相控阵雷达接收技术-相控阵雷达技术丛书

【实例简介】
接收技术是相控阵雷达最基本的技术之一。本书全面分析了相控阵雷达通道接收技术、相参频率合成技术、波形产生和激励源技术，这三部分内容涵盖了完整的相控阵雷达接收技术，具体有：相控阵雷达对接收机性能的要求，接收机的构成和主要功能；噪声的特性、来源，噪声系数及其测量方法和动态范围；多通道接收、计算机辅助测试和接收机监控技术；现代雷达中开始出现的数字接收技术；相位噪声的特点，在时域和频域表征它的参数和术语，对它的测量方法以及它对雷达性能的影响；基本的频率合成技术，特别详细地介绍了近年来出现的直接数字式频率合成技术；雷达发射波形和激励信号产生技术；相控阵雷达数字化接收技术的新进展。.
目录Ⅻ 3.4普遍情况下的网络噪声特性 2了 3.4.1多频网终的噪声特性 30 3.4.2级联网络的噪声特性 pt.自d鲁 33 3.4.3超外差雷达接收机网络级联分析 …39 接收机灵敏度 40 3.6相控阵雷达接收阵面的有效噪声温度 3.6.1相控阵雷达有源天馈线阵面的主要类型 43 3.6.2各类天线阵的有效噪声温度 45 3.7噪声系数的测量 46 3.7.1噪声源… 46 3.7.2Y因子法… ∴……48 3.7.3自动测量法 3.7.4噪声直接测量法 54 3.8内部干扰——电磁兼容性设计……… 55 3.8.1滤波与带宽的优化 56 .8.2中频频率的优化 59 参考文献 …60 第4章通道接收机的其他性能 …62 4.1动态范围……… 62 4.1.1增益设计和增益分配 63 4.1.2接收机输入端回波信号的动态范围…… 64 4.1.3接收机设备的动态范围 67 4.1.4接收机的增益控制 70 4.1.5接收机动态范围对MTI改善因子的影响 4.2多通道接收机 …………72 4.2.1多通道接收机的特性…… 72 4.2.2多通道接收机性能对相控阵雷达性能的影响…………………72 4.3通道接收机的计算机辅助测试(CAT)技术 ………73 4.3.1计算机自动测试基本原理和系统构成 鲁非■鲁鲁章鲁 ∴…74 4.3.2单通道性能测试……………… 76 4.3.3通道间幅相一致性测试 77 相控阵雷达接收机的监控与BIT 78 4.4.1相控阵雷达接收机监控和BⅠT的必要性、内容与方法 4.4.2 79 参考文献 80 Ⅻ相控阵雷达接收技术 第5章数字接收机及采样定理 1数字接收机的意义 81 5.1.1雷达数字接收机的关键技术 5.1.2数字接收机对雷达通道接收机性能的影响 82 低通采样定理… 82 5.2.1采样 84 5.2.2量化 88 3中频数字化 89 5.3.1带通釆样定理 。曲自B自鲁鲁鲁 5.3.2带通采样的进一步分析 94 降低噪声和杂散的方法 97 参考文献 106 第6章模数变换(ADC)技术… ………………………………108 6.1ADC的类型及其特性 108 6.1.1闪烁型或全并行型 109 6.1.2流水线型 110 6.1.3逐次逼近型……………… ·即.·看··罪·如自鲁 6.1.4∑一△型… …112 6.2ADC主要性能分析 …………………………………114 6.2.1转换速率 116 6.2.2分辨力 ∴…117 6.2.3增益误差 非自自 117 6.2.4量化噪声 117 6.2.5输出信噪比 暂最DD 121 6.2.6有效位 ……122 6.2.7非线性失真及无杂散动态范围………………………………124 6.2.8谐波失真 …125 6.2.9输入带宽,小信号带宽,全功率带宽 …∴126 6.2.10积分非线性误差和微分非线性误差 127 6.2.11漏码 …130 6.2.12直流偏移… …………130 6.2.13采集时间、孔径时间、孔径延迟时间和有效孔径延迟时间…130 6.2.14孔径不确定性噪声 132 6.2.15噪声功率比 134 6.2.16缓冲放大器 …136 日录上絮 6.2.17数字接收机与系统噪声系数… ……………136 6.2.18ADC对雷达性能的影响 138 参考文献 140 第7章解调技术 …141 7.1解调技术的主要性能指标 7.2模拟信号的解调 ●·普鲁啬 144 3无混频数字信号的解调 146 7.3.1数字正交检相器的一般原理 ∴…147 7.3.2希尔伯特滤波法 148 7.3.3低通滤波法………………… 149 7.3.4插值法……………………… 151 7.3.5数字乘积检相(DPD)法……… 152 7.4采样率转换技术 153 7.4.1抽取 ……153 7.4.2内插 154 5高效数字滤波器 156 7.6数字下变频器… 7.6.1实现数字下变频的方法 161 7.6.2ASIC方法 161 7.6.3FPGA方法…… 甲·普··· ………………165 参考文献 …171 第8章频率合成器的各项性能、相位噪声及其测量方法 ∴……173 8.1频率合成器的主要性能指标 173 8.1.1工作频率范围及频率捷变点数… 173 8.1.2工作频率、频率准确度及长期频率稳定度 ……174 8.1.3输出功率 174 8.1.4频率转换时间及其测试技术 174 频率稳定度或相位噪声 ………………175 8.1.6谐波与杂散 176 8.1.7撷率推移 177 8.1.8频率牵引 ●●4 ……177 8.1.9频率复现性 177 8.1.10开机特性 177 8.2频率稳定度及其表征 ………178 8.2.1频率稳定度对于现代雷达的意义 178 Ⅻ相控阵霅达接收技术 82.2相位噪声的产生… ……183 8.2.3雷达频率源的频率稳定度砑究特点 193 8.2.4相位噪声的谱密度分布 ∴……………………195 82.5频率稳定度的表征 ……197 8.3频率稳定度的测量技术 ·。由击●果● ………………………212 8.3.1时域一阿仑方差测量法… 213 8.3.2频域测量方法之 直接频谱仪法 ………………21 8.3.3频域测量方法之二—一相位检波法… ∴…217 8.3.4频域测量方法之三——鉴频法 223 8.3.5附加噪声的测量……………… 224 8.3.6信号源调幅噪声的测量…… 225 8.3.7脉冲信号相位噪声的测量技术 …………226 参考文献……… 230 第9章频率源性能对雷达性能的影响 ……232 9,1对雷达接收机噪声系数的影响 232 9.2对雷达接收机选择性的影响……… 233 9.3对接收机动态范围的影响…… …233 9.4对脉冲压缩性能的影响…… 鲁·鲁命鲁自着·非最单·非“·p看自·鲁·要罪要·D·身看 233 9.5对动目标显示性能的影响… 234 9.5.1动目标显示技术的基本原理…… D●鲁 234 9.5.2颊率稳定度对MTI的影响 …236 9.6对脉冲多普勤雷达的影响 240 参考文献 241 第10章频率合成器的构成 ●鲁。看,·自·非 242 10.1直接模拟式频率合成技术…… 242 10.2间接模拟式频率合成技术(锁相环技术)…………………244 10.3直接数字式频率合成技术 246 10.3.1DDS的基本工作原理 247 10.3.2DDS输出信号的质量… 250 10.3.3DDS杂散的抑制…… 257 10.3.4DDS输出频率的扩展 260 10.3.5数模变换器(DAC) 260 10.4组合式频率合成技术 ……………267 10.4.1锁相环/直接式合成技术 267 10.4.2DDS/锁相环式合成技术 268 目录X 参考文献 ………………………268 第11章发射波形和激励信号产生技术 270 11.1发射波形的产生… ………270 模拟产生法 271 11.1.2数字产生法 274 11.2激励信号的产生 ……………280 11.2.1直接中频信号产生 …280 11.2.2正交调制技术和上变频技术 ……………281 11.3激励信号带宽的扩展一超宽带信号的产生 ……………285 11.3,1基带信号带宽的展宽 …………………………285 11.3.2调制器的选择 286 11.3.3倍频技术 287 11.4激励信号质量分析 自自自自「非 287 11.4.1基带波形的质量… 287 11.4.2正交调制器输出信号的质量…… 鲁。·香卵 28 11.4.3信号质量对匹配滤波一脉冲压缩性能的影响…… 290 I1.4.4信号质量对去斜处理性能的影响…………… 293 参考文献 …297 第12章数字化接收技术的新进展 …………………………299 12.1数字阵雷达(DAR)的发展历史及现状 299 12.2数字收发组件和数字接收机 303 12.3微波ADC技术… 看·曲·鲁·鲁非自●。·带垂垂 …307 12.4光学ADC技术… ………………………………310 12.4.1电子ADC在提高ADC的动态范围一釆样频率积时的 局限性…… 311 12.4.2光学ADC的分类及几种主要类型的特性… 314 12.4.3光电ADC芯片…………… 324 12.4.4光学模数变换器的应用… ∴………326 12.5多芯片组件(MCM)技术 326 12.6直接数字频率合成技术、数字波形产生和数字上变频技术……327 参考文献 328 符号表……… 331 缩略语 340 第1章概论 1.1相控阵雷达接收分系统的构成 部完整的相控阵雷达接收分系统的构成如图1.1所示,它包含了通道接收 机、频率源和激励源(含雷达波形产生器)三个组成部分 通道接收机 模拟接收机或模拟前端 数字接收机 来自天线阵面的 去DBF网络或 射频信号 模拟接收机或模拟前端 数字接收机 信号处理机 1模拟接收机或模拟前端 数字接收机 频率源 基准频率 变频器及僧频器 霎达基带波形产生器 激励源 图1.1相控阵雷达接收分系统的构成 通道接收机是雷达回波信号的通道,它接收来自相控阵天线阵面的雷达回波 信号。模拟接收机对回波信号首先进行一系列模拟处理,包含保护接收机免烧毁 或饱和的有源/无源小功率限幅器、为机内检测(BⅠT)而设置的低插损定向耦合 器、低噪声放大器(LNA)、下变频器。第一下变频器是借助于雷达频率源产生的 本振信号(f()将微波射频回波信号下变频至固定的中频频率。变频次数可以是 一次、两次或三次,视雷达的工作频段高低和中频频率优化结果而定,它们的作用 2 相控庥管达接取技术 是逐渐将中频频率降低到合适的频率。接收机在中频频段,除对回波信号进行放 大之外,还会对回波信号的带宽进行匹配或准匹配滤波;为了压缩回波信号的瞬时 动态范围,在射频段或中频段,对通道的总增益进行灵敏度时间控制(STC);对多 路通道之间的幅度/相位一致性进行调整;为后续的数字接收机设置防混叠滤波 器。结构简单的模拟接收机有时又称为模拟前端 雷达回波信号,经过模拟接收机的上述处理之后进人数字接收机,在数字接收 机中首先是对模拟回波信号进行采样和量化分层,变换为特定字长和特定数据率 的数字信号,高速率的数字信号进入数字下变频器(DDC),在一对正交数字乘法 器中,借助于数控振荡器(NCO)把模数变换器采集到的数字信号解调出数字基带 信号。为了与后续的数字信号处理机速率匹配,往往还要进行数据率的抽取和进 步的数字匹配滤波,最后以极坐标或直角坐标的格式输出数字信号去进行数字 波束形成或雷达数字信号处理 回波信号数字化的切入点是根据雷达工作频段、回波信号带宽和模数变换器 的采样速率等因素决定的,可以是在低中频,高中频,甚至于射频、微波频毀进行数 字化。目前模数变换器的釆样率多在几兆赫至1吉赫范围内,国际上也出现了几 吉赫以上采样率的模数变换器。模数变换器的采样率高低,决定了模拟接收机的 繁简程度,技术的发展趋势是促成直接在射频或微波频段进行回波信号的数字化 相控阵雷达接收分系统的第一个重要组成部分是通道接收机。通道接收机的 通道数目多少取决于相控阵雷达的功能,这在本书第2章进行详细叙述。最简化 的情况是采用三通道的单脉冲测角体制,为了进行副瓣对消,会增加副瓣对消接收 通道,如果作为机载、星载相控阵雷达,还会设置对海接收通道和保护通道。对于 采用数字波束形成技术的相控阵雷达,可以将天线阵面分割成若干个子阵,每个子 阵后置一路通道接收机,也可以每个天线辐射单元后置一路通道接收机。 相控阵雷达接收分系统另一个重要组成部分是雷达频率源,有时又称为雷达 频率合成器,它是以一个高质量振荡器作为频率基准,经过不同方法的综合形成 的,在本书第10章介绍了三种不同的类型,即直接模拟式频率源、间接模拟式频率 源(即锁相环式频率源)、直接数字式频率源,以及它们相互结合的组合式频率源 它提供通道接收机和雷达激励源所需的各本振信号、数字接收机和雷达波形产生 器所需的采样信号()和时钟信号(f),除此之外,雷达频率源还向雷达定时器提 供定时基准信号。 相控阵雷达接收分系统第三个组成部分是所谓的雷达激励源,它实际上就是 相控阵雷达发射机的前端部分。雷达激励源由上变频器和雷达波形产生器组成 雷达波形产生器往往是数字式可编程的,它以直接式频率综合器(DDS)芯片为核 心。理论上讲这种构成的波形产生器可以产生任意多种雷达工作波形,可以任意 改变脉冲宽度和雷达重复频率,可以进行任意形式的调制:例如脉冲雷达常用的线 第1章概论 性调频、非线性调频和脉冲编码调制等,可以产生基带波形,也可以产生中频波形, 可以产生正交的1/Q分量信号,也可以产生合成单边带信号 上变频器:正如同通道接收机的下变频方式,雷达激励源可以采用上变频方 式,将雷达波形产生器输出的中频信号借助雷达频率源输出的本振信号上变频至 发射频率,也可以在上变频基础上再倍频至雷达发射频率,这要视雷达工作频段而 定。激励源输出的功率一般在几十毫瓦至几百毫瓦之间,到雷达发射机内部再经 过前级放大后驱动发射机的末级功率放大器 1.2相控阵雷达对通道接收技术的要求 雷达接收分系统为雷达能在噪声、杂波和干扰中检测到有用目标回波信号提 供通道,并进行必要的处理。相控阵雷达一般是相参雷达,接收机常常是超外差式 体制,它有一个或多个中频频率。接收机首先对信号进行低噪声放大并预选,最大 限度地降低内部产生的噪声和带外干扰,并使进入的射频或微波回波信号与相参 本振进行变频,频率变换到中频后进一步放大和对信号带宽进行匹配滤波,再进行 正交相参解调和模数变换(对于数字接收机是先进行模数变换再进行正交相参解 调);为了适应回波信号在大动态范围内的变化,而通道又能工作在线性状态,需要 对通道进行适当的增益控制。除以上常规功能之外,相控阵雷达对接收分系统还 有如下的一些突出要求 对天线接收到的目标回波信号提供污染尽量小的信号通道,并高保真地传输 回波信息。因此,一般情况下,相控阵雷达接收机应为线性接收机,对信号提供线 性通道。所谓“污染”,包含了设备内部产生的各种噪声以及寄生调幅和调相噪声; 模数变换器的量化噪声、采样脉冲产生的孔径抖动噪声;由设备的非线性产生的谐 波、互调产物;频率组合产生的组合干扰频率;各种源产生的杂散频谱。这些成分 均会污染信号空间。接收机的主要任务之一就是减小这些污染源的影响,尽量扩 大无污染空间。所谓信号空间,在频域的宽度是接收机的带宽,信号强度的下限就 是最小可检测信号电平,但这受限于噪声电平高低,这就要抑制各种噪声来降低接 收机的噪声系数,提高接收机的灵敏度,以扩展信号空间的下限,扩展信号空间的 上限就是通道各电路的线性输出能力,为此,就要减小器件的各种非线性失真,合 理地设计系统,比如系统增益的合理分配,增益控制的合理设计,被选用器件的线 性输出能力。 相控阵雷达,当采用DBF技术时,通道接收机往往是多通道的,其中对接收机 最突出的要求是:为了高性能自适应天线波束的形成,对通道的幅相一致性和相互 之间的隔离都提出了很高的要求,特别是在信号全动态范围内及雷达工作频段内 的幅相一致性和隔离度提出了严格的要求。如果说,通道的幅相…一致性还可以通 过计算机进行误差修正的话,那么通道工作的稳定性就显得更为突出。 【实例截图】
【核心代码】