雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)02

1、1/50第第2 章章 雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)量雷達(dá)信號(hào)頻率的測(cè)量 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 頻率搜索接收機(jī)頻率搜索接收機(jī)2.3 2.3 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)2.4 2.4 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī)2.5 2.5 壓縮接收機(jī)壓縮接收機(jī)2/502 21 1 概述概述要點(diǎn)：l 雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重要性要性l 測(cè)頻系統(tǒng)的測(cè)頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)l 現(xiàn)代測(cè)頻現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類技術(shù)分類3/502.1.1 雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重雷達(dá)信號(hào)頻率測(cè)量的重要性要性 雷達(dá)偵察系統(tǒng)的使命在于測(cè)定雷達(dá)等輻射源的坐標(biāo)和特征，而反映其特征的各種信息均包含在雷達(dá)輻射的信號(hào)之

2、中。因此，我們必須對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分析和測(cè)量。重重要性：要性： 1 頻率是雷達(dá)功能和用途的反映 2 頻率是選擇分選和識(shí)別雷達(dá)信號(hào)的重要參數(shù) 3 頻率對(duì)準(zhǔn)是有效干擾的有效保證4/502.1.2 測(cè)頻系統(tǒng)的測(cè)頻系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)1、 測(cè)頻時(shí)間測(cè)頻時(shí)間 定義：定義：從信號(hào)到達(dá)至測(cè)頻輸出所需時(shí)間，是確定或隨機(jī)的。要求：要求：瞬時(shí)測(cè)頻（IFM），即在雷達(dá)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)完成載波頻率測(cè)量。重要性：重要性：直接影響偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時(shí)間。5/50測(cè)頻時(shí)間測(cè)頻時(shí)間(續(xù)續(xù)) 頻域截獲概率頻域截獲概率: 即頻率搜索概率，單個(gè)脈沖的頻率搜索概率定義為 測(cè)頻接收機(jī)瞬時(shí)帶寬， f2-f1是測(cè)頻范圍，即偵察

3、頻率范圍 截獲時(shí)間截獲時(shí)間: 達(dá)到給定的截獲概率所需的時(shí)間，如果采用瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)，則單個(gè)脈沖的截獲時(shí)間為其中Tr是脈沖重復(fù)周期，tth是偵察系統(tǒng)的通過(guò)時(shí)間。121fffPrIFrf1IFrthtTt6/502 2、測(cè)頻范圍、瞬時(shí)帶寬、頻率分辨力、測(cè)、測(cè)頻范圍、瞬時(shí)帶寬、頻率分辨力、測(cè)頻誤差和測(cè)頻精度頻誤差和測(cè)頻精度 測(cè)頻范圍測(cè)頻范圍： 測(cè)頻系統(tǒng)最大可測(cè)的雷達(dá)信號(hào)的頻率范圍；瞬時(shí)帶寬：瞬時(shí)帶寬： 測(cè)頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測(cè)量的雷達(dá)信號(hào)的頻率范圍；頻率分辨力：頻率分辨力： 測(cè)頻系統(tǒng)所能分開的兩個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的最小頻率差；測(cè)頻誤差：測(cè)頻誤差： 測(cè)量得到的信號(hào)頻率值與信號(hào)頻率的真值之差，常用均值和方差

4、來(lái)衡量測(cè)頻誤差的大小。測(cè)頻精度：測(cè)頻精度： 把測(cè)頻誤差的均方根誤差稱為測(cè)頻精度 7/50不同測(cè)頻系統(tǒng)的差異不同測(cè)頻系統(tǒng)的差異 寬開式晶體視頻接收機(jī)：測(cè)頻范圍等于瞬時(shí)帶寬，頻率截獲概率1，但頻率分辨率很低。窄帶掃頻超外差接收機(jī)：瞬時(shí)帶寬很窄，頻率截獲概率很低，但頻率分辨率很高。最大測(cè)頻誤差為：瞬時(shí)帶寬越寬，測(cè)頻精度越低，測(cè)頻誤差越大。 rff21max8/503 3、測(cè)頻的信號(hào)形式、測(cè)頻的信號(hào)形式 現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)可以分成脈沖脈沖和連續(xù)波連續(xù)波。脈沖信號(hào)： 低工作比脈沖信號(hào) 高工作比的脈沖多普勒信號(hào) 重頻滑變和參差信號(hào) 編碼信號(hào) 寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào) 寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào)的測(cè)頻比較困難。 測(cè)頻系統(tǒng)允許的

5、最窄脈寬盡可能窄重要指標(biāo)。9/504 4、同時(shí)到達(dá)信號(hào)的分離能力、同時(shí)到達(dá)信號(hào)的分離能力 同時(shí)到達(dá)信號(hào)按照兩個(gè)脈沖前沿的時(shí)差分成兩類：第1類同時(shí)到達(dá)信號(hào)：t10ns第2類同時(shí)到達(dá)信號(hào)：10ns t120ns要求測(cè)頻接收機(jī)能夠?qū)ν瑫r(shí)到達(dá)信號(hào)的頻率分別進(jìn)行精確的測(cè)定，而且不丟失其中的弱信號(hào)。10/505 5、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍 靈敏度靈敏度是測(cè)頻接收機(jī)檢測(cè)弱信號(hào)能力的象征，是保證正確的發(fā)現(xiàn)和測(cè)量信號(hào)的前提。它與接收機(jī)體制和接收機(jī)的噪聲電平有關(guān)。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍是指保證測(cè)頻接收機(jī)精確測(cè)頻條件下信號(hào)功率的變化范圍，它包括： 噪聲限制動(dòng)態(tài)范圍：噪聲限制動(dòng)態(tài)范圍： 保證測(cè)頻精度條件下的強(qiáng)信

6、號(hào)與弱信號(hào)的功率之比。 瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍： 保證測(cè)頻精度條件下的強(qiáng)信號(hào)與寄生信號(hào)的功率之比。 11/502.1.3 現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類 搜索超外差接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)多波段晶體視頻接收機(jī)信道化接收機(jī)比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)聲光卷積測(cè)頻收機(jī)壓縮接收機(jī)聲光接收機(jī)數(shù)字傅立葉變換接收機(jī)搜索頻率窗毗鄰頻率窗相關(guān)/卷積器傅立葉變換頻率取樣變換法測(cè)頻技術(shù)圖2-1 現(xiàn)代測(cè)頻技術(shù)分類12/502.2 2.2 頻率搜索接收機(jī)頻率搜索接收機(jī)要點(diǎn)：l 搜索式超外差接收機(jī)搜索式超外差接收機(jī)l 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)l 頻率搜索形式頻率搜索形式l 頻率搜索速度的選擇頻率搜

7、索速度的選擇13/502.2.1 搜索式超外差接收機(jī)搜索式超外差接收機(jī)微波預(yù)選器微波混頻器中頻放大器檢波器視頻放大器本振天線fRfLfI至處理器圖2-2 搜索式超外差接收機(jī)原理圖14/50 優(yōu)點(diǎn)： 1）靈敏度高，選擇性好；幅度失真小。 2）能檢測(cè)寬脈沖線性調(diào)頻信號(hào)和相位編碼信號(hào)，且易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 1）存在寄生信道干擾； 2）比晶體視頻接收機(jī)復(fù)雜； 3）搜索時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)短時(shí)間出現(xiàn)的信號(hào)頻率截獲概率低。15/501寄生信道及其消除方法寄生信道及其消除方法 如果在混頻器輸入同時(shí)加入信號(hào)fR和本振信號(hào)fL, 由于混頻器的非線性作用，許多頻率組合可以產(chǎn)生中頻信號(hào)，其一般關(guān)系為：m,n 為整數(shù)，其中當(dāng)m

8、=1, n=-1時(shí)為主信道，m=-1,n=-1為鏡像干擾，主信道和鏡像信道示意如圖： IRLfnfmf圖2-3 主信道與鏡像信道的關(guān)系圖16/50 主信道：超外差 寄生信道： 除外 主要寄生信道： 鏡像信道： 鏡像抑制比： IRLfff,1,1LRImfnffmn IRLffmfILRfff10lgmssomodPP17/502. 幾種典型超外差接收機(jī)幾種典型超外差接收機(jī) 1) 窄帶超外差接收機(jī)窄帶超外差接收機(jī) 采用微波預(yù)選器與本振統(tǒng)調(diào)，對(duì)每個(gè)分辨單元順序搜索。 射頻帶寬：2060MHz 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：頻率分辨率高、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)密度低、對(duì)信號(hào)處理要求低。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：截獲時(shí)間長(zhǎng)，

9、截獲概率低，不能檢測(cè)頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號(hào)。 18/50 2) 寬帶超外差接收機(jī)寬帶超外差接收機(jī) 瞬時(shí)帶寬：100200MHz優(yōu)點(diǎn)：能檢測(cè)頻率捷變、線性調(diào)頻、編碼信號(hào)； 截獲時(shí)間縮短。 3) 寬帶預(yù)選超外差接收機(jī)寬帶預(yù)選超外差接收機(jī) 采用寬帶預(yù)選器和高中頻，擴(kuò)展瞬時(shí)帶寬。 19/502.2.2 2.2.2 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī) 射頻調(diào)諧（RFT）晶體視頻接收機(jī)是一種最簡(jiǎn)單的接收機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單，工作可靠，體積小，重量輕，成本低 缺點(diǎn)：靈敏度低，測(cè)頻分辨力和精度不高。圖2-4 射頻調(diào)諧晶體視頻接收機(jī)原理圖20/502.2.3 2.2.3 頻率搜索方式頻率搜索方式

10、 1) 1) 連續(xù)搜索連續(xù)搜索 Nff2f1f0rftTftfNff2f1f0tTf單程搜索雙程搜索圖2-5 連續(xù)搜索時(shí)間圖21/502) 2) 步進(jìn)搜索步進(jìn)搜索 搜索范圍： 搜索周期：Tf 接收時(shí)間：tf 脈沖群時(shí)間：Nff2f1f0t等間隔搜索ff2f1f0t靈巧式搜索12ff 圖2-6 步進(jìn)式頻率搜索時(shí)間圖22/502.2.4 2.2.4 頻率搜索速度頻率搜索速度的選擇的選擇頻率搜索速度有幾種方式：1. 頻率慢速可靠搜索頻率慢速可靠搜索頻率慢速可靠搜索（全概率）的條件為：a) 接收機(jī)在一個(gè)雷達(dá)照射時(shí)間（脈沖群）掃過(guò)整個(gè)偵察頻帶，即 其中 為脈沖群內(nèi)脈沖數(shù)， 為脈沖重復(fù)周期。b) 接收機(jī)掃

11、過(guò)一個(gè)瞬時(shí)帶寬 的時(shí)間 內(nèi)收到的脈沖數(shù)滿足信號(hào)處理和顯示所需的脈沖數(shù)Z ，即21rffrftTZTfffNNrTZ TNZrTrfft23/50 2. 頻率快速可靠搜索頻率快速可靠搜索在一個(gè)脈沖寬帶內(nèi)，接收機(jī)搜索完整個(gè)偵察頻帶，即fT圖2-7 頻率快速可靠搜索時(shí)間圖頻率搜索速度應(yīng)滿足2121ffffffvT24/50圖2-8 線性掃頻接收機(jī)的輸出電壓波形 (a) 慢速掃頻 (b) 快速掃頻慢速掃頻：隨著掃頻速度的提高，脈沖幅度不變， 但脈沖寬度減小?？焖賿哳l：隨著掃頻速度的提高，脈沖幅度減小， 脈沖寬度變化不大。接收機(jī)輸出:25/503. 頻率概率搜索頻率概率搜索 偵察接收機(jī)的頻帶與雷達(dá)信號(hào)的

12、頻譜重合是一個(gè)隨機(jī)事件。 不滿足可靠搜索條件下為概率搜索。 由于高速搜索時(shí)，接收機(jī)輸出脈沖幅度減小，因此搜索接收機(jī)的掃頻速度不宜過(guò)大。一般具體實(shí)現(xiàn)時(shí)都采用壓縮接收機(jī)。26/502.3 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī) 2.3.1 組成和組成和主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)1 1、比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的組成、比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的組成圖2-9 比相法瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的組成27/50 限幅放大器： 1、提高接收機(jī)靈敏度； 2、對(duì)強(qiáng)信號(hào)限幅，減小因信號(hào)幅度變化對(duì)測(cè)頻精度的影響。 延時(shí)線鑒相器： 實(shí)現(xiàn)頻率-相位變換 門限檢測(cè)/定時(shí)控制： 1、降低虛警率； 2、降低由于噪聲激勵(lì)而引起的測(cè)頻誤差； 3、減

13、小同時(shí)到達(dá)信號(hào)對(duì)測(cè)頻誤差的影響； 4、復(fù)位測(cè)頻系統(tǒng)。 同時(shí)到達(dá)信號(hào)檢測(cè)： 檢測(cè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)，標(biāo)記因同時(shí)到達(dá)信號(hào)存在而引起的錯(cuò)誤測(cè)頻，以示頻率數(shù)據(jù)不可靠。 頻率編碼： 對(duì)鑒相器輸出的電壓進(jìn)行極性量化，完成編碼和校碼。28/502 2、主要技術(shù)參數(shù)、主要技術(shù)參數(shù)l 不模糊帶寬F ：1個(gè)倍頻程或者更高l 頻率分辨單元：可達(dá)1MHzl 頻率精度： 12MHzl 頻率截獲概率：趨近于1l 頻率截獲時(shí)間：1個(gè)脈沖重復(fù)周期l 靈敏度：40dBm 50dBml 動(dòng)態(tài)范圍：5060dBl 測(cè)頻時(shí)間：100300nsl 遮蔽時(shí)間：5070ns29/502.3.2 2.3.2 微波鑒相器微波鑒相器1. 簡(jiǎn)單微波鑒相

14、器原理如圖簡(jiǎn)單微波鑒相器原理如圖鑒相輸出信號(hào): T是延遲線的延遲時(shí)間。K為檢波效率。 2021 cosUKAT圖2-10 簡(jiǎn)單微波鑒相器30/50微波鑒相器用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的自相關(guān)運(yùn)算，因此需要考慮以下條件：相干的基本條件： 否則不能進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。 單值測(cè)量條件： 這是由最大相移為2決定的，相移與頻率的關(guān)系為 信號(hào)自相關(guān)函數(shù)輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)功率成正比 簡(jiǎn)單微波鑒相器的輸出信號(hào)中有與頻率無(wú)關(guān)的直流分量，應(yīng)盡量消除其影響。minTTff112Tf231/502. 實(shí)用的微波鑒相器原理圖實(shí)用的微波鑒相器原理圖 功率分配延遲線90o電橋檢波器差分放大cos2KAUIsin2KAUQ圖2-11 一種常

15、用的微波鑒相器32/50鑒相輸出信號(hào) 合成矢量的模為相角為合成矢量的相位與載波頻率成正比，實(shí)現(xiàn)了頻-相變換2fT圖2-12 正交函數(shù)的合成矢量TkAUTkAUQIsincos222UK A33/502.3.3 極性量化器極性量化器 00,01xxxsign 相關(guān)器輸出是兩路正交的正弦電壓，把它們加到兩個(gè)電壓比較器上，進(jìn)行極性判決，稱為量化。對(duì)輸入信號(hào)按照極性量化輸出對(duì)量化區(qū)間直接編碼2int,2 ,modnCTf34/50極性量化直接用于UI、UQ，只能得到n = 4利用三角公式： 有的UI、UQ 用不同的 進(jìn)行加權(quán)求和，可以得到不同的相位細(xì)劃和極性量化后的區(qū)間細(xì)劃。如： = /4，可得到n=

16、8，為3bit量化器再選 = /8，可得到n=16，為4bit量化器sinsincoscoscossincoscossinsincos,sin35/50 以此類推，通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)UI、UQ及其加權(quán)系列的極性及其加權(quán)系列的極性量化，可以不斷提高數(shù)字測(cè)頻的精度。量化，可以不斷提高數(shù)字測(cè)頻的精度。多多bit量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足量化器的頻率分辨率與相位分辨率之間滿足 其中其中 F是瞬時(shí)帶寬。單路量化的頻率分辨率不是瞬時(shí)帶寬。單路量化的頻率分辨率不高，實(shí)際中使用多路量化器。高，實(shí)際中使用多路量化器。 FTf2236/502.3.4 多路鑒相器的并行運(yùn)用多路鑒相器的并行運(yùn)用 為了同時(shí)滿足測(cè)

17、頻范圍和頻率分辨率的要求，采用多路方式，兩路鑒相器如圖示： 功率分配器鑒相器1鑒相器2量化器1(3bit)量化器2(3bit)輸入編碼T4T37/50 兩路都是3bit量化器。第一路延遲線延遲時(shí)間為T，第二路延遲時(shí)間為4T。短延遲輸出頻率的高位碼，長(zhǎng)延遲輸出頻率的低位碼，其頻率分辨率為： 如果選擇k路鑒相器，相鄰遲延比為n，最長(zhǎng)遲延支路量化為mbit，其頻率分辨率為： 在實(shí)際中，一般k=3,4, m=46, n=4,8。 423Ff111,2mkfFnTT 38/5039/502.4 2.4 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī) 要點(diǎn)： 基本工作原理基本工作原理 信道化接收機(jī)信道化接收機(jī)存在存在的的問(wèn)題問(wèn)

18、題 信道化接收機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用信道化接收機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 40/502.4.1 基本工作原理基本工作原理 信道化采用大量的并行接收和處理信道覆蓋測(cè)頻范圍。包括：1） 純信道化接收機(jī)2) 頻帶折疊信道化接收機(jī)3) 時(shí)分制信道化接收機(jī) 圖2-13 多波道接收機(jī)41/501. 純信道化接收機(jī)原理純信道化接收機(jī)原理12.m112.m212.m212.m2第一本振組第二本振組門限檢測(cè)判決編碼圖2-14 純信道化接收機(jī)簡(jiǎn)化方框圖42/50純信道化接收機(jī)純信道化接收機(jī)工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）第一分路器: 第一中放帶寬: 第一中頻頻率:第一本振組： 第二分路器 :第二中放帶寬 :第二中頻頻率:第二本振組 :1

19、m1121mfffr2121fffi1, 0,5 . 011111mjfjfffrijL2m212/mffrr2/12riff1, 0,5 . 02/222112mjfjffffririjL43/50純信道化接收機(jī)純信道化接收機(jī)工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）以此類推：第k分路器： 第k中放帶寬： 第k中頻頻率： 第k本振組（低外差）： 頻率分辨力：根據(jù)接收信號(hào)通過(guò)的各檢測(cè)信道 進(jìn)行頻率估計(jì)：純信道化接收機(jī)的波段分路器個(gè)數(shù)是 kmkrkrkmff/12/1rkikff1, 0,5 . 02/11krkikrkikLkjmjfjffffkkmfff122 , 1,knk21ffnffkrkk2111mmmL44/502.2.頻帶折疊信道化接收機(jī)頻帶折疊信道化接收機(jī) 與純信道化接收機(jī)相比，它在每一級(jí)增加了一個(gè)“取和電路”，卻為下一級(jí)省