相關(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 信號(hào)自相關(guān)函數(shù)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)中有與頻率無關(guān)的直流分量，應(yīng)盡量消除其影響。 2. 實(shí)用的微波鑒相器原理圖 鑒相輸出信號(hào) 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(shí)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(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 以此類推，通過對(duì)UI、UQ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。 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(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。 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，最長(zhǎng)遲延支路量化為mbit，其頻率分辨率為： 在實(shí)際中，一般k=3，4， m=4~6， n=4，8。 2.4 信道化接收機(jī) 要點(diǎn)： 基本工作原理 信道化接收機(jī)存在的問題 信道化接收機(jī)的特點(diǎn)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(cè)頻范圍。 包括： 1） 純信道化接收機(jī) 2) 頻帶折疊信道化接收機(jī) 3) 時(shí)分制信道化接收機(jī) 1. 純信道化接收機(jī)原理 純信道化接收機(jī)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(jī)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 2.頻帶折疊信道化接收機(jī) 與純信道化接收機(jī)相比，它在每一級(jí)增加了一個(gè)“取和電路”，卻為下一級(jí)省卻了多個(gè)分頻支路 優(yōu)點(diǎn)：減少了設(shè)備量 缺點(diǎn)：降低了接收機(jī)靈敏度；容易引起測(cè)頻模糊 3. 時(shí)分制信道化接收機(jī) 與頻帶折疊信道化接收機(jī)相比，用快速“訪問開關(guān)”取代了“取和電路”，改進(jìn)了頻帶折疊信道化接收機(jī)的缺點(diǎn)。 “訪問開關(guān)”控制方式：內(nèi)部信號(hào)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(jī)存在的問題 信號(hào)譜旁瓣引起相鄰多信道同時(shí)檢測(cè) 解決方式： 相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)幅度比較 “兔耳”效應(yīng) 解決方式： 正確設(shè)計(jì)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(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 特點(diǎn)： 信號(hào)化接收機(jī)是一種高截獲概率的接收機(jī)； 抗干擾能力強(qiáng)； 測(cè)頻精度和頻率分辨力指標(biāo)可以做得很高； 靈敏度高，動(dòng)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(chǎng)測(cè)頻接收機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)者。 2.5 壓縮接收機(jī) 要點(diǎn)： Chirp變換原理 聲表面波壓縮接收機(jī)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(jī)的工作原理bUo紅軟基地

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