降低雷達(dá)接收機(jī)中噪聲的幾種方法

1、僅供個(gè)人參考降低雷達(dá)接收機(jī)中噪聲的幾種方法1 引言雷達(dá)接收機(jī)除了接收到有用信號(hào)外，還接收著雜亂的噪聲信號(hào)，這些噪聲信號(hào)嚴(yán) 重影響雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度。由雷達(dá)方程可知 ，要提高雷達(dá)的探測(cè)距離，提高雷 達(dá)接收機(jī)靈敏度是一個(gè)重要的捷徑，但雷達(dá)接收機(jī)的極限值是受噪聲功率所限 制的，要想提高接收機(jī)的靈敏度，增大雷達(dá)的作用距離，就必須研究怎樣降低噪 聲。2 接收機(jī)噪聲的來(lái)源雷達(dá)接收機(jī)的噪聲，一部分來(lái)自接收機(jī)接收到的外部干擾，主要有天線熱噪聲、 友鄰雷達(dá)及電臺(tái)干擾、敵方雷達(dá)干擾設(shè)備的干擾、工業(yè)干擾、天電干擾及宇宙 干擾等；另一部分噪聲來(lái)自接收機(jī)的內(nèi)部，主要由接收機(jī)的電阻、饋線、諧振回 路等有損耗元件產(chǎn)生的熱噪

2、聲以及電子管、晶體管等有源器件產(chǎn)生的各種噪聲。 內(nèi)部噪聲和外部干擾都會(huì)影響有用信號(hào)的接收 ，但是，它們影響環(huán)境和影響程度 是不同的。外部干擾的影響有時(shí)間性、空間性和頻率性，即外部干擾中，有的是只存在于某段時(shí)間，如只有雷雨時(shí)，才會(huì)有雷電干擾；有的是呈現(xiàn)在某個(gè)方位，如 宇宙干擾主要在銀河系中心；有的只影響某個(gè)頻率范圍，如工業(yè)電氣設(shè)備干擾和 天電干擾主要影響廣播、電視頻段；還有的外部干擾可以采用抗干擾措施消除。 內(nèi)部噪聲的影響則無(wú)時(shí)間性、空間性和頻率性 ，任何接收機(jī)，只要一工作就有內(nèi) 部噪聲產(chǎn)生，就會(huì)影響對(duì)微弱信號(hào)的接收，所以內(nèi)部噪聲對(duì)雷達(dá)偵察和雷達(dá)接收 機(jī)影響最大。式中，E八卩對(duì)分別為接收機(jī)輸入端

3、的信號(hào)功率和觀聲 功率，凡、兀分別為接收機(jī)輸岀端的信號(hào)功率和噪聲 功率。圖片:式中，瓦前為接收機(jī)的額左功率增益（額定功率傳輸系 數(shù)）0圖片:3 降低接收機(jī)內(nèi)部噪聲的措施通常我們用“噪聲系數(shù)”來(lái)衡量?jī)?nèi)部噪聲對(duì)輸出信噪比的影響程度，噪聲系數(shù)是接收機(jī)輸入端信號(hào)噪聲功率比與其輸出端信號(hào)噪聲功率比的比值，數(shù)學(xué)表達(dá)式為如果接收機(jī)內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲，那么接收機(jī)信噪比通過(guò)接收機(jī)后是不會(huì)變化的，因 此F = 1。由于實(shí)際接收機(jī)是存在內(nèi)部噪聲的，那么輸入信噪比通過(guò)接收機(jī)后將 要變壞，因此F > 1 ,且F值越大,表示接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響越大。任何接收機(jī)總是由各個(gè)單元電路級(jí)聯(lián)組成的，當(dāng)知道各個(gè)單元的噪聲系數(shù)后，就

4、可以求出多個(gè)單元級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù) Fo :由式(2)可知，要使級(jí)聯(lián)電路的總噪聲系數(shù) F0小，就需各級(jí)的噪聲系數(shù)要小和額 定功率增益要大；各級(jí)內(nèi)部噪聲的影響大小是不同的，越是靠近前面的幾級(jí)，噪聲系數(shù)和額定功率增益對(duì)接收機(jī)總的噪聲系數(shù)影響越大，而后面各級(jí)影響較小，可忽略不計(jì)。所以，在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)，總是力圖減小前幾級(jí)的噪聲并增大額定功 率增益，以提高接收機(jī)的靈敏度。圖1是一般雷達(dá)接收機(jī)的方框圖。一般雷達(dá)接收機(jī)中都有高頻放大器，而且高頻放大器的額定功率增益總是很大 的,因而我們?cè)诳紤]接收機(jī)的總噪聲系數(shù)時(shí)一般只考慮高頻放大器以前各級(jí)的 噪聲系數(shù)，而忽略其后各級(jí)噪聲對(duì)總噪聲系數(shù)的影響。因此，為了降低總噪

5、聲系 數(shù),一般可以采用以下的措施：(1) 高頻饋線及部件。厘米波雷達(dá)的高頻饋線及高頻和差系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，一般包括低功率極化器、數(shù)個(gè)移相器、雙 T和差網(wǎng)絡(luò)、放電器、波導(dǎo) 2同軸變換 器等微波器件。由于這些無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的額定功率傳輸系數(shù)都小于1 ,必然要產(chǎn)生一定的損耗，將使接收機(jī)的噪聲系數(shù)增大。因此，要盡量采用損耗低的高頻饋線及 高頻元器件，同時(shí)它們與電路的連接、匹配均應(yīng)十分良好。(2) 高頻放大器。根據(jù)式(2)可以知道，采用額定功率增益大、噪聲系數(shù)低的高 頻放大器,對(duì)雷達(dá)接收機(jī)獲得低噪聲性能具有決定性的意義。目前低溫參量放大 器及低溫高電子遷移率晶體管(HEMT)放大器等都是一些性能較好的高頻放大

6、 器。(3) 混頻器。在采用了高頻放大器以后，不等于說(shuō)對(duì)微波混頻器的噪聲性能就可以降低要求。特別是在無(wú)高頻放大器的雷達(dá)接收機(jī)中，混頻器噪聲的影響就更為重要,必須采用相應(yīng)的措施減小混頻器的噪聲。要降低混頻器的噪聲，應(yīng)選用噪聲性能良好的混頻二極管，比如采用面積接觸型的微波晶體混頻二極管；正確選 擇混頻器的工作狀態(tài)；廣泛采用平衡、雙平衡及三平衡混頻器，以大大減小本地 振蕩器噪聲的影響；使用鏡頻回收和鏡頻抑制技術(shù)來(lái)減少混頻器的變頻損耗，降 低混頻器輸出的中頻噪聲，從而提高混頻器輸出端的信噪比等。(4) 前置中頻放大器。對(duì)于厘米波雷達(dá)接收機(jī) ，由于結(jié)構(gòu)等方面的原因，通常把 中頻放大器分成前置中放和主中放

7、兩部分，且前置中放離接收機(jī)的高頻部分很 近。其目的是將混頻器輸出的微弱中頻信號(hào)預(yù)先進(jìn)行功率放大，然后再用較長(zhǎng)的中頻電纜送到主中放去，這樣就可以把電纜和主中放的噪聲影響減小到最低程 度。采用低噪聲的前置中放對(duì)于直接混頻的雷達(dá)需要 23級(jí)。為了使電路具有 低噪聲、高額定功率增益、高的工作穩(wěn)定性，對(duì)于晶體管雷達(dá)接收機(jī)，第一級(jí)通常采用共射2共基極級(jí)聯(lián)電路；對(duì)于電子管雷達(dá)接收機(jī)，第一級(jí)廣泛采用高頻五 極管接成三極管用的共陰2共柵極級(jí)聯(lián)電路。除此以外,還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇接收機(jī)的中頻頻率、接收機(jī)的工作頻帶以及降 低接收機(jī)的工作溫度等措施來(lái)降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)。不得用于商業(yè)用途y圖2白適應(yīng)口調(diào)諧濾波器始輸入

8、經(jīng)過(guò)延時(shí)P后作為參考輸入顯然a與和 足不相關(guān)的白適應(yīng)濾波器輸出也與n不相關(guān)。漢 差信號(hào)0為8=s 卡 h - y兩邊平方后取數(shù)學(xué)期望；E 手=E(s - y)2 + E< 2En(s - y) J 考慮到種與$及)不相關(guān)El幵的均值為零，上式 變?yōu)镋f = E(s - y)2J + Eln1(4)當(dāng)調(diào)節(jié)濾彼器參數(shù)使E得保小時(shí)蕖帝功率E 旳不會(huì)變化f E(sy)2將達(dá)到最小,從而濾波器 輸岀_p為倍號(hào)S的最小平方估計(jì)C口適應(yīng)濾波器右鄉(xiāng)種算法，這里采用 種簡(jiǎn)單易 行的顯小均方算法fLMS算法丿0濾波器采用橫向?yàn)V 波器，如圖3所示0對(duì)于這種濾波器系統(tǒng)輸出誤差外為it中，輸出向量A = I Xn

9、Xt- I "'A>- J f權(quán)向量=w圧廠 T左示轉(zhuǎn)置心LMS算法簡(jiǎn)單地取 0作為應(yīng)旳的估值,于是,自適應(yīng)過(guò)程每次迭代時(shí)其梯度估值為圖片:權(quán)向量為JF小=W.-甜1 = W. +2 即訃(V式中n足控制£3適應(yīng)速度與穩(wěn)宦性的常數(shù),應(yīng)滿足0<< 1/ Anus其中久是自相關(guān)陣Rxr= EfXjrD的特Mo可以證 明，權(quán)向量的數(shù)學(xué)期望值收斂于最伴權(quán)向量即維納罠 住解R rWr如R= E&N為互相關(guān)向址° 4-2小波變換的消噪方法及其改進(jìn)設(shè)W點(diǎn)離散含噪信號(hào)為f ( t) = s( T)+ u(t)(3)共中"仃丿為原始信號(hào)&

10、#39;"丿是方差為/的高斯白哩 聲，服從N(Qr <r) o容易看岀,對(duì)/連續(xù)做幾次力、波分解之后,由空間 分布不均勻信號(hào)訂抄所對(duì)應(yīng)的各尺度上小波系數(shù) 嚀#在 臬些特逹的位置有較大的值，這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)于原始信號(hào)5 5的奇變位置和重要信息”而其他大部分位置的吟十值 較小，對(duì)應(yīng)于信號(hào)的緩變部分，對(duì)于白噪聲n(t) e它所對(duì) 應(yīng)的小波系數(shù)R小在每一尺度上的分布是均勻的，并隨 著尺度的增加,卩係數(shù)的幅值有所減小c因此通常的消噪辦法是選取一閾值兒把低于入 的小被系數(shù)、臥注主要由噪聲打引勧設(shè)為零，而 保存髙于A的吟汀主要由信號(hào)昇"引起兒經(jīng)過(guò)這樣 處理之后的叫哉就可理解為呈本上足由信

11、號(hào)H柑引 起的，再利用小波快速重掏算法對(duì)-主進(jìn)行駆構(gòu)，就 可得到原始佶號(hào)的一個(gè)估計(jì)o具體方法如下;對(duì)含理信號(hào)利用小液快速分解算法做 小波分解崩到小波系數(shù)%圖片:令圖片:Z1 signfwj丿(巧1 - v>1叫”片1 E A1 “川1 =久則旳七為經(jīng)過(guò)軟閾值之后得到的小波系數(shù),對(duì)叫r利用小波快速丑構(gòu)算法迸行匝構(gòu)，便 可得到 ”的估計(jì)值f(t).該方法計(jì)算簡(jiǎn)單.但它是一種相對(duì)粗略的去噪方法*育先對(duì)A的選戰(zhàn)作了改進(jìn)。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證上述A 的取法不太理想,所以筆若設(shè)計(jì)了一#方案，在不同的 尺度J取不同的兒心=刃2嗨期+ Vf即fifi 著尺度J的增大心的值逐漸減小，使得與噪聲在小 波變換各尺度上

12、的傳播特性相一致.另外給出了一種估計(jì)小波系數(shù)的新方法,稱為檯 平方處理方法，它可以促使信啤分離。下面對(duì)其進(jìn)行 討論。先號(hào)慮wJ t>Q的情形然后把結(jié)論推廣到巧丄 <0的情況。在軟閾値估計(jì)方法中，當(dāng) 忤八0時(shí),式等價(jià)如果把 呵易看成一個(gè)整體，則式40丿的實(shí)際含義 為當(dāng)叫>1時(shí)小1被認(rèn)為主要是信號(hào)所對(duì)應(yīng)的 小波系數(shù),予以探留;否則，叫被認(rèn)為主要足由噪聲 引起的，應(yīng)當(dāng)消除。該模型雖然與軟閾值模唱是完全Ji.等價(jià)的但可以從屮得到一些川小o比如.可以取 機(jī)1/6 巧"A E 1門(mén)打 0j njpr/Aj < I即先對(duì)叫心進(jìn)行平方處理，使得每一個(gè)系數(shù)與1 的偏離程度増大,

13、這樣可以促進(jìn)佶哋分離然石再對(duì)其進(jìn)行軟閾値處理，最后開(kāi)平方得到巧- 以上討論的是h7j>>0時(shí)的情形。對(duì)于一般情況，有圖片:Sign f叫上T-對(duì)沖 叫飛E心0，叫m v A(12) 綜上所述，改迸之后的消噪算法為;(V對(duì)含噪聲信號(hào)f( t)利用小波快速分解算法進(jìn) 行小波分解得到小披系數(shù)巧.打2丿令 心=tr(21ogflAJ 1 vlnf; + V 由式 門(mén)迦 左 義叫*從而得到一組估計(jì)小波系數(shù)；3丿對(duì) 巧占利用小波快速巫構(gòu)算法進(jìn)行吐構(gòu)便 可得到的估計(jì)值f(t).4 降低接收機(jī)外部噪聲的方法以上的幾種方法對(duì)于降低接收機(jī)內(nèi)部噪聲有十分顯著的作用 ，但對(duì)于抑制接收 機(jī)的外部噪聲就沒(méi)有太

14、大的作用了。為了降低接收機(jī)的外部噪聲 ，我們可以采用 以下幾種方法。4. 1自適應(yīng)噪聲對(duì)消法考慮到雷達(dá)回波是不相關(guān)的，不能采用常見(jiàn)的自適應(yīng)噪聲對(duì)消器來(lái)消除 ，為其參 考輸入噪聲和原始輸入噪聲是相關(guān)的。如果我們采用圖 2所示的自適應(yīng)自調(diào)諧 濾波器,則可對(duì)消雷達(dá)回波中的噪聲。假設(shè)信號(hào)s是雷達(dá)或周期信號(hào)，n是高斯白噪聲，均值為零,s和n不相關(guān)，信 號(hào)是穩(wěn)定的。s + n是原5 結(jié)論噪聲對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的影響是不可避免也是不容忽視的，但是當(dāng)我們知道了噪聲產(chǎn)生的原因和特征后，總可以采用有效的措施來(lái)減小噪聲的影響。通過(guò)以上幾種 方法對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的內(nèi)部噪聲和外部干擾進(jìn)行消減后，雷達(dá)接收機(jī)的噪聲系數(shù)和靈敏度都有了

15、很大的改善，對(duì)提高雷達(dá)接收機(jī)的性能有很大的幫助。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerci

16、ales.to員bko gA.nrogeHKO TOpMenob3ygoiccH6yHeHuac egoB u HHuefigoHMucno 員 B30BaTbCEb KOMMepqeckuxqe 員 ex.For personal use only in study and research; not for commercial use以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Fo