雷達(dá)原理與系統(tǒng)

1、雷達(dá)原理與系統(tǒng)雷達(dá)原理與系統(tǒng)西安電子科技大學(xué)電子對(duì)抗研究所2014年2月 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、緒論、緒論2 2、雷達(dá)發(fā)射機(jī)、雷達(dá)發(fā)射機(jī)3 3、雷達(dá)接收機(jī)、雷達(dá)接收機(jī)4 4、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備5 5、雷達(dá)作用距離、雷達(dá)作用距離6 6、目標(biāo)距離的測(cè)量、目標(biāo)距離的測(cè)量7 7、目標(biāo)角度的測(cè)量、目標(biāo)角度的測(cè)量8 8、目標(biāo)速度的測(cè)量、目標(biāo)速度的測(cè)量主要內(nèi)容主要內(nèi)容9 9、連續(xù)波雷達(dá)、連續(xù)波雷達(dá)1010、脈沖多普勒雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)11 11、相控陣?yán)走_(dá)、相控陣?yán)走_(dá)1212、數(shù)字陣列雷達(dá)、數(shù)字陣列雷達(dá)1313、脈沖壓縮雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)1414、雙基地雷達(dá)、雙基地雷達(dá)1

2、515、合成孔徑雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)1 1、緒論、緒論1.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)1.2 1.2 雷達(dá)的基本組成雷達(dá)的基本組成1.3 1.3 雷達(dá)的工作頻率雷達(dá)的工作頻率1.4 1.4 雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展1.5 1.5 電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展1.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)rVR,rVR,rVHD,sin,cosRHRD nttjrtenTtrectttAAts,nttttjrrrrtrrrretnTtrectttttAAttsts)(,1.1.1 1.1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)利用發(fā)射和接收電磁波信號(hào)的相關(guān)性，完成以下任務(wù)利用發(fā)射和接收電磁波信

3、號(hào)的相關(guān)性，完成以下任務(wù)1、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，確定目標(biāo)在空間中的位置、運(yùn)動(dòng)、航跡等、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，確定目標(biāo)在空間中的位置、運(yùn)動(dòng)、航跡等2、識(shí)別目標(biāo)，確定目標(biāo)性質(zhì)（、識(shí)別目標(biāo)，確定目標(biāo)性質(zhì)（F/E，目標(biāo)類型，目標(biāo)形狀，目標(biāo)類型，目標(biāo)形狀/散射特性等）散射特性等）1.1.2 1.1.2 探測(cè)與定位的坐標(biāo)系探測(cè)與定位的坐標(biāo)系球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系 以雷達(dá)自身為原點(diǎn)以雷達(dá)自身為原點(diǎn)柱坐標(biāo)系柱坐標(biāo)系 以雷達(dá)自身為原點(diǎn)以雷達(dá)自身為原點(diǎn)近似（忽略曲率）轉(zhuǎn)換關(guān)系：近似（忽略曲率）轉(zhuǎn)換關(guān)系：1.1.3 1.1.3 基本測(cè)量原理基本測(cè)量原理正北為方位正北為方位0，仰角以水平面為，仰角以水平面為0正北同上，以海面正北同上，以海面/地

4、平面高度為地平面高度為01.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù) nttjrtenTtrectttAAts, nttttjrrrrtrrrretnTtrectttttAAttsts)(,1.1.3 1.1.3 基本測(cè)量原理基本測(cè)量原理 發(fā)射信號(hào)相位調(diào)制發(fā)射信號(hào)載頻脈沖重復(fù)周期脈沖串函數(shù)，最大值發(fā)射天線方向圖函數(shù)，發(fā)射信號(hào)振幅tTttrectnTtrectttAArnrt,0 , 1,10A0,引起的傳播時(shí)間遲延由目標(biāo)距離幅衰減各種傳播損耗引起的振RcRtr,21.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)2rctRnrrnrtnTtrectnTtrect, ttttr2距離信息提取距離信息提取脈沖測(cè)距法：利

5、用收發(fā)脈沖包絡(luò)的時(shí)間遲延脈沖測(cè)距法：利用收發(fā)脈沖包絡(luò)的時(shí)間遲延調(diào)頻測(cè)距法：利用收發(fā)相位函數(shù)的頻率差調(diào)頻測(cè)距法：利用收發(fā)相位函數(shù)的頻率差舉例：舉例：常數(shù)常數(shù)mskmsmc/150/1502如果目標(biāo)距離為如果目標(biāo)距離為60km，則對(duì)應(yīng)的時(shí)間遲延為：，則對(duì)應(yīng)的時(shí)間遲延為：smsmscRtr4004 . 03006022如果調(diào)頻測(cè)距雷達(dá)的調(diào)頻斜率為：如果調(diào)頻測(cè)距雷達(dá)的調(diào)頻斜率為： =10MHz/ms，則，則對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)60km距離目標(biāo)的頻差為：距離目標(biāo)的頻差為：0.4msMHzmsMHzmscRfc4/104 . 02Ttr trfc接收頻率接收頻率發(fā)射頻率發(fā)射頻率1.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù),

6、ttAttAttAtt2211,max ,2211ttAangttAangrVctVRtVttttfrrrrd0222角度信息提取角度信息提取振幅法測(cè)角振幅法測(cè)角 最大信號(hào)法最大信號(hào)法 等信號(hào)法等信號(hào)法等相位法測(cè)角等相位法測(cè)角速度信息提取速度信息提取舉例：舉例：頻率為頻率為10GHz10GHz的雷達(dá)，當(dāng)目標(biāo)徑向速度為的雷達(dá)，當(dāng)目標(biāo)徑向速度為300m/s300m/s時(shí)，其多卜勒頻率為時(shí)，其多卜勒頻率為KHzmsmfmHzsmfcd2003. 0/3002,03. 010/1031081.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)tPGrA4,442432242GARGPRGAPPrtrtrRminrP41

7、min32241min2max44rtrrtPGPPGAPR1.1.4 1.1.4 雷達(dá)的探測(cè)能力雷達(dá)的探測(cè)能力- -基本雷達(dá)方程基本雷達(dá)方程雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號(hào)功率（雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號(hào)功率（W）：）：雷達(dá)的作用距離（雷達(dá)的作用距離（m）：）：發(fā)射脈沖功率發(fā)射脈沖功率W發(fā)射天線增益發(fā)射天線增益倍倍接收天線有效面積（孔徑）接收天線有效面積（孔徑）m2工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng) m目標(biāo)的雷達(dá)截面積目標(biāo)的雷達(dá)截面積 m2雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離 m接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度 W未考慮因素：大氣衰減與路徑（多徑，曲率），目標(biāo)特性與起伏未考慮因素：大氣衰減與路徑（多徑，曲率），目標(biāo)特性與起伏1

8、.1 1.1 雷達(dá)的任務(wù)雷達(dá)的任務(wù)舉例：舉例：某雷達(dá)發(fā)射脈沖功率為某雷達(dá)發(fā)射脈沖功率為200KW200KW，收發(fā)天線增益為，收發(fā)天線增益為30dB30dB，波長(zhǎng)，波長(zhǎng)0.1m0.1m，接收機(jī)，接收機(jī)靈敏度為靈敏度為-110dBm-110dBm，不考慮大氣損耗等，試求其對(duì)，不考慮大氣損耗等，試求其對(duì) = =1m1m2 2目標(biāo)的最大作用目標(biāo)的最大作用距離距離kmR786.100410210411 . 01010241323411432235max1.2 1.2 雷達(dá)的基本組成雷達(dá)的基本組成1.3 1.3 雷達(dá)的工作頻率雷達(dá)的工作頻率雷達(dá)的工作頻率：雷達(dá)的工作頻率：3MHz 3MHz 300GHz(

9、100m 300GHz(100m 1mm) 1mm)主要工作頻段：主要工作頻段：300MHz 300MHz 18GHz(1m 18GHz(1m 2cm) 2cm)3 3 30MHz30MHz戰(zhàn)略預(yù)警超視距雷達(dá)戰(zhàn)略預(yù)警超視距雷達(dá)30 30 300MHz 300MHz 米波遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)米波遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)300MHz300MHz分米波分米波/ /厘米波警戒厘米波警戒/ /引導(dǎo)引導(dǎo)/ /制導(dǎo)制導(dǎo) 30GHz30GHz火控火控/ /末制導(dǎo)雷達(dá)末制導(dǎo)雷達(dá)30 30 300GHz 300GHz毫米波火控毫米波火控/ /末制導(dǎo)雷達(dá)末制導(dǎo)雷達(dá)1.4 1.4 雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展1.4.1 雷達(dá)的應(yīng)用雷

10、達(dá)的應(yīng)用n軍用雷達(dá)：軍用雷達(dá)：按照作用距離：遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)按照作用距離：遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá) R R600km600km中中/ /近程搜索和警戒雷達(dá)近程搜索和警戒雷達(dá) 150kmR600km150kmR600km近程引導(dǎo)指示雷達(dá)近程引導(dǎo)指示雷達(dá) R150kmR150km按照功能按照功能/ /用途：警戒引導(dǎo)雷達(dá)用途：警戒引導(dǎo)雷達(dá) 大范圍發(fā)現(xiàn)目標(biāo)大范圍發(fā)現(xiàn)目標(biāo)/ /粗定位，不引導(dǎo)導(dǎo)彈粗定位，不引導(dǎo)導(dǎo)彈/ /火力射擊火力射擊 制導(dǎo)火控雷達(dá)制導(dǎo)火控雷達(dá) 小范圍發(fā)現(xiàn)小范圍發(fā)現(xiàn)/ /跟蹤目標(biāo)，引導(dǎo)導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)，引導(dǎo)導(dǎo)彈/ /火力射擊火力射擊 精密跟蹤雷達(dá)精密跟蹤雷達(dá) 對(duì)單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤和火力打擊對(duì)單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行精

11、確跟蹤和火力打擊 多功能雷達(dá)：同時(shí)具備上述多種功能和用途的雷達(dá)，如：多功能雷達(dá)：同時(shí)具備上述多種功能和用途的雷達(dá)，如：SPY-1SPY-1 特種雷達(dá)：具有特定功能的雷達(dá)：如：雷達(dá)高度表特種雷達(dá)：具有特定功能的雷達(dá)：如：雷達(dá)高度表/ /雷達(dá)引信雷達(dá)引信按照裝載平臺(tái)：按照裝載平臺(tái)： 星載雷達(dá)，彈載雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)，艦載雷達(dá)，車載雷達(dá)，背負(fù)雷達(dá)星載雷達(dá)，彈載雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)，艦載雷達(dá)，車載雷達(dá)，背負(fù)雷達(dá)按照技術(shù)體制：收發(fā)關(guān)系和位置按照技術(shù)體制：收發(fā)關(guān)系和位置 單基地單基地/ /雙多基地，非協(xié)同探測(cè)（雙多基地，非協(xié)同探測(cè)（PCLPCL），），MIMOMIMO天線技術(shù)天線技術(shù) 單波束單波束/ /多波束，機(jī)械

12、多波束，機(jī)械/ /電電/ /混合掃描，混合掃描，發(fā)射發(fā)射/ /接收機(jī)技術(shù)接收機(jī)技術(shù) 相參相參/ /非相參收發(fā)，捷變頻，頻率分集，非相參收發(fā)，捷變頻，頻率分集，信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)處理技術(shù) MTIMTI，MTDMTD，PCPC，PDPD，SARSAR，ISARISAR，n民用雷達(dá)：民用雷達(dá)： 氣象雷達(dá)，航管雷達(dá)，宇航雷達(dá)，遙感雷達(dá)，氣象雷達(dá)，航管雷達(dá)，宇航雷達(dá)，遙感雷達(dá)，1.5 1.5 電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展1.5.1 1.5.1 電子戰(zhàn)（電子戰(zhàn)（EWEW） 定義：敵我雙方利用無(wú)線電電子裝備或器材所進(jìn)行的電磁信息斗爭(zhēng)，電子戰(zhàn)包括電子對(duì)抗和電定義：敵我雙方利用無(wú)線電電子裝備或器材

13、所進(jìn)行的電磁信息斗爭(zhēng)，電子戰(zhàn)包括電子對(duì)抗和電子反對(duì)抗子反對(duì)抗n電子對(duì)抗（電子對(duì)抗（ECMECM）：為了探測(cè)敵方無(wú)線電電子裝備的電磁信息（電子偵察），削弱或破壞）：為了探測(cè)敵方無(wú)線電電子裝備的電磁信息（電子偵察），削弱或破壞其使用效能所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（電子干擾、偽裝、隱身和摧毀）其使用效能所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（電子干擾、偽裝、隱身和摧毀）n電子反對(duì)抗（電子反對(duì)抗（ECCMECCM）：在敵方實(shí)施電子對(duì)抗的條件下，保證我方有效使用電磁信息所采）：在敵方實(shí)施電子對(duì)抗的條件下，保證我方有效使用電磁信息所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（反偵察、抗干擾、反偽裝、反隱身、反摧毀）取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措

14、施（反偵察、抗干擾、反偽裝、反隱身、反摧毀）1.5.2 1.5.2 雷達(dá)反干擾雷達(dá)反干擾n天線抗干擾：低旁瓣，旁瓣對(duì)消，旁瓣消隱，波束燒穿，隨機(jī)掃描，波束分集等天線抗干擾：低旁瓣，旁瓣對(duì)消，旁瓣消隱，波束燒穿，隨機(jī)掃描，波束分集等n發(fā)射機(jī)抗干擾：提高輻射功率，頻率捷變，頻率編碼，頻率分集，脈沖壓縮，波形隱蔽，發(fā)射機(jī)抗干擾：提高輻射功率，頻率捷變，頻率編碼，頻率分集，脈沖壓縮，波形隱蔽，窄脈沖，重頻時(shí)變，誘餌發(fā)射等窄脈沖，重頻時(shí)變，誘餌發(fā)射等n接收機(jī)、信號(hào)處理抗干擾：接收機(jī)抗飽和，重頻、脈寬鑒別，接收機(jī)、信號(hào)處理抗干擾：接收機(jī)抗飽和，重頻、脈寬鑒別，MTIMTI，MTDMTD，積累檢測(cè)，恒，積累

15、檢測(cè)，恒虛警，寬限窄，前沿跟蹤等虛警，寬限窄，前沿跟蹤等n隱身與反隱身隱身與反隱身n隱身：通過(guò)形體設(shè)計(jì)和材料選擇降低目標(biāo)的隱身：通過(guò)形體設(shè)計(jì)和材料選擇降低目標(biāo)的RCSRCS（ ）n反隱身：增加照射功率，組網(wǎng)雷達(dá)，短波反隱身：增加照射功率，組網(wǎng)雷達(dá)，短波/ /米波雷達(dá)，雙米波雷達(dá)，雙/ /多基地雷達(dá)，多基地雷達(dá)，PCLPCL等檢測(cè)隱身目等檢測(cè)隱身目標(biāo)標(biāo)n反偵察和反摧毀反偵察和反摧毀低截獲的發(fā)射波形：噪聲雷達(dá)，沖擊雷達(dá)，大時(shí)寬低截獲的發(fā)射波形：噪聲雷達(dá)，沖擊雷達(dá)，大時(shí)寬/ /帶寬積信號(hào)，信號(hào)隱匿，誘餌輻射等帶寬積信號(hào)，信號(hào)隱匿，誘餌輻射等2 2、雷達(dá)發(fā)射機(jī)、雷達(dá)發(fā)射機(jī)2.1 2.1 任務(wù)和基本組成

16、任務(wù)和基本組成 2.2 2.2 主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)2.3 2.3 單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.4 2.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)固態(tài)發(fā)射機(jī)2.5 2.5 脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器 2.1 2.1 任務(wù)和基本組成任務(wù)和基本組成Tr2.1.1 2.1.1 任務(wù)任務(wù)產(chǎn)生大功率、指定調(diào)制特性（振幅產(chǎn)生大功率、指定調(diào)制特性（振幅/相位）的電磁波相位）的電磁波單級(jí)振蕩式單級(jí)振蕩式 大功率振蕩和調(diào)制一次完成（直接形成大功率振蕩和調(diào)制）大功率振蕩和調(diào)制一次完成（直接形成大功率振蕩和調(diào)制）脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器射頻振蕩器射頻振蕩器2.1.2 2.1.2 基本組成基本組成主振放大式主振放大式 先產(chǎn)

17、生小功率振蕩和調(diào)制，再經(jīng)放大達(dá)到大功率先產(chǎn)生小功率振蕩和調(diào)制，再經(jīng)放大達(dá)到大功率射頻振蕩器射頻振蕩器激勵(lì)放大器激勵(lì)放大器末級(jí)放大器末級(jí)放大器基準(zhǔn)振蕩器基準(zhǔn)振蕩器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器分頻器分頻器2.2 2.2 主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)1. 1. 工作頻率或波段工作頻率或波段2.2.輸出功率輸出功率 脈沖脈沖( (峰值峰值) )功率功率 ，平均功率，平均功率例如：例如： 則則3. 3. 總效率總效率 ， 為供給發(fā)射機(jī)的各種交直流功率之和為供給發(fā)射機(jī)的各種交直流功率之和上例中，若發(fā)射機(jī)供電上例中，若發(fā)射機(jī)供電 220V/15A,28V/20A,220V/15A,28V/20A,則

18、則4. 4. 信號(hào)形式信號(hào)形式n振幅調(diào)制：脈沖、連續(xù)波振幅調(diào)制：脈沖、連續(xù)波n載頻調(diào)制：?jiǎn)屋d頻，頻率捷變，線性調(diào)頻，頻率分集，頻率編碼等載頻調(diào)制：?jiǎn)屋d頻，頻率捷變，線性調(diào)頻，頻率分集，頻率編碼等n相位調(diào)制：隨機(jī)相位，穩(wěn)定相位，相位編碼相位調(diào)制：隨機(jī)相位，穩(wěn)定相位，相位編碼tPrtavTDDPP,iavPPiPsTsKWPrt200,1,200WPav1000102/10102465%9 .253860/100020281522010002.2 2.2 主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)5. 5. 信號(hào)穩(wěn)定度或頻譜純度信號(hào)穩(wěn)定度或頻譜純度n周期性不穩(wěn)：雜散抑制周期性不穩(wěn)：雜散抑制n隨機(jī)性不穩(wěn)：相位噪聲隨機(jī)

19、性不穩(wěn)：相位噪聲 dBcBfPffPfLmm00lg10dBffPfPdc0max0lg10ff0P(f0)P(ff0)dcff0P(f0)P(f0-fm)f0-fmf0+fmP(f0+fm)例如：在頻譜儀上測(cè)得主信號(hào)與最大雜散信號(hào)功率例如：在頻譜儀上測(cè)得主信號(hào)與最大雜散信號(hào)功率分別為分別為20dBm和和 50dBm，則雜散抑制為，則雜散抑制為70dB例如：在頻譜儀上測(cè)得主信號(hào)功率為例如：在頻譜儀上測(cè)得主信號(hào)功率為20dBm，測(cè)量帶寬為測(cè)量帶寬為100Hz，在偏離，在偏離1KHz處噪聲功率處噪聲功率為為 50dBm，則相噪為，則相噪為90dBc2.3 2.3 單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)單級(jí)振蕩

20、和主振放大式發(fā)射機(jī)2.3.1 2.3.1 單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)射頻振蕩器：磁控管振蕩器，微波三極管振蕩器，固態(tài)振蕩器等射頻振蕩器：磁控管振蕩器，微波三極管振蕩器，固態(tài)振蕩器等脈沖調(diào)制器：剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器：剛性開(kāi)關(guān) 由外加脈沖控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通由外加脈沖控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/截至的調(diào)制器截至的調(diào)制器 軟性開(kāi)關(guān)軟性開(kāi)關(guān) 由外加觸發(fā)脈沖控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)自行截至的調(diào)制器由外加觸發(fā)脈沖控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)自行截至的調(diào)制器特點(diǎn)：效率較高，只適用于調(diào)幅，頻率穩(wěn)定度差，相位噪聲很大，系統(tǒng)組成特點(diǎn)：效率較高，只適用于調(diào)幅，頻率穩(wěn)定度差，相位噪聲很大，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，廣泛用于非相干信號(hào)處理雷達(dá)，目前已經(jīng)很

21、少使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，廣泛用于非相干信號(hào)處理雷達(dá)，目前已經(jīng)很少使用永久磁鋼永久磁鋼陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極燈絲燈絲諧振腔諧振腔磁控管結(jié)構(gòu)示意圖磁控管結(jié)構(gòu)示意圖燈絲燈絲陰極陰極射頻輸出口射頻輸出口陽(yáng)極（管殼）陽(yáng)極（管殼）磁控管電氣圖磁控管電氣圖2.3 2.3 單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.3.2 2.3.2 主振放大式發(fā)射機(jī)主振放大式發(fā)射機(jī)基準(zhǔn)振蕩器：恒溫或溫補(bǔ)晶振，一般相位噪聲為基準(zhǔn)振蕩器：恒溫或溫補(bǔ)晶振，一般相位噪聲為 130dBc1KHz射頻振蕩器：晶振倍頻射頻振蕩器：晶振倍頻 利用非線性電路與選頻網(wǎng)絡(luò)，變頻快利用非線性電路與選頻網(wǎng)絡(luò)，變頻快/相噪差相噪差/雜散小雜散小

22、鎖相倍頻鎖相倍頻 利用鎖相環(huán)，變頻慢利用鎖相環(huán)，變頻慢/相噪好相噪好/雜散大雜散大放大鏈：放大鏈： 激勵(lì)放大常用固態(tài)放大器，末級(jí)放大常用行波管，速調(diào)管放大器等激勵(lì)放大常用固態(tài)放大器，末級(jí)放大常用行波管，速調(diào)管放大器等特點(diǎn)：效率較低，適用于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及其組合的復(fù)雜調(diào)制，頻率特點(diǎn)：效率較低，適用于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及其組合的復(fù)雜調(diào)制，頻率穩(wěn)定度高，相位噪聲低，系統(tǒng)組成復(fù)雜，成本較高，廣泛用于相干信號(hào)處穩(wěn)定度高，相位噪聲低，系統(tǒng)組成復(fù)雜，成本較高，廣泛用于相干信號(hào)處理雷達(dá)理雷達(dá)燈絲燈絲K陰極陰極G柵極柵極A陽(yáng)極陽(yáng)極真空三極管電氣圖真空三極管電氣圖G/K間大負(fù)間大負(fù)電壓時(shí)管截止電壓時(shí)管截止G/K間

23、小負(fù)間小負(fù)電壓時(shí)管放大電壓時(shí)管放大G/K間正電壓間正電壓時(shí)管飽和導(dǎo)通時(shí)管飽和導(dǎo)通燈絲燈絲K陰極陰極A陽(yáng)極陽(yáng)極行波管電氣圖行波管電氣圖A/K間負(fù)間負(fù)電壓時(shí)管截止電壓時(shí)管截止A/K間正高間正高電壓時(shí)管放大電壓時(shí)管放大收集極收集極輸入輸入輸出輸出2.4 2.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)固態(tài)發(fā)射機(jī)2.4.1 2.4.1 特點(diǎn)特點(diǎn)頻率高（已達(dá)頻率高（已達(dá)100GHz100GHz），工作電壓低供電方便），工作電壓低供電方便（12V12V），壽命長(zhǎng)，體積），壽命長(zhǎng)，體積/ /重量小，可靠性高，成本低，重量小，可靠性高，成本低，單管單管/ /片功率?。ㄆβ市。?0W30W，且隨頻率降低），且隨頻率降低）2.4.2 2.4

24、.2 發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)電路合成提高組件通過(guò)電路合成提高組件/模塊的功率（模塊的功率（1000W，隨，隨頻率降低）；頻率降低）；通過(guò)組件模塊的空間功率合成（相控陣），提高系統(tǒng)通過(guò)組件模塊的空間功率合成（相控陣），提高系統(tǒng)的發(fā)射功率的發(fā)射功率2.5 2.5 脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器n作用作用 為電真空類的微波管提供高壓、大功率的視頻調(diào)制脈沖為電真空類的微波管提供高壓、大功率的視頻調(diào)制脈沖n組成組成： 充電元件充電元件 儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件高壓電源高壓電源 調(diào)制開(kāi)關(guān)調(diào)制開(kāi)關(guān) 耦合元件耦合元件 微波管微波管n高壓電源：提供充足、穩(wěn)定的直流能量，滿足工作要求（高壓、大電流）高壓電源：提供充足、穩(wěn)定的直流能量

25、，滿足工作要求（高壓、大電流）n充電元件：將直流能量及時(shí)傳遞給儲(chǔ)能元件，一般由充電元件：將直流能量及時(shí)傳遞給儲(chǔ)能元件，一般由R，L，二極管，二極管D 等擔(dān)任等擔(dān)任n儲(chǔ)能元件：在開(kāi)關(guān)截止時(shí)保存充電能量，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)釋放保存的能量（儲(chǔ)能元件：在開(kāi)關(guān)截止時(shí)保存充電能量，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)釋放保存的能量（C等）等）n調(diào)制開(kāi)關(guān)：剛性調(diào)制開(kāi)關(guān)：剛性 在輸入脈沖的控制作用下，脈沖期間導(dǎo)通，脈沖過(guò)后截止在輸入脈沖的控制作用下，脈沖期間導(dǎo)通，脈沖過(guò)后截止 軟性軟性 在輸入脈沖的觸發(fā)作用下導(dǎo)通，儲(chǔ)能元件能量釋放盡后截止在輸入脈沖的觸發(fā)作用下導(dǎo)通，儲(chǔ)能元件能量釋放盡后截止n耦合元件：將高壓、大電流脈沖耦合作用到微波管上耦

26、合元件：將高壓、大電流脈沖耦合作用到微波管上 n分類分類：剛性開(kāi)關(guān)剛性開(kāi)關(guān) 由控制信號(hào)直接控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與截止由控制信號(hào)直接控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與截止軟性開(kāi)關(guān)軟性開(kāi)關(guān) 由控制信號(hào)觸發(fā)開(kāi)管導(dǎo)通，有電路狀態(tài)決定開(kāi)關(guān)截止由控制信號(hào)觸發(fā)開(kāi)管導(dǎo)通，有電路狀態(tài)決定開(kāi)關(guān)截止2.5.1 2.5.1 剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n陰極脈沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器充電充電：E/R1/C/L，C上電壓放電放電：C/V1/V2， C上電壓設(shè)計(jì)要素設(shè)計(jì)要素：對(duì)于給定的、，一般選擇： 脈沖重復(fù)周期內(nèi)充滿，放電允許頂降脈沖重復(fù)周期內(nèi)充滿，放電允許頂降 小于允許值。小于允許值。ER1C-EgLV1V3V2C0 rCRtCRtc

27、TteueEtU0 ,1110 teTutuHCRtrccd0 ,lnHRCrTCR1532.5.1 2.5.1 剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n陰極脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例陰極脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例要求Tr=200s，=1s，E=104V，=0.95，RH=1KPFCPFRCH436102,1949695. 0ln10101ln19901025101200861R2.5.1 2.5.1 剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n調(diào)制陽(yáng)極脈沖調(diào)制器調(diào)制陽(yáng)極脈沖調(diào)制器 前沿充電前沿充電：E/V1/C0，恒流充電恒流充電Ic 前沿時(shí)間前沿時(shí)間 后沿放電：后沿放電：C0/偏壓/V2，恒流放電恒流放電Id 后

28、沿時(shí)間后沿時(shí)間 EIcC0-Eg-偏壓V3V2+cgcICEEt0偏壓與激勵(lì)電路偏壓與激勵(lì)電路V1dgdICEEt0前沿觸發(fā)后沿觸發(fā)C0波形-EgE2.5.1 2.5.1 剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器剛性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n調(diào)制陽(yáng)極脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例調(diào)制陽(yáng)極脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例要求要求 E=4000V，C0=200PF，Eg=200V， Ic=20A， Id=10A，求前后沿時(shí)間求前后沿時(shí)間 nstc4220102200400010nstd84101022004000102.5.2 2.5.2 軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n典型電路典型電路 諧振充電諧振充電：E/Lch/PFN/B，充電時(shí)間 匹配放電

29、：匹配放電：PFN/V1/B， ，放電時(shí)間放電時(shí)間PFN節(jié)數(shù)節(jié)數(shù)n，每節(jié)電感，每節(jié)電感L，電容，電容CLCnCnLtchcBHCZCLZ2.5.2 2.5.2 軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器n軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例軟性開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制器設(shè)計(jì)舉例 要求：要求：Tr=1ms， =2 s，B=1:1，RH=1K ，n=5根據(jù)脈寬和特性阻抗建立方程組，求解根據(jù)脈寬和特性阻抗建立方程組，求解L，C根據(jù)根據(jù)Tr求解求解LchhLLchch9 .1581275199810127510210002126hLPFCCCLLCCLLC127,127100162.0,100162.010,100162.051

30、0210,5102918261226363 3 雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)3.1 3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.3 3.3 接收機(jī)的高頻部分接收機(jī)的高頻部分3.4 3.4 本振和自動(dòng)頻率控制本振和自動(dòng)頻率控制3.5 3.5 動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍和增益控制3.6 3.6 濾波和接收機(jī)帶寬濾波和接收機(jī)帶寬3.1 3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)的作用：放大需要的目標(biāo)回波信號(hào)，抑制各種干擾信號(hào)接收機(jī)的作用：放大需要的目標(biāo)回波信號(hào)，抑制各種干擾信號(hào)3.1.1 3.1.1 接收機(jī)組成接收機(jī)組成 n

31、保護(hù)器：在發(fā)射或收到強(qiáng)信號(hào)時(shí)，保護(hù)接收機(jī)（使用收發(fā)開(kāi)關(guān)和限幅器）保護(hù)器：在發(fā)射或收到強(qiáng)信號(hào)時(shí)，保護(hù)接收機(jī)（使用收發(fā)開(kāi)關(guān)和限幅器）nLNALNA： 低噪放，抑制噪聲，放大微弱的目標(biāo)回波信號(hào)（如：低噪放，抑制噪聲，放大微弱的目標(biāo)回波信號(hào)（如：F=2F=2，G=25dBG=25dB）nMIXMIX： 混頻，將回波信號(hào)頻率遷移到合適、固定的中頻（混頻，將回波信號(hào)頻率遷移到合適、固定的中頻（f fi i=30MHz=30MHz，60MHz60MHz等）等）n中放：中放： 放大中頻帶內(nèi)目標(biāo)回波信號(hào)（放大中頻帶內(nèi)目標(biāo)回波信號(hào)（G=100G=100 120dB120dB），抑制帶外噪聲），抑制帶外噪聲nLOL

32、O： 本振，提供穩(wěn)定振蕩本振，提供穩(wěn)定振蕩f fL L，與發(fā)射頻率，與發(fā)射頻率f f0 0保持穩(wěn)定的中頻頻差：保持穩(wěn)定的中頻頻差：f fi i=f=fL L f f0 0n增益控制：保持輸出信號(hào)功率處于預(yù)定的范圍，增益控制：保持輸出信號(hào)功率處于預(yù)定的范圍，線性線性：近程增益控制（：近程增益控制（STCSTC），），瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（IAGCIAGC），），AGCAGC；非線性非線性：對(duì)數(shù)放大器，限幅放大器等：對(duì)數(shù)放大器，限幅放大器等n檢波器：解調(diào)回波調(diào)制信號(hào)，包絡(luò)檢波器（振幅）；相位檢波器（頻率和相位）檢波器：解調(diào)回波調(diào)制信號(hào)，包絡(luò)檢波器（振幅）；相位檢波器（頻率和相位）n視

33、放：視放： 放大信號(hào)電平使之適合于信號(hào)處理，線性放大，限幅放大，對(duì)數(shù)放大放大信號(hào)電平使之適合于信號(hào)處理，線性放大，限幅放大，對(duì)數(shù)放大R0至信號(hào)處理保護(hù)器保護(hù)器LNAMIX中放中放檢波器檢波器視放視放LO增益控制增益控制3.1 3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)3.1.2 3.1.2 主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)n靈敏度靈敏度 ，典型值，典型值 滿足檢測(cè)要求的最小輸入信號(hào)功率滿足檢測(cè)要求的最小輸入信號(hào)功率測(cè)試方法測(cè)試方法dBmsimindBm12090信號(hào)源接收機(jī)雷達(dá)檢測(cè)設(shè)備（顯示器/信號(hào)處理機(jī)等）f,P設(shè)置信號(hào)源頻率設(shè)置信號(hào)源頻率f處于規(guī)定的工作頻帶內(nèi)，調(diào)整輸出功率處于規(guī)定的

34、工作頻帶內(nèi)，調(diào)整輸出功率P，由雷達(dá)檢測(cè)設(shè)備觀測(cè)滿足目標(biāo)檢測(cè)時(shí)的最小由雷達(dá)檢測(cè)設(shè)備觀測(cè)滿足目標(biāo)檢測(cè)時(shí)的最小Pmin即為靈敏度即為靈敏度3.1 3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)3.1.2 3.1.2 主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)n工作帶寬：工作帶寬： 分別為雷達(dá)最低、最高分別為雷達(dá)最低、最高工作頻率工作頻率n動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍： 為滿足檢測(cè)要求的最為滿足檢測(cè)要求的最大輸入信號(hào)功率大輸入信號(hào)功率n選擇性和濾波特性（接收帶寬選擇性和濾波特性（接收帶寬B）匹配濾波特性）匹配濾波特性n工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度n抗干擾能力（抗有源干擾、無(wú)源干擾和雜波干擾等）抗干擾能力

35、（抗有源干擾、無(wú)源干擾和雜波干擾等）max0min0max0min0,fffff maxminmax,lg10iiisdBssD fH3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.1 3.2.1 接收機(jī)噪聲接收機(jī)噪聲內(nèi)噪聲：有接收機(jī)內(nèi)部電路和器件產(chǎn)生的噪聲，如晶體管噪聲，電阻噪聲等內(nèi)噪聲：有接收機(jī)內(nèi)部電路和器件產(chǎn)生的噪聲，如晶體管噪聲，電阻噪聲等外噪聲：由電磁環(huán)境和其它物體輻射產(chǎn)生的噪聲，如宇宙噪聲，工業(yè)噪聲等，等外噪聲：由電磁環(huán)境和其它物體輻射產(chǎn)生的噪聲，如宇宙噪聲，工業(yè)噪聲等，等效輸入功率為效輸入功率為 ，分別為波爾茲曼常數(shù)，天線噪聲溫度，等效噪聲帶寬分別為波爾茲曼常數(shù)，天線噪聲

36、溫度，等效噪聲帶寬 為頻率、仰角、位置等函數(shù)，典型地面雷達(dá)為頻率、仰角、位置等函數(shù)，典型地面雷達(dá)參見(jiàn)參見(jiàn)p54p54圖圖3.63.6。等效噪聲帶寬：等效噪聲帶寬： fHfHfHdffHBfn002002maxnABkTATKTTAA36876.0AT 電路形式電路形式級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)Bn/B雙調(diào)諧或雙調(diào)諧或兩級(jí)參差兩級(jí)參差11.11單調(diào)諧11.57121.04021.2203參差11.04831.1554參差11.01941.1295參差11.01051.114高斯型11.065效噪聲帶寬效噪聲帶寬B Bn n與常用接收機(jī)帶寬與常用接收機(jī)帶寬B B的比較的比較3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和

37、靈敏度3.2.2 3.2.2 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度n定義：定義： 線性系統(tǒng)輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值線性系統(tǒng)輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值, ,對(duì)于無(wú)源網(wǎng)絡(luò)對(duì)于無(wú)源網(wǎng)絡(luò) 測(cè)試方法測(cè)試方法GF1niioioiooiiBkTNNGNNGSSGNNNSNSF0,11.接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載，由功率計(jì)測(cè)量接收機(jī)輸出功率接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載，由功率計(jì)測(cè)量接收機(jī)輸出功率2.接收機(jī)輸入端接信號(hào)源，設(shè)置信號(hào)源頻率接收機(jī)輸入端接信號(hào)源，設(shè)置信號(hào)源頻率f，調(diào)整輸出功率，調(diào)整輸出功率 ，由功率計(jì)，由功率計(jì) 測(cè)量接收機(jī)輸出功率測(cè)量接收機(jī)輸出功率 ，計(jì)算，計(jì)算信號(hào)源線性接收機(jī)功率計(jì)f,P匹配負(fù)

38、載112112OOiioooiiPPNSPPPNSFNGNPio1iS12oioPGSP3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 3.2.2 噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度n例如：已知線性例如：已知線性接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)測(cè)得輸出功接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)測(cè)得輸出功率為率為 ，接入，接入 輸入信號(hào)時(shí)測(cè)得輸出功率輸入信號(hào)時(shí)測(cè)得輸出功率為為 ，接收機(jī)帶寬為，接收機(jī)帶寬為2MHz，求該接收機(jī)噪聲系數(shù)，求該接收機(jī)噪聲系數(shù)解：解： dBm100dBm182. 16 . 210101011010110101010101022901038. 126. 084. 01 . 19 .

39、 01 . 141 . 31 .14131 .14623dBFWNidBm103.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 3.2.2 噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度n等效噪聲溫度等效噪聲溫度 ，將，將 等效為噪聲溫度增量等效為噪聲溫度增量 n系統(tǒng)噪聲（內(nèi)外噪聲）溫度系統(tǒng)噪聲（內(nèi)外噪聲）溫度n級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)證明：證明：001,1,TFTTTFGBkTNeeneeAsTTT121213121111nnGGGFGGFGFFFnniiniiniiNGNGNNGG32211,inniinniiniiiNGGGNNGGNNGNNGNGNGNF2121211322

40、1111 eTN3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 3.2.2 噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度n例如：某線性接收機(jī)及組成部件參數(shù)如圖，求其噪聲系數(shù)例如：某線性接收機(jī)及組成部件參數(shù)如圖，求其噪聲系數(shù)解：解：接收機(jī)前端部件對(duì)系統(tǒng)噪聲的影響巨大，接收機(jī)前端部件對(duì)系統(tǒng)噪聲的影響巨大，LNALNA貢獻(xiàn)重大貢獻(xiàn)重大 饋線饋線/收發(fā)開(kāi)關(guān)收發(fā)開(kāi)關(guān)/限幅保護(hù)器限幅保護(hù)器LNAMIX中放中放G=0.2F=2G=25dBF=2.5G=0.3F=4G=100dB182.10158. 0024. 0553 . 0102 . 014102 . 015 . 22 . 012552 . 015

41、. 25 . 21FF3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.3 3.2.3 靈敏度靈敏度n定義：當(dāng)接收機(jī)能夠以正常的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率檢測(cè)定義：當(dāng)接收機(jī)能夠以正常的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率檢測(cè)目標(biāo)時(shí)（線性系統(tǒng)輸出信噪比目標(biāo)時(shí)（線性系統(tǒng)輸出信噪比 ），在接收機(jī)輸入），在接收機(jī)輸入端的最小輸入信號(hào)功率端的最小輸入信號(hào)功率n數(shù)值關(guān)系：數(shù)值關(guān)系：n臨界靈敏度：臨界靈敏度：niiiOOnniBkTNNFMSMNSMHzBKTkFMBkTS0minmin0230min,290,1038.1,MNSooMNSiconsPconsPioodfaSorSminmin,minMBFdBmSnilg10

42、lg10lg10114min1M3.2 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度靈敏度計(jì)算舉例靈敏度計(jì)算舉例假設(shè)接收機(jī)各部分組成如下圖，試求其臨界靈敏度假設(shè)接收機(jī)各部分組成如下圖，試求其臨界靈敏度dBmdBmSi82.941lg105lg1019.12114min饋線/開(kāi)關(guān)/保護(hù)器LNAMIX/BPF中放G=0.2/0.5G=25dBF=3BPFG=0.5B=200MHzG=0.1B=5MHzG=90dB/F=5B=5MHz1.計(jì)算接收機(jī) 噪聲系數(shù)1dBF19.12566.16265. 1285. 0016. 01051 . 05 . 0102 . 0155 . 0102 . 011 . 01

43、102 . 015 . 012 . 0132 . 015 . 25 . 25 . 213.計(jì)算接收機(jī) 臨界靈敏度2.計(jì)算接收機(jī) 噪聲系數(shù)2dBF21. 8626. 6502. 0114. 0006. 0421 . 05 . 0105 . 0155 . 0105 . 011 . 01105 . 015 . 015 . 0135 . 015 . 25 . 25 . 22dBmdBmSi8 .981lg105lg1021. 8114min3.3 3.3 接收機(jī)的高頻部分接收機(jī)的高頻部分n組成組成 n收發(fā)開(kāi)關(guān)和保護(hù)器收發(fā)開(kāi)關(guān)和保護(hù)器TR管（有源管（有源/無(wú)源）常態(tài)時(shí)開(kāi)路或透射，氣體放電時(shí)短路，惰性較大

44、（無(wú)源）常態(tài)時(shí)開(kāi)路或透射，氣體放電時(shí)短路，惰性較大（30300ns）固態(tài)限幅器固態(tài)限幅器 采用采用PIN管或變?nèi)莨?，在外加功率下呈現(xiàn)不同反射阻抗，級(jí)聯(lián)限幅，反應(yīng)快管或變?nèi)莨?，在外加功率下呈現(xiàn)不同反射阻抗，級(jí)聯(lián)限幅，反應(yīng)快（2ns）nLNA 低噪聲參放低噪聲參放 分為常參與冷參，分為常參與冷參，F(xiàn)1.2低噪聲場(chǎng)放低噪聲場(chǎng)放 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)F=25dB，價(jià)格低廉，普遍使用，價(jià)格低廉，普遍使用nMIX平衡混頻器（可有效抑制本振噪聲）平衡混頻器（可有效抑制本振噪聲）鏡像抑制混頻器（還可有效抑制鏡頻，鏡像抑制混頻器（還可有效抑制鏡頻，2040dB）n前置中放前置中放當(dāng)高頻部分與接收機(jī)后端相距較遠(yuǎn)時(shí)，增

45、加前置中放（增益當(dāng)高頻部分與接收機(jī)后端相距較遠(yuǎn)時(shí)，增加前置中放（增益2040dB）以降低噪聲）以降低噪聲本振本振收發(fā)開(kāi)關(guān)收發(fā)開(kāi)關(guān)保護(hù)器保護(hù)器LNAMIX前置中放前置中放3.4 3.4 本振和自動(dòng)頻率控制本振和自動(dòng)頻率控制3.4.1 3.4.1 磁控管發(fā)射機(jī)的自動(dòng)頻率控制（磁控管發(fā)射機(jī)的自動(dòng)頻率控制（AFCAFC） 搜索跟蹤轉(zhuǎn)換搜索跟蹤轉(zhuǎn)換調(diào)諧電機(jī)調(diào)諧電機(jī)機(jī)調(diào)磁控管機(jī)調(diào)磁控管定向耦合器定向耦合器穩(wěn)定本振穩(wěn)定本振峰值檢波器峰值檢波器視頻放大器視頻放大器鑒頻器鑒頻器中放中放AFC混頻器混頻器至收發(fā)開(kāi)關(guān)發(fā)射至收發(fā)開(kāi)關(guān)發(fā)射至接收機(jī)至接收機(jī)混頻器混頻器搜索狀態(tài)：中放無(wú)脈沖輸出，搜索跟蹤轉(zhuǎn)換器輸出調(diào)諧電壓，

46、使調(diào)諧電機(jī)帶動(dòng)機(jī)調(diào)搜索狀態(tài)：中放無(wú)脈沖輸出，搜索跟蹤轉(zhuǎn)換器輸出調(diào)諧電壓，使調(diào)諧電機(jī)帶動(dòng)機(jī)調(diào)磁控管連續(xù)調(diào)諧頻率磁控管連續(xù)調(diào)諧頻率f(t)，定向耦合器耦合出小功率信號(hào)給，定向耦合器耦合出小功率信號(hào)給AFC混頻器?；祛l器。當(dāng)當(dāng)f(t)與穩(wěn)定本振與穩(wěn)定本振fL差頻進(jìn)入中放帶寬差頻進(jìn)入中放帶寬fi- f，fi+ f時(shí)，中放輸出使搜索時(shí)，中放輸出使搜索跟蹤轉(zhuǎn)換進(jìn)入跟蹤狀態(tài)跟蹤轉(zhuǎn)換進(jìn)入跟蹤狀態(tài)跟蹤狀態(tài)：鑒頻器輸出頻率偏離跟蹤狀態(tài)：鑒頻器輸出頻率偏離fi的誤差脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)視放，峰值檢波器成的誤差脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)視放，峰值檢波器成為連續(xù)誤差信號(hào)，再通過(guò)搜索跟蹤轉(zhuǎn)換，用誤差電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電機(jī)作頻率為連續(xù)

47、誤差信號(hào)，再通過(guò)搜索跟蹤轉(zhuǎn)換，用誤差電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)諧電機(jī)作頻率微調(diào)，直到頻率誤差為零。微調(diào)，直到頻率誤差為零。3.4 3.4 本振和自動(dòng)頻率控制本振和自動(dòng)頻率控制3.4.2 3.4.2 穩(wěn)定本振穩(wěn)定本振 FF/2NFNFF/2F/2本振輸出NFMNFMNF+NFF/n重頻輸出相參振蕩本振輸出發(fā)射輸出1.1.鎖相型穩(wěn)定本振鎖相型穩(wěn)定本振2. 2. 晶振倍頻型穩(wěn)定本振晶振倍頻型穩(wěn)定本振基準(zhǔn)振蕩基準(zhǔn)振蕩2分頻分頻相位檢波相位檢波誤差積分誤差積分壓控振蕩器壓控振蕩器N倍頻倍頻混頻濾波混頻濾波功分功分F F特點(diǎn)：頻率精度和穩(wěn)定度高，雜散和相位噪聲低，諧波略大，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，捕獲帶寬略小。特點(diǎn)：頻率精度和穩(wěn)定

48、度高，雜散和相位噪聲低，諧波略大，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，捕獲帶寬略小?；鶞?zhǔn)振蕩基準(zhǔn)振蕩N倍頻倍頻/分路器分路器M倍頻倍頻/分路器分路器n分頻分頻單邊帶混頻單邊帶混頻/濾波器濾波器特點(diǎn)：頻率精度和穩(wěn)定度高，變頻快，相噪較低，雜散略高。特點(diǎn)：頻率精度和穩(wěn)定度高，變頻快，相噪較低，雜散略高。F3.5 3.5 動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍和增益控制3.5.1 3.5.1 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 定義：定義： ， 為接收機(jī)工作時(shí)的最大（飽和）可輸入信號(hào)功率。為接收機(jī)工作時(shí)的最大（飽和）可輸入信號(hào)功率。 工作動(dòng)態(tài)范圍：不限制時(shí)間和接收機(jī)狀態(tài)調(diào)整工作動(dòng)態(tài)范圍：不限制時(shí)間和接收機(jī)狀態(tài)調(diào)整 瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：同一時(shí)刻和同一狀態(tài)下的

49、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：同一時(shí)刻和同一狀態(tài)下的 動(dòng)態(tài)范圍的需求因素：目標(biāo)距離遠(yuǎn)近，動(dòng)態(tài)范圍的需求因素：目標(biāo)距離遠(yuǎn)近，RCS大小和起伏，信號(hào)處理的合適范圍大小和起伏，信號(hào)處理的合適范圍3.5.2 3.5.2 增益控制增益控制 主要指標(biāo)：控制范圍，響應(yīng)時(shí)間，控制特性曲線主要指標(biāo)：控制范圍，響應(yīng)時(shí)間，控制特性曲線n自動(dòng)增益控制（自動(dòng)增益控制（AGCAGC） 特點(diǎn)：控制范圍大（特點(diǎn)：控制范圍大（8080 100dB100dB），響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)（接近秒級(jí)），普遍用于雷達(dá)的自動(dòng)），響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)（接近秒級(jí)），普遍用于雷達(dá)的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)maxiPminmaxlg10iiPPdBDmaxiPmaxiP中放中放包絡(luò)檢波包

50、絡(luò)檢波視放視放峰值檢波峰值檢波低通濾波低通濾波波門選通波門選通AGCAGC專用專用距離波門距離波門 至雷達(dá)信號(hào)處理至雷達(dá)信號(hào)處理3.5 3.5 動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍和增益控制n瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（IAGCIAGC） 特點(diǎn)：控制范圍較小（特點(diǎn)：控制范圍較?。?020 40dB40dB），響應(yīng)時(shí)間短（），響應(yīng)時(shí)間短（5 5 2020 ），用于抑制長(zhǎng)時(shí)），用于抑制長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)干擾，使接收機(jī)在強(qiáng)干擾結(jié)束后迅速恢復(fù)間強(qiáng)干擾，使接收機(jī)在強(qiáng)干擾結(jié)束后迅速恢復(fù)n近程增益控制（近程增益控制（STCSTC）根據(jù)回波信號(hào)的遲延時(shí)間（距離），控制接收機(jī)增益根據(jù)回波信號(hào)的遲延時(shí)間（距離），控制接收機(jī)增

51、益由實(shí)驗(yàn)確定,4727,lg00000kRRRRRRkGGdBG中放中放瞬時(shí)包絡(luò)檢波器瞬時(shí)包絡(luò)檢波器視放視放短時(shí)常數(shù)積分器短時(shí)常數(shù)積分器IAGCIAGC部分部分至雷達(dá)接收機(jī)至雷達(dá)接收機(jī)例如：例如：R0=10km，G0=30dB，k=30dB 當(dāng)當(dāng)R=20km時(shí)的增益為時(shí)的增益為39dB3.5 3.5 動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍和增益控制n人工增益控制（人工增益控制（MGCMGC） 特點(diǎn)：控制范圍較大（特點(diǎn)：控制范圍較大（4040 8 80dB0dB），通常人工進(jìn)行），通常人工進(jìn)行AGC/MGCAGC/MGC選擇，少數(shù)只控選擇，少數(shù)只控視放，用于在復(fù)雜背景（干擾視放，用于在復(fù)雜背景（干擾/ /多

52、目標(biāo)等）下輔助人工檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量多目標(biāo)等）下輔助人工檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量n對(duì)數(shù)中放對(duì)數(shù)中放n限幅中放限幅中放11110,lgiiiiiiLiioSSSSSSkkSkSS例如：例如：Si1=10-10W，k=106，kL=1mW Si=10-8W時(shí)，輸出功率為時(shí)，輸出功率為3 10-3W Si=10-3W時(shí)，輸出功率為時(shí)，輸出功率為8 10-3W中放中放檢波器檢波器視放視放MGCMGC電壓電壓中頻信號(hào)輸入中頻信號(hào)輸入選擇開(kāi)關(guān)選擇開(kāi)關(guān)合成合成MGCMGCAGCAGC中頻信號(hào)輸出中頻信號(hào)輸出STCSTC IAGCIAGC1110,iiiiiioSSSSkSkSS非線性中放會(huì)形成交調(diào)，產(chǎn)生大量的其它頻譜非線

53、性中放會(huì)形成交調(diào)，產(chǎn)生大量的其它頻譜分量，必須通過(guò)中頻濾波器抑制分量，必須通過(guò)中頻濾波器抑制3.6 3.6 濾波和接收機(jī)帶寬濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1 3.6.1 匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波n匹配濾波匹配濾波 滿足最大信噪比準(zhǔn)則的濾波器為匹配濾波器滿足最大信噪比準(zhǔn)則的濾波器為匹配濾波器 白噪聲背景中的匹配濾波器特性為：白噪聲背景中的匹配濾波器特性為： 匹配濾波器的輸出信噪比：匹配濾波器的輸出信噪比： n準(zhǔn)匹配濾波準(zhǔn)匹配濾波 選擇物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際濾波器和參數(shù)逼近匹配濾波器，稱為準(zhǔn)匹配濾選擇物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際濾波器和參數(shù)逼近匹配濾波器，稱為準(zhǔn)匹配濾 波，兩者輸出信噪比的比值定義失配損失

54、：波，兩者輸出信噪比的比值定義失配損失： 0tjeSH02NENS dSdttsE2221 ,20NGnNSENNSNS20max dHNdHSNS202212213.6 3.6 濾波和接收機(jī)帶寬濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1 3.6.1 匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波 各種常用準(zhǔn)匹配濾波器的帶寬時(shí)寬積各種常用準(zhǔn)匹配濾波器的帶寬時(shí)寬積由由 求得求得B Boptopt。脈沖信號(hào)形狀脈沖信號(hào)形狀濾波器頻域特性濾波器頻域特性最佳帶寬脈寬積最佳帶寬脈寬積Bopt失配損失失配損失/dB矩形矩形1.370.85矩形高斯形0.720.49高斯形矩形0.720.49高斯形高斯形0.440矩形單調(diào)諧0.4

55、00.88矩形兩級(jí)參差調(diào)諧0.610.56矩形五級(jí)參差調(diào)諧0.670.503.6 3.6 濾波和接收機(jī)帶寬濾波和接收機(jī)帶寬3.6.2 3.6.2 接收機(jī)帶寬選擇接收機(jī)帶寬選擇n警戒雷達(dá)警戒雷達(dá)盡可能提高檢測(cè)信噪比，故按照盡可能提高檢測(cè)信噪比，故按照B Boptopt設(shè)計(jì)帶寬設(shè)計(jì)帶寬中頻帶寬：中頻帶寬： , , 為為AFCAFC跟蹤殘差跟蹤殘差 視頻帶寬：視頻帶寬：n跟蹤雷達(dá)跟蹤雷達(dá)已有較高的檢測(cè)信噪比，需要提高時(shí)間測(cè)量精度，故已有較高的檢測(cè)信噪比，需要提高時(shí)間測(cè)量精度，故按照包絡(luò)前沿時(shí)間設(shè)計(jì)中放和視放帶寬按照包絡(luò)前沿時(shí)間設(shè)計(jì)中放和視放帶寬xoptRIfBBxf2optvBB520B3.6 3.

56、6 濾波和接收機(jī)帶寬濾波和接收機(jī)帶寬3.6.2 3.6.2 接收機(jī)帶寬選擇舉例接收機(jī)帶寬選擇舉例n警戒雷達(dá)警戒雷達(dá)發(fā)射矩形脈沖寬度發(fā)射矩形脈沖寬度0.50.5 s s，無(wú)，無(wú)AFCAFC跟蹤殘差跟蹤殘差接收機(jī)中放為接收機(jī)中放為5 5級(jí)參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬級(jí)參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為為n跟蹤雷達(dá)跟蹤雷達(dá) 發(fā)射矩形脈沖寬度發(fā)射矩形脈沖寬度0.50.5 s s，無(wú)，無(wú)AFCAFC跟蹤殘差跟蹤殘差接收機(jī)中放為接收機(jī)中放為5 5級(jí)參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬級(jí)參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為為MHzBBMHzBIVI525 .010452MHzBBBMHzBOPTVIOPT67

57、. 05 . 034. 167. 04 4、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備4.1 4.1 雷達(dá)終端顯示器雷達(dá)終端顯示器 4.2 4.2 距離顯示器距離顯示器4.3 4.3 平面位置顯示器平面位置顯示器4.4 4.4 計(jì)算機(jī)圖形顯示計(jì)算機(jī)圖形顯示4.5 4.5 雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取4.1 4.1 雷達(dá)終端顯示器雷達(dá)終端顯示器4.1.1 4.1.1 顯示器的主要類型與指標(biāo)顯示器的主要類型與指標(biāo)1. 1.顯示信號(hào)類型顯示信號(hào)類型模擬顯示模擬顯示/ /一次顯示一次顯示 直接顯示接收機(jī)輸出的模擬信號(hào)直接顯示接收機(jī)輸出的模擬信號(hào)數(shù)字顯示數(shù)字顯示/ /二次顯示二次顯示 顯示經(jīng)過(guò)數(shù)

58、字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)顯示經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)2.2.顯示屏類型顯示屏類型CRTCRT 陰極射線管陰極射線管LEDLEDLCDLCD3.3.顯示色彩顯示色彩單色，多色，彩色單色，多色，彩色4.4.顯示目標(biāo)信息顯示目標(biāo)信息距離距離- -幅度（距離顯示）幅度（距離顯示）距離距離- -方位方位- -幅度（平面位置顯示）幅度（平面位置顯示）距離距離- -仰角仰角/ /高度高度- -幅度幅度距離距離- -方位方位- -仰角仰角- -幅度（空間位置顯示，如飛行員頭盔顯示）幅度（空間位置顯示，如飛行員頭盔顯示）綜合綜合本課程主要討論：模擬本課程主要討論：模擬/CRT/CRT/單色顯示器單色顯示器 4

59、.1 4.1 雷達(dá)終端顯示器雷達(dá)終端顯示器4.1.1 4.1.1 顯示器的主要類型與指標(biāo)顯示器的主要類型與指標(biāo)5.5.模擬模擬/CRT/CRT/單色顯示器的主要指標(biāo)單色顯示器的主要指標(biāo)掃描方式掃描方式 不加信號(hào)時(shí)電子束在顯示屏上的軌跡形狀不加信號(hào)時(shí)電子束在顯示屏上的軌跡形狀直線掃描，圓周掃描，徑向圓周掃描，光柵掃描直線掃描，圓周掃描，徑向圓周掃描，光柵掃描目標(biāo)回波信號(hào)對(duì)電子束的作用目標(biāo)回波信號(hào)對(duì)電子束的作用偏轉(zhuǎn)調(diào)制，亮度調(diào)制偏轉(zhuǎn)調(diào)制，亮度調(diào)制顯示亮度的保持時(shí)間顯示亮度的保持時(shí)間短余輝（短余輝（ s s級(jí)），中余輝（級(jí)），中余輝（msms級(jí)），長(zhǎng)余輝（級(jí)），長(zhǎng)余輝（s s級(jí)）級(jí)）最小掃略線最小掃

60、略線/ /亮點(diǎn)寬度亮點(diǎn)寬度d d（mmmm）最大顯示尺寸最大顯示尺寸圓形圓形r r（cmcm），矩形），矩形L L（cmcm） WW（cmcm）最大分辨數(shù)最大分辨數(shù)圓形圓形4 4 r r2 2/d/d2 2，矩形，矩形L L W/dW/d2 2 4.1 4.1 雷達(dá)終端顯示器雷達(dá)終端顯示器4.1.1 4.1.1 顯示器的主要類型顯示器的主要類型 1. 距離顯示器距離顯示器原理：以掃略線偏離起點(diǎn)的掃略長(zhǎng)度原理：以掃略線偏離起點(diǎn)的掃略長(zhǎng)度L（cm）代表目標(biāo)距離）代表目標(biāo)距離R（km），），R=L C，C為標(biāo)尺系數(shù)（為標(biāo)尺系數(shù)（km/cm）例如：例如：C=10km/cm， L=3cm， R=30km