第 2 章 雷达信号频率的测量
2.1 概述
2.2 频率搜索接收机
2.3 比相法瞬时测频接收机
2.4 信道化接收机
2,1 概述
要点:
l 重要性
l 主要技术指标
l 技术分类
1,重要性
载波频率是雷达的基本, 重要特征, 具有相对稳
定性, 使信号分选, 识别, 干扰的基本依据 。
2.主要技术指标
1) 测频时间
定义:从信号到达至测频输出所需时间, 是确定
或随机的 。
要求:瞬时测频, 即在雷达脉冲持续时间内完成
载波频率测量 。
重要性:直接影响侦察系统的截获概率和截获时
间 。
测频时间 (续 )
? 频域截获概率,
即频率搜索概率, 单个脉冲的频率搜索概率定义为
―― 测频接收机瞬时带宽, f2-f1是测频范围, 即侦察频
率范围
? 截获时间,
达到给定的截获概率所需的时间, 如果采用瞬时测频接
收机, 则单个脉冲的截获时间为
其中 Tr是脉冲重复周期, tth是侦察系统的通过时间 。
12
1 ff
fP r
IF ?
??
rf?
thrIF tTt ??1
2) 测频范围、瞬时带宽、频率分辨力和测频精度
?测频范围:
测频系统最大可测的雷达信号的频率范围;
?瞬时带宽:
测频系统在任一瞬间可以测量的雷达信号的频
率范围;
?频率分辨力:
测频系统所能分开的两个同时到达信号的最小
频率差;
? 测频精度:
把测频误差的均方根误差称为测频精度
不同测频系统的差异
? 晶体视频接收机:
测频范围等于瞬时带宽,频率截获概率= 1,
但频率分辨率很低,等于瞬时带宽。
? 窄带搜索接收机:
瞬时带宽很窄,频率截获概率很低,但频率分
辨率很高。
最大测频误差为:
瞬时带宽越宽,测频误差越大。
rff ??? 21m a x?
3) 可测信号形式
现代雷达信号可以分成脉冲和连续波 。
脉冲信号:低工作比脉冲信号
高工作比的脉冲多普勒信号
重频抖动和参差信号
编码信号
宽脉冲线性调频信号
宽脉冲线性调频信号的测频比较困难 。
测频系统允许的最窄脉宽尽可能窄, 是否可以检
测脉内频率调制等是其重要的指标 。
4)同时信号分离能力
同时到达信号按照两个脉冲前沿的时差分成两
类:
第 1类同时到达信号,<10ns
第 2类同时到达信号,10ns<<120ns
要求测频接收机能够对同时到达信号的频率分
别进行精确的测定, 而且不丢失其中的弱信号 。
5) 灵敏度和动态范围
灵敏度是保证正确的发现和测量信号的前提 。
它域接收机体制和接收机的噪声电平有关 。
动态范围是指保证测频接收机精确测频条件下
信号功率的变化范围, 它包括:
? 工作动态范围:
保证测频精度条件下的强信号与弱信号的功率
之比, 也称为噪声限制动态范围 。
? 瞬时动态范围:
保证测频精度条件下的强信号与寄生信号的
功率之比。
3.现代测频技术分类
搜索超外差接收机
射频调谐晶体视频接收机
多波段晶体视频接收机
信道化接收机
比相法瞬时测频接收机
声光卷积测频收机
压缩接收机
声光接收机
数字傅立叶变换接收机
搜索频率窗
毗邻频率窗
相关/卷积 器
傅立叶变换
频率取样
变换法
测频技术
2.2 频率搜索接收机
要点:
l 搜索式超外差接收机
l 频率搜索形式
l 频率搜索速度
1.超外差搜索的基本原理
微波
预选器
微波
混频器
中频
放大器
检波器
视频
放大器
本振
天线
f
R
f
L
f
I
至处理器
微波预选器的瞬时带宽:
本振频率:
中放带宽:
检波视放有输出信号的条件:
? ? ? ? ? ?? ?2,2 00 rrp ftfftftf ?????
? ? ? ? iL ftftf ?? 0
? ?2,2 riri ffff ????
? ? ? ?tftf pR ?
2.寄生信道及其消除方法
如果在混频器输入同时加入信号 fR和本振信号
fL,由于混频器的非线性作用, 许多频率组合可以
产生中频信号, 其一般关系为:
m,n 为整数,其中当 m=1,n=-1时为主信道,
m=-1,n=-1为镜像干扰,主信道和镜像信道示意如
图:
IRL fnfmf ??
f
I
f
R f L f m
f中频 主频 本振 镜频
? 主信道:超外差
? 寄生信道:
除外
主要寄生信道:
镜像信道:
? 镜像抑制比:
IRL fff ??
1,1,????? nmfnfmf iRL
IRL ffmf ??
ILR fff ??
? ? misimosoms PPPPd ?? lg10
提高镜像抑制的方法
1) 微波预选 -本振统调
搜索过程中预选器跟随本振调谐,实现单信道
接收
2) 宽带滤波 -高中频
用宽带滤波器代替预选器:
提高中频频率:
? ? ? ? ? ?? ?2,2 rILrILp fftffftftf ???????
? ?21,fff p ?
? ? 212 fff I ??
提高镜像抑制的方法 (续)
3) 镜像抑制混频器
采用双平衡混频器, 主信道相加, 镜像信道相减,
可达到 20~30dB
4) 零中频
采用零中频, 但灵敏度较低 。
3,几种典型超外差接收机
1) 窄带超外差接收机
采用微波预选器与本振通调, 对每个分辨单元
顺序搜索 。
射频带宽,20~ 60MHz
优点:频率分辨率高, 灵敏度高, 抗干扰能力
强, 输出信号密度低, 对信号处理要求低 。
缺点:截获时间长,截获概率低,不能检测频
率捷变、线性调频、编码信号。
2) 宽带超外差接收机
瞬时带宽,100~ 200MHz
优点:能检测频率捷变, 线性调频, 编码信号;
截获时间缩短 。
3) 宽带预选超外差接收机
采用宽带预选器和高中频,扩展瞬时带宽。
4.频率搜索方式
1) 连续搜索
N
?
f
f
2
f
1
f
0
r
f?
t
T
f
t
f
N
?
f
f
2
f
1
f
0
tT
f
单程搜索 双程搜索
频率搜索方式 (续)
搜索范围:
搜索周期,Tf
接收时间,tf
脉冲群时间,?N
f
f
2
f
1
f
0
t
等间隔搜索
f
f
2
f
1
f
0
t
灵巧式搜索
12 ff ?
5,频率搜索速度
频率搜索速度有几种方式:
1) 频率慢速可靠搜索
频率慢速可靠搜索 ( 全概率 ) 的条件为:
a) 接收机扫过一个瞬时带宽的时间内收到的脉冲数满足
信号处理和显示的要求, 即
b) 接收机在一个雷达照射时间(脉冲群)扫过整个侦察
频带,即
其中 ―― 雷达天线波束宽度,
―― 雷达天线扫描范围。
rrf ZTff
fT ?
?
?
12
sf TT ?
a
a
as TT ??
?
a?
a?
2,3 比相法瞬时测频接收机
要点:
l 微波鉴相器
l 极性量化器
l 多路鉴相器的并行运用
l 对同时到达信号的分析与检测
l 测频误差分析
l 组成及主要技术指标
2) 频率快速可靠搜索
在一个脉冲宽带内, 接收机搜索完整个侦察频带,

由于高速搜索时, 接收机输出脉冲幅度减小, 一
般具体实现时都采用压缩接收机 。
3) 频率概率搜索
不满足快慢搜索条件下为概率搜索 。
??fT
??fT
1.微波鉴相器
1) 简单微波鉴相器原理如图
鉴相输出信号,
T是延迟线的延迟时间 。
功率
分配
延时
线
相加

检波

? ?TkAU ?c o s12 20 ??
微波鉴相器用于实现信号的自相关运算, 因此需要考虑
以下条件:
?相干的基本条件:
否则不能进行相关运算 。
? 单值测量条件:
这是由最大相移为 2?决定的, 相移与频率的关系为
? 简单微波鉴相器的输出信号幅度与输入信号功率成正

? 简单微波鉴相器的输出信号中有与频率无关的直流分

??T
Tff 112 ??
Tf?? 2?
2) 实用的微波鉴相器原理图
功率
分配
延迟
线
90
o
电桥
检波

差分
放大
?c o s
2
KAU
I
?
?s i n
2
KAU
Q
?
鉴相输出信号

TkAU
TkAU
Q
I
?
?
s in
c o s
2
2
?
?
特点:
l 在 [0,2?]无模糊
l 没有与频率无关的直流分量
输出可用于模拟测频:
? ? TUUtg IQ /1???
2,极性量化器
相关器输出是两路正交的正弦电压, 把它们加
到两个电压比较器上, 进行极性判决, 称为量化 。
对输入信号按照极性量化输出
对量化区间直接编码
? ? ??? ??? 00,01 xxxs i gn
? ? ???????? ????? 2i n t,2,m o d nCT f
?极性量化直接用于 UI,UQ,只能得到 n = 4
?利用三角公式:
对已有的 UI,UQ 用不同的 进行加权求
和,可以得到不同的相位细划和极性量化后的区
间细划。
如,? = ?/4,可得到 n=8,为 3bit量化器
再选 ? = ?/8,可得到 n=16,为 4bit量化器
? ?
? ? ??????
??????
s i ns i nc o sc o sc o s
s i nc o sc o ss i ns i n
???
???
?? c o s,s in
以此类推,通过对 UI,UQ及其加权系列的极
性量化,可以不断提高数字测频的精度。
多 bit量化器的频率分辨率与相位分辨率之间满

其中 ?F是瞬时带宽。单路量化的频率分辨率不
高,实际中使用多路量化器。
FTf ?????? ???? 22
3.多路鉴相器的并行运用
为了同时满足测频范围和频率分辨率的要求,
采用多路方式,两路鉴相器如图示,功




鉴相器
1
鉴相器
2
量化器
1(3bit)
量化器
2(3bit)
输入
编码
T
4T
两路都是 3bit量化器。第一路延迟线延迟时间
为 T,第二路延迟时间为 4T。短延迟输出频率的
高位码,长延迟输出频率的低位码,其频率分辨
率为:
如果选择 k路鉴相器, 相邻迟延比为 n(2i),每路鉴
相器的相位量化为 ibit,最长迟延支路量化为 mbit,
理论测频精度为:
在实际中,一般 k=3,4,m=4~6,n=4,8。
42 3 ?
??? Ff
m i n
1 2
1
Tnf mk ???
4,主要技术参数
l 不模糊带宽,?F倍频程或者更高
l 频率分辨率,1~ 2MHz
l 测频精度,1~ 2MHz
l 频率截获概率,1
l 频率截获时间:脉冲重复周期
l 灵敏度:- 40dBm~ - 50dBm
l 动态范围,50~ 60dB
2.4 信道化接收机
要点:
? 基本工作原理
? 存在问题
1.基本工作原理
信道化采用大量的并行接收和处理信道覆盖测
频范围 。
1) 纯信道化接收机
2) 折叠信道化接收机
2) 时分制信道化接收机
1) 纯信道化接收机原理
1
2
.
.
m
1
1
2
.
.
m
2
1
2
.
.
m
2
1
2
.
.
m
2
第一本振组
第二本振组
门限
检测
判决
编码
纯信道化接收机 工作原理(续)
第一分路器,
第一中放带宽,
第一中频频率,
第一本振组:
第二分路器,
第二中放带宽,
第二中频频率,
第二本振组,
1m
? ? 1121 mfff r ???
? ? 2121 fff i ??
? ? 1,0,5.0 11111 ??????? mjfjfff rijL ?
2m
212 / mff rr ???
2/12 ri ff ??
? ? 1,0,5.02/ 222112 ????????? mjfjffff ririjL ?
纯信道化接收机 工作原理(续)
以此类推:
第 k分路器:
第 k中放带宽:
第 k中频频率:
第 k本振组(低外差):
频率分辨力:
根据接收信号通过的各检测信道
进行频率估计:
纯信道化接收机的波段分路器个数是
km
krkrk mff /1????
2/1??? rkik ff
? ? 1,0,5.02/11 ????????? ?? krkikrkikL k j mjfjffff ?
? ? ????
k k
mfff 12
?2,1,?kn k
2? 1 ffnff
k rkk
?????? ?
2111 mmmL ???
2)折叠信道化接收机
每层中频输出取和后再分路, 分波段只设一个
通道, 减少了设备量 。
缺点是有交迭模糊
3) 时分制信道化接收机
每层中频输出由信访开关转换,有漏失
2,存在问题
?信号谱旁瓣引起相邻多信道同时检测, 可利
用相邻比较解决;
?信号频率本身处于相邻信道边沿处, 可利用
相邻信道处理解决 。