第五章 气象雷达接收机课件.ppt

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1、雷达原理与气象雷达系统第五章气象雷达接收机5.1雷达接收机的性能与技术参数5.2雷达接收机的电路结构5.3雷达数据处理电路5.1雷达接收机的性能与技术参数常用的雷达接收机的主要技术参数有接收机的灵敏度、最低可检测信号电平、噪声系数、接收机带宽、动态范围、选择性等。此外，还应考虑接收机的抗干扰能力、可靠性、工作稳定性、波形失真等性能参数和体积、重量、环境要求等等。5.1.1接收机的噪声系数雷达接收机是在噪声背景中检测信号的。这是由于接收机在接收所需信号的同时，不可避免地会同时接收某些干扰和噪声。雷达接收机中的噪声或干扰可分

2、为两种：内部噪声和外部噪声。一、外部噪声外部噪声和干扰是客观存在的。外部噪声是由雷达天线进入接收机的天线的热噪声和各种干扰，包括天电干扰、宇宙干扰、工业干扰及人为干扰。天线的热噪声是由天线周围介质微粒的热运动产生的噪声。这些噪声是起伏噪声。这种起伏噪声被天线吸收后进入接收机，就呈现为天线噪声。天线噪声的大小可用天线噪声温度TA来表示，其电压均方值为式中RA——天线等效电阻。天线噪声温度TA决定于接收天线方向图波瓣中各辐射源的噪声温度，它与波瓣仰角θ和工作频率f等因素有关，如图5-1所示。二、内部噪声内部干扰主要是由接收机

3、中的电阻、馈线、晶体管和电子管等元器件产生的。干扰在时间上是连续的，而振幅和相位是随机的，通常称为“起伏噪声”或简称“噪声”。电阻产生的起伏噪声与电阻的阻值R、温度T和测试设备的通带Bn成正比，其电压均方值为：为表示电阻热噪声的频谱分布的统计特性，可求得电阻热噪声的功率谱密p(f):三、噪声带宽为了分析和计算方便，通常把这个不均匀的噪声功率谱等效为在一定频带Bn内是均匀的功率谱，这个频带Bn称为“等效噪声功率谱宽度”，简称“噪声宽带”。因此，噪声宽带可由下式求得：由以上可知：噪声带宽Bn与信号带宽(即半功率带宽)B一样，

4、只由电路本身的参数决定。四、噪声系数噪声系数是接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的比值。噪声系数表明了由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出端的信噪比相对于输入端信噪比的降低倍数。式中NiGa且可理解为输入端噪声通过“理想接收机”后，在输出端呈现的额定噪声功率。根据此式，又可将噪声系数理解为实际接收机输出的额定噪声功率N0，与"理想接收机"输出的额定噪声功率NiGa之比。实际接收机的输出额定噪声功率No由两部分组成，其中一部分是另一部分是接收机内部噪声在输出端所呈现的额定噪声功率ΔN，即此式表明：由于接收机内部噪声

5、的客观存在，实际接收机的噪声系数F恒大于1，只有当接收机是"理想接收机"时，才可能有F=1.五、等效噪声温度如果把接收机内部噪声在输出端呈现的额定噪声功率ΔN等效到输入端，即把实际接收机的内部噪声等效为天线电阻RA在温度Tｅ时产生的热噪声，而将接收机看成是没有内部噪声的“理想接收机”即温度Tｅ称为等效噪声温度，简称噪声温度。图中TA为天线噪声温度。此式清楚地表达了噪声温度Ｔｅ的定义。Ｔｅ的物理意义是把实际接收机的内部噪声看成是"理想接收机"的天线电阻RA在温度Ｔｅ时所产生的天线热噪声。六、级联电路的噪声系数接收机的总噪声

6、系数主要取决于前几级电路，特别是高频部分的第二、二级电路一一高放与第-混频器。为简单起见，先考虑两个单元电路级联的情况，如下图两级级联电路的总噪声系数为：由上式可知：为减小接收机的总噪声系数，应尽可能减小各级的噪声系数，增大额定功率增益。而各级内部噪声的影响并不相同：级数越靠前，对总噪声系数的影响越大。所以总噪声系数主要取决于最前面几级。这就是接收机要采用高增益低噪声高放的主要原因。5.1.2接收机的灵敏度与最小可检测信号电平接收机接收微弱信号的能力通常是用接收机的灵敏度来衡量的。接收机的灵敏度越高，则接收机所能有效检测

7、的信号越微弱.灵敏度越高，雷达的探测距离就越远.雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号电平Smin来表示。Smin是雷达接收机在输出端能正常检测出信号时所需要的最小输入信号的电平。由上式可知，为提高接收机的灵敏度，即减小最小可检测信号电平Simin，应从以下几方面采取措施：采用高增益、低噪声高放和低噪声混频器；接收机中频放大器采用匹配滤波器；在保证雷达整机性能的前提下，尽量减小M的数值。5.1.3接收机的动态范围接收机抗过载性能的好坏，可用动态范围D来表示。动态范围是当接收机不发生过载时允许接收机输入信号强度的变化范围，

8、其定义式如下：动态范围大，是对雷达接收机的一个重要要求，也是雷达接收机的一个明显特点。雷达接收机通常采用性能优越的自动增益控制电路，以获得足够大的动态范围。在有的接收机中，采用对数中频放大器来保证接收机的动态范围.现代气象雷达接收机对动态范围的要求很高，一般为60dB以上。5.1.4滤波与接收机的带宽一、匹配滤波的基