雷达接收机技术:雷达技术丛书作者简介

弋稳，陕西户县人。1966年毕业于北京工业学院(现在为北京理工大学)电子工程系雷达专业。毕业后，长期在华东电子工程研究所(原西南雷达技术研究所)工作，主要从事微波技术和雷达接收系统的研究工作。曾任该研究所接收研究部主任和部技术委员会主任，现任研究员。先后获部级科技进步奖5项，发表论文和科技报告多篇，1993年获得国务院政府特殊津贴，1994年被评为电子工业部有突出贡献的专家，1996年被授予国家级有突出贡献的中青年专家称号。

雷达接收机是雷达系统的重要组成部分。本书重点介绍了雷达接收机系统及其电路的工作原理、设计方法和技术，阐述了雷达接收机和频率源系统及电路的基本理论、主要组成以及测试方法等，并介绍了近年来发展迅速的现代雷达接收机和频率源的各种新技术。其内容力求实用、先进、通用、系统和完整。

全书共分8章，其中包括:第1章概论，第2章雷达接收机的基本理论，第3章雷达接收系统设计，第4章雷达频率源，第5章雷达接收机的工程设计，第6章雷达接收机的电路设计技术，第7章雷达接收机和频率源的测试技术，以及第8章现代雷达接收机设计展望。

本书作为"雷达技术丛书"之一，其主要读者对象为从事雷达系统、防空体系和相关领域研究、制造、维护、使用的工程技术人员，以及雷达部队官兵，同时也可作为高等学校电子工程系雷达及相关专业研究生和高年级本科生的教科书或参考书。

第1章 概论

1.1 概述?

1.2 雷达接收机的基本工作原理?

1.3 雷达接收机的基本组成?

1.4 雷达接收机的主要技术参数?

1.5 现代雷达接收机?

第2章 雷达接收机的基本理论

2.1 噪声特性?

2.2 匹配网络?

2.3 采样定理?

2.4 频率稳定度?

2.3 采样定理?

2.4 频率稳定度?

第3章 雷达接收系统设计?

3.1 雷达接收系统的组成?

3.2 接收机的低噪声设计?

3.3 变频分析和交调抑制?

3.4 接收机的大动态设计?

3.5 滤波和接收机带宽?

3.6 模/数转换器?

3.7 I/Q正交鉴相?

3.8 灵敏度时间控制与自动增益控制?

3.9 自动频率控制?

3.10 频率源?

第4章 雷达频率源?

4.1 雷达接收机对频率源的要求?

4.2 直接频率合成器?

4.3 锁相频率合成器?

4.4 直接数字频率合成器

4.5 发射激励和测试信号?

4.6 波形设计?

第5章 雷达接收机的工程设计?

5.1 模块化接收机设计方法?

5.2 模块化频率源设计方法?

5.3 雷达接收机的抗干扰技术?

5.4 接收机设计中的电磁兼容问题?

5.5 接收系统的可靠性设计?

第6章 雷达接收机的电路设计技术?

6.1 雷达接收机放大器电路设计技术?

6.2 接收机开关及幅相控制电路的设计?

6.3 接收机滤波器的设计?

6.4 数字接收机电路设计?

6.5 雷达接收电路的CAD技术?

第7章 雷达接收机和频率源的测试技术?

7.1 接收机噪声系数和灵敏度的测试?

7.2 接收机镜像抑制特性的测试?

7.3 接收机通频带的测试?

7.4 接收机动态和增益的测试?

7.5 接收机幅度控制特性的测试?

7.6 接收机相位控制特性的测试?

7.7 接收机A/D转换特性的测试?

7.8 接收机I/Q正交特性的测试?

7.9 频率源功率、频率及杂波抑制度的测试?

7.10 频率源频率稳定度的测试?

7.11 波形特性的测试?

第8章 现代雷达接收机设计展望?

8.1 软件无线电在现代接收机设计中的应用?

8.2 雷达数字接收机?

8.3 HMIC和MMIC在接收机和频率源中的应用?

8.4 超宽带(UWB)雷达接收机技术?

8.5 雷达接收机与电子战、通信接收机一体化技术初探?

8.6 超导接收机?

参考文献

雷达接收机的作用主要是变频、滤波、放大和解调等。滤波的作用是滤除无用的干扰信号而保留有用的目标回波信号；放大和解调的作用是从回波信号中提取目标距离、速度和角度信息，以模拟或数字信号的形式传输给显示器或计算机等终端设备。雷达受到的干扰包括接收机内部和外部的噪声干扰；鸟群、雨雪、海浪、地物反射的杂波干扰；友邻雷达、通信设备的同频干扰；敌方施放的各种有源或无源干扰（见雷达抗干扰）。

组成雷达接收机因体制不同而有不同的组成部分。图中为典型的脉冲雷达超外差接收机的主要组成部分和工作原理。天线收到的目标回波和干扰信号，通过天线收发开关后一般先经过低噪声高频放大器放大,并初步滤除干扰。在混频器中, 高频脉冲信号(中心频率为f0)与来自本振的高频连续波信号(频率为fL)进行混频,输出频率为fi=f0-fL的中频脉冲信号。雷达接收机的中频一般介于0.1～100兆赫之间，但也有采用两次混频的(高中频和中频)。典型的高中频有500兆赫、1000兆赫或更高一些;典型的中频有30兆赫和60兆赫两种。中频信号与原来的高频信号具有相同的频谱形状,只是中心频率由f0移至fi,保留了原回波信号所包含的目标信息。中频信号在多级中频放大器中进行放大和滤波。接收机的频带宽度通常由中频放大器的带宽决定。中频放大器的带宽和频率特性的选择,对滤波作用的影响很大。一般按输出信-噪比最大的准则选取，有的雷达(如精密跟踪雷达)要求波形失真最小。接收机中频放大器实际上起匹配滤波器的作用。在包络检波器中，中频脉冲信号通过非线性的频谱变换作用滤除中频成分，输出视频脉冲，经过视频放大后传输到雷达终端设备。除了这些基本组成部分之外，为了保证雷达接收机的正常工作和提高雷达抗干扰能力，通常还有一些辅助电路，例如手动增益控制电路、自动增益控制电路、自动频率控制电路和各种抗干扰电路等。

主要性能指标衡量雷达接收机性能的主要指标有灵敏度、选择性、可靠性、抗干扰性、动态范围、波形失真和恢复时间等。

灵敏度接收机检测微弱回波信号的能力。接收机灵敏度越高，雷达作用距离越远。雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率S

表示。当接收机的输入信号功率达到S

时,接收机就能检测出这一信号。否则，信号将被淹没在噪声干扰之中而不能检测。由于噪声具有随机性质，噪声中信号检测属于统计判决问题，起作用的是信-噪比。而最小可检测信-噪比(S/N)

，是指保证检测装置具备一定的发现概率和虚警概率所需的最小输入信－噪比。于是，接收机灵敏度的表达式可写为

式中k＝1.38×10J/K为玻耳兹曼常数；Bn为系统的噪声带宽;Ts=Ta＋Te为系统噪声温度;Ta为天线噪声温度；Te=(F-1)290K为接收机有效输入噪声温度;F为接收机噪声系数。但是,

(也称识别系数) 不仅与接收机中频、视频带宽有关，还与脉冲积累数、天线波束宽度、显示器光点直径等因素有关。因此，上述定义的灵敏度不仅与接收机有关，而且还与雷达其他分机性能和雷达工作状态有关。它实际上是雷达整机的一个参数，故称之为实际灵敏度。为了排除接收机以外的因素，需要另行给出定义,此时灵敏度表达式为(S

)0＝KTSBn,称为临界灵敏度,它是专门用来衡量接收机本身的灵敏度。雷达接收机的灵敏度一般以资用功率表示，并常以相对于1分贝毫瓦(dBm)计值，即S

(dBm)＝10 lg S

/10一般超外差雷达接收机的灵敏度为-90～-110dBm。

动态范围接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化范围。在接收机内部噪声电平一定的条件下，信号太弱便不能检测；信号太强，接收机会发生饱和过载，使目标回波显著减小，甚至丢失。因此，动态范围是雷达接收机的一个重要质量指标。最小输入信号强度通常取最小可检测信号S

；允许的最大输入信号强度则根据正常工作的要求确定。所谓正常工作，是指接收机不过载并且对预期特性的偏差不超出一定的标准。例如,对线性接收机通常以增量增益下降不超过1分贝为准；对于对数接收机或限幅接收机则以允许的对数特性误差或限幅特性误差不大于±(5～10)％为准。为了保证对强、弱信号均能正常接收，接收机应有较大的动态范围，这需要采取一定的抗过载饱和措施，如采用瞬时自动增益控制电路、灵敏度时间控制电路和对数放大器等。接收机动态范围的定义式为

式中P

和 U

分别为最小可检测信号功率和电压；P

和 U

分别为接收机正常工作所允许的最大输入信号功率和电压。但是，接收机的动态范围还与输入信号类型有关。当输入信号为点目标回波、分布目标回波或宽带噪声等不同类型时，接收机的动态范围有所不同。

选择性接收机选择所需信号和滤除邻频干扰的能力。

波形失真接收机输出信号波形对其输入高频信号包络波形失真的程度，常用脉冲前沿上升时间、后沿下降时间和顶部降落等参量表示。

可靠性接收机在长期工作过程中，能够稳定工作的时间所占的比例。所谓稳定工作，是指接收机不产生自激，接收机参数（如增益、带宽等）的变化不超出允许范围（每小时参数变化不超过 1％）。接收机基本可靠性一般应大于99％。

抗干扰性接收机对抗各种干扰的能力。干扰包括杂波干扰、邻站干扰和敌方施放的各种干扰。

恢复时间雷达接收机从不能正常工作到恢复正常工作所需要的时间。

主要部件的作用和性能①低噪声高频放大器：为了确保雷达接收机的低噪声性能，提高灵敏度，通常在混频器之前加低噪声高频放大器。高频放大器的功率增益一般应大于20分贝，这样才能减小混频器噪声的影响，降低整个接收机的噪声系数。早期多采用超高频电子管或行波管作为高频放大器件，也有采用微波晶体管高频放大器或参量放大器的。现代雷达接收机大多采用场效应管低噪声放大电路。②微波混频器：按工作方式分为单端混频器和双端混频器(平衡混频器)两种。混频器根据结构又分为同轴线型、波导型和微带型等三种。平衡混频器能抑制偶次谐波所产生的寄生响应和本振噪声的影响。微带型平衡混频器的特点是结构轻巧、制作方便和动态范围较大。③稳定本振器：雷达对接收机本振的稳定性要求很高，如动目标显示雷达要求本振短期频率稳定度高达10 。造成本振频率不稳定的因素很多，采取的措施也各不相同。对机械振动、声振动、电源纹波等干扰调制源可采用防振措施和电子稳压技术减小其影响。本振产生的寄生频率和噪声（如调幅噪声和调相噪声）是较难克服的不稳定因素。其中调幅噪声比调相噪声小得多,可采用平衡混频器加以抑制。因此,对本振稳定度的要求，一般是根据所允许的相位噪声来确定。常用的稳定本振有空腔稳定型、晶振倍频型和锁相型。采用锁相技术不仅可以构成固定频率的稳定本振，还可构成可调谐的稳定本振。本振已广泛采用固态化的频率综合器。④中频放大器：接收机的滤波和放大作用主要靠中频放大器完成。中频放大器的频带宽度和频率特性，直接影响滤波作用，关系着接收机的灵敏度、波形失真等重要指标。为使输出端的信－噪比最大或波形失真最小，中频放大器应有一个最佳的频带宽度和频率特性形状,以实现最佳滤波。匹配滤波器是能给出最大信－噪比的最佳线性滤波器，一般比较难于实现，常用多级中频放大器近似实现。但这会引起一定的失配损失。采用带宽为

(τ 为脉冲宽度)矩形特性的中频放大器时，输出信－噪比损失仅约为0.8分贝。精密跟踪雷达要求波形失真小,一般选带宽

。⑤对数放大器：它不仅是抗过载饱和，提高接收机动态范围的有效措施，还可用以抑制杂波干扰，构成恒虚警电路。对数放大器可用在中频部分，也可用在视频部分。双增益对数中频放大器的对数特性精度很高,用得最多,动态范围可达80～100分贝。⑥恒虚警率处理技术:在强干扰背景下的信号检测，不仅要求有一定的信-噪比,而且要求接收机具有恒虚警率处理能力，以便在干扰强度变化时能自动调整接收机的灵敏度，保持信号检测的虚警率恒定，使自动检测时计算机不致因虚警太多而过载。在杂波包络服从瑞利分布时,广泛应用的恒虚警电路有对数-快时常电路和邻近单元平均恒虚警电路。在干扰的概率分布未知时则须采用非参量恒虚警处理技术。

参考书目

R.L.米切尔著，陈训达译：《雷达系统模拟》，科学出版社，北京，1982。（R.L.Mitchell,Radar Signal Simulation,Artech House,Dedham,1976.）