多普勒天气雷达接收机的设计

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1、多普勒天气雷达接收机的设计α魏敬义南京电子技术研究所　南京210013【摘要】　介绍了X波段脉冲多普勒天气雷达接收机的一种设计方案阐述了针对气象目标回波信号特点的接收机通道、高纯频谱信号源的设计思想并给出了实验结果。【关键词】　多普勒天气雷达接收机动态范围噪声系数相位噪声频率综合器DesignofDopplerWeatherRadarReceiverWeiJingyiNanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology　Nanjing210013【Abstract】　ThispaperintroducesanXbandDo

2、pplerweatherradarreceiverex2poundthedesignideaofthereceiverchannelsandthehigh-purespectrumsignalsourceonthecharacteristicsofweathertargetechosignalandtheresultsofexperimentsarealsopresented.【Keywords】　Dopplerweatherradarreceiverdynamicrangenoisecoefficientphasenoisefrequencysynthesize

3、r1　引　言早期的天气雷达因为受条件限制采用非相干体制它只能通过时域检测回波信号的幅度来观测天气目标。随着技术的发展多普勒相干体制被引进天气雷达中。多普勒天气雷达除了能检测天气目标回波信号的幅度外还能通过对回波信号的多普勒频率、多普勒频谱宽度等参数的检测来提取更多的天气信息它大大提高了检测恶劣天?哪芰ΑＳ捎谔炱勘攴瓷淠芰Σ畋鹦獗浠醚杆倬嗬敕段Ч愕贾路瓷浠夭ㄐ藕欧缺浠段Т笠蚨筇炱状锝邮栈哂写蠖驮肷奶匦多普勒相干体制则要求接收机提供相参高稳定信号源。本文介绍的天气雷达接收机的设计方案就是围绕上述要求拟出的。2　大动态低噪声接收通道的设计接收通道

4、的动态范围和灵敏度是一对相互制约的主要指标根据雷达系统对接收机动态范围和噪声系数的要求及现有器件的水平本方案以动态范围为第一指标。首先选用瞬时动态范围尽可能大的器件和电路方案然后再在接收通道中的合适位置上设置适当的增益控制量。2.1　接收通道的组成接收通道的组成见图1。接收通道的中视频部分被设计成两个支路:测幅支路和测速支路它们分别用来检测天气目标回波信号的强度和多普勒参数。为了能对整个雷达探测范围内相差悬殊的各种天气目标回波信号的幅度进行实时检测1998年12月现代雷达第6期图1　接收通道方框图测幅支路采用了对数放大器。对数放大器能把大动态范围的输入信号瞬时压缩

5、成小动态范围的输出信号使AD变换器的动态范围与接收机的输入信号动态范围匹配。它使系统既在强信号作用下不过载又能对微弱信号进行高增益放大。本方案采用的对数放大器包括中频放大器、幅度检波器和射频放大器三个部分输出的视频信号电平与输入的中频信号电平成对数关系。它能将80dB的输入信号动态范围瞬时压缩成2530dB的输出动态范围确保落入8位AD的动态范围之内。测速支路主要用来检测天气目标回波信号的多普勒信息不要求对回波信号的幅度进行实时检测因而采用了瞬时动态范围相对较小的线性系统。该支路由线性中频放大器、带通滤波器、中频衰减器、正交相位检波器和视频放大器组成。相位检波器的

6、参考信号由高纯频谱信号源提供该参考信号与同一信号源提供的发射机激励信号和第一本振信号相参。接收机前端由微波低噪声放大器、微波电调衰减器、镜频抑制混频器和前置中频放大器组成。2.2　通道增益的设计考虑接收通道的主要任务是把输入信号的最小可检电平按一定信噪比放大到信号处理机中AD变换器能够检测的电平把输入信号的最大电平保真地放大到不大于AD变换器动态范围的上限电平。前者是计算通道增益的依据后者则决定增益控制量的数值。接收机与信号处理机之间的接口是AD变换器它把接收机输出的模拟信号变成数字信号。AD变换器的量化噪声将使接收机输出端的信噪比恶化导致系统噪声系数变坏。包括接

7、收机和AD变换器的系统输出噪声功率Ns为:NsN0Nb1式中:N0为接收机输出噪声功率WNb为AD变换器量化噪声功率W。系统噪声系数FsF1NbN02式中:F为接收机噪声系数。由2式可看出NbN0越小即AD变换器的量化噪声功率相对于接收机输出噪声功率越小AD变换器的量化噪声对系统噪声系数的影响就越小当AD变换器的Nb一定时欲减小NbN0值只有增大接收机输出噪声功率N0但N0越大其覆盖的AD变换器的位88现代雷达20卷数越多能够利用的AD变换器的动态范围就越小。接收机输出噪声功率N0为:N0NiGKT0BFG3式中:Ni为接收机机内等效输入噪声功率WK1.38×10

8、-23焦耳