经典雷达资料-第3章接收机

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1、·119·第3章接收機第3章接收機JohnW.Taylor,Jr.3.1雷達接收機的組成雷達接收機的作用是放大雷達所接收到的回波，並以在有用回波和無用干擾之間獲得最大鑒別率的方式對回波進行濾波。干擾不僅包含雷達接收機產生的雜訊，還包含從銀河系、鄰近雷達、通信設備以及可能的干擾機所接收到的能量。雷達本身輻射的能量被無用目標（諸如雨、雪、鳥群、昆蟲、大氣擾動和金屬箔條等）散射，並被該雷達接收的那部分也可以叫做干擾。對機載測高或地形測繪雷達而言，其他飛機是無用的目標,而地面是需要的目標。更一般地說，雷達用於探測飛機、船隻、地面車輛或人員，而從海面或地面產生的反射均為雜波干擾。雷

2、達接收機包括的範圍必須適當地確定。本章將討論圖3.1所示的接收機的各組成部分。輸入信號來自天線的收發開關，這個收發開關可使收、發共用一個天線。一些雷達天線還包括形成接收波束之前的前置低噪放大器。雖然通常把它們當做天線而不是接收機的元件，但本章仍將討論它們。接收機對信號進行濾波，以多種方式從干擾雜波中分出有用回波。為了進行深入討論，這種處理的某些內容分述於其他章節。第14章討論CW雷達和調頻-連續波（FM-CW）雷達；而這裡討論的只限于脈衝雷達接收機這種主要形式。低PRF的脈衝雷達發射一串能量脈衝，並在相鄰發射脈衝之間接收回波。其主要優點是，在接收遠距目標微弱回波時，既沒有

3、發射機漏泄的能量，又沒有附近地物干擾產生的很強回波出現在同一瞬間。脈衝回波的延遲還提供距離的暫態測量。從第15章～17章討論的是，根據速度或從一個脈衝到下一個脈衝相位的變化，從干擾中鑒別出需要的目標；這裡討論的接收機，只用於為這種多普勒濾波提供適當形式的各個脈衝信號。3.12節將討論影響這些多普勒濾波器的同步檢波器或者A/D轉換器中的資料失真。第10章討論脈衝壓縮，這裡只扼要地介紹它在鑒別處理過程中的協助工具。實際上，對這種回波的解碼可以作為中頻濾波部分，通常用聲表面波器件或數位相關器，它們可以放在多普勒濾波器之前或之後。在圖3.1中，在多普勒濾波器之後，由級聯中頻濾波器

4、和數位解碼器（相關器）組合進行脈衝壓縮。同樣，第18和20章討論跟蹤雷達和測高雷達，但是，將簡單地提及完成上述功能所需的接收機的特點。圖3.1描述了任何雷達接收機工作中可能出現的常見處理功能和各種可能的輸出，儘管沒有一部雷達接收機包括所有這些功能或提供所有這些輸出。實際上，所有的雷達接收機都以圖3.1·119·第3章接收機所示的超外差原理工作。經過適當放大的微弱回波，與本振混頻變成中頻。在混頻過程中，一般不能有嚴重的鏡頻和寄生頻率問題，達到最終的中頻可能需要一次以上的變換，中頻一般在0.1～100MHz之間。中頻放大不僅比微波頻率放大成本低，穩定性好，而且有用回波佔有較寬

5、的百分比頻寬，使濾波工作得到簡化。另外，超外差接收機的本振頻率可隨著發射機頻率的改變而變化，同時並不影響中頻濾波。這些優點十分突出，致使其他接收機形式實際上已漸漸看不到了，所以，在此將詳細討論超外差接收機。圖3.1雷達接收機的一般組成·119·第3章接收機接收機的其他形式包括超再生式、晶體視頻式和射頻調諧式。雷達信標有時採用超再生接收機，一方面是因為超再生接收機可以用一個管子既當發射機又當接收機，另一方面是因為結構簡單和緊湊比靈敏度高更重要。晶體視頻接收機結構簡單，但靈敏度太差。射頻調諧接收機只用了射頻和視頻放大；雖然它的雜訊溫度可能較低，但其靈敏度差，要達到普通雷達回波

6、頻譜的最佳頻寬濾波是不現實的。只有對輻射比較寬的百分比頻寬信號的雷達而言，濾波才是實用的。3.2雜訊和動態範圍考慮接收機本身所產生的內部雜訊能夠淹沒被接收的微弱回波。這種雜訊是對雷達作用距離的基本限制之一，因此，在2.5節中詳細地討論這個問題。如果把系統各單元的雜訊分量用雜訊溫度來表示，而不用雜訊係數或雜訊因數表示，則雷達靈敏度的分析就簡便靈活了。關於上述名詞的定義和相互關係，可參見2.5節。雷達接收機的雜訊溫度已降低到對選擇可採用方案不再有顯著影響的程度。雖然通常認為，雜訊參數是雷達接收機的第一特性指標，然而，幾乎沒有一部雷達採用可能獲得最低雜訊的接收機，因為這樣一種選

7、擇會大大犧牲某些其他特性，所以這種看法本身就是矛盾的。放棄低雜訊方案並不是由於費用的考慮。降低對天線增益或發射機功率的要求所節約的費用，必然大大超過一部低雜訊接收機所增加的費用。更重要的是，性能特性決定了對接收機前端的選擇：（1）動態範圍和對超載的敏感性；（2）暫態頻寬和調諧範圍；（3）相位和幅度的穩定性；（4）冷卻要求。在接收機的雜訊溫度和動態範圍之間必須採取折中辦法。為了使混頻器本身的雜訊影響減小，可在混頻器前採用一個射頻放大器，這又必然要涉及增加在混頻器級的系統雜訊電平。即使射頻放大器本身有足夠大的動態範圍，但仍要綜合考