雷达对抗技术-第2章-补充1

-1-一、接收机中的变频干扰雷达回波信号通过接收系统时所产生的各类变频干扰，是影响接收系统性能的一个重要因素。因而在设计接收系统时，必须充分考虑这一因素的影响。下面我们由混频单元中产生的变频干扰出发，来分析各种变频干扰的产生原因及其抑制方法。实际上，作用到混频器上的信号无非是本振信号、有用信号、干扰信号和噪声四种。它们之间的任意两种或多种信号都有可能互相组合而产生干扰频率，不同原因产生的变频干扰在接收机中有特定的名称，图1为变频干扰的分类及其产生原因示意图。组合频率干扰组合频率干扰又称为混频器干扰哨声，是由于混频器不满足时变参量线性电路的条件而产生的。这时，信号本身的谐波不可忽略，其产生干扰的条件是()lcipfqffF(2-1)其中lf为本振信号频率，cf为有用信号频率，if为中频信号载频，ifF为落在中频信号通带内的频率值，通常ifF，而且ilcfff，因此式(2-1)可以改写为1cipffqp(2-2)上式表明，当信号频率与中频频率满足一定的关系时，就会产生干扰哨声，若p和q取不同的整数值，则可能产生干扰哨声的频率就会有无限多个。但实有用信号本振信号干扰信号本振噪声（组合频率干扰）（倒易混频干扰）（交调干扰）（互调干扰）（寄生通道干扰）图1变频干扰的分类Fig.1Classificationoffrequency-changingdisturbances（本振噪声干扰）2际上，接收机的工作频段总是有一定宽度，能够进入到接收机的信号频率是有限制的。另外，组合频率分量的振幅总是随着pq的增加而迅速地减小，因而只有对应于p和q值较小的信号才会产生明显的干扰哨声。由此可见，减少干扰哨声的方法是合理地选择中频频率，将产生强干扰哨声的频率移到接收机通带以外，其次是限制信号的本振电压不宜过大。寄生通道干扰如果混频器前的高频放大器存在非线性失真，则当频率为mf的干扰信号通过放大器时，产生了mf的各次谐波，它们与本振信号的各次谐波差拍，如满足lmipfqff(2-3)则该干扰信号将通过接收机，称这种干扰为寄生通道干扰（或称组合副波道干扰）。引起寄生通道干扰的信号可能是雷达回波信号中固有的，也可能是在高频放大电路中产生的。将式(2-3)改写为1mlipfffqq(2-4)上式表明，寄生通道干扰频率总是对称地分布在与lpfq间隔为1ifq的两侧，图2给出了1q时干扰频率的分布情况。由图可见，当本振频率一定时，混频电路就能为频率等于图中所示任一数值的干扰信号提供寄生通道，将它变换到中频。同组合频率干扰一样，只有对应p和q值较小的信号才会产生较强的干扰。在寄生通道干扰中，有两种干扰信号我们要重点分析，一是0p，1q时，miff，称为中频干扰，另一种是1pq时，mlifff，称为镜频干扰。对于中频干扰，混频电路实际上是起到中频放大电路的作用，因而它具有比有用信号更强的传输能力；对于镜频干扰，它具有与有用信号相同的变换能力。这两种干扰信号一旦加到混频器的输入端，就无法将其削弱或抑制。减小中频和镜频干扰的主要方法是提高混频前各级电路的选择性，同时合理地选择中频，使这两种干扰信号落到接收机通带外。-3-交叉调制（交调）干扰交调干扰是由混频器或接收系统中各级电路的非线性特性造成的。为了分析的方便，我们以高频放大器为例来分析交调干扰。高频放大器的传输特性可以用三阶麦克劳林展开式表示为23123()()()()oiiiutautautaut(2-5)若加到高频放大器的回波信号中包含有用信号()st和一系列干扰信号()ivt（i=1，…n），即1()()()()inutstvtvt(2-6)将式(2-6)代入式(2-5)得2121111323111111()()()()2()()()()()3()()3()()()()()()nnnnoiiijiiijnnnnnniijijkiijijkutastvtaststvtvtvtaststvtstvtvtvtvtvt(2-7)由式(2-7)可以看出:a)大量干扰信号可利用接收机的选择性滤除；b)干扰信号之间相互作用产生的互相调制干扰，简称为互调干扰，其大小与a2、a3大小有关，与信号无关；c)第三种是干扰信号调制了有用信号，从而改变了有用信号的频谱成分，这部分我们称为交叉调制。很明显，它不能用后面的滤波器滤掉。假定除了有用信号的线性分量和交叉调制干扰以外的其它频率成份都能被接收机滤波器滤除，则输出信号2131()()3()()noiiutastastvt(2-8)这里()ivt可以表示为()1()sin()iiiiivtVettt(2-9)其中()iet和()it分别为干扰信号的幅度和相位调制信息，i为干扰信号角if0p1p2plf2lfcfliff2liff2liff……f图2寄生通道干扰频率分布情况（q=1）Fig.2Distributionofparasiticalchanneldisturbance（q=1）04频率，iV为干扰信号振幅，将式(2-9)代入式(2-8)得221311cos2[()]()()3()12()()2iniioiiittutastastVetet(2-10)把上式中不能通过滤波器的项去掉，最终可得高频放大器的输出为221313()()()12()()2noiiiiutastastVetet(2-11)这是我们用三阶麦克劳林展开式来描述高频放大器的传输特性时得到的交调干扰结果，当用更高阶数的展开式来描述放大器的传输特性时，还会产生其它的交调干扰，但由于展开式中的高次项系数非常小，因而完全可以忽略。可以看出，交调干扰仅与干扰信号的幅度有关，而与其频率无关，当干扰信号是调幅信号时，其调制包络将转移到回波中频信号的振幅中去，因而是一种危害性更大的干扰。减小交调干扰的方法是尽量提高接收系统的选择性。互相调制（互调）干扰互调干扰在上面对交调干扰的分析中已经谈到过，通常是回波信号在通过混频器或存在非线性失真的模拟器件时，多个干扰信号之间相互作用引起的，但在有用信号幅度较大时，多个有用信号之间或者有用信号与干扰信号之间也会产生互调干扰。本振噪声干扰和倒易混频干扰这两种干扰都是由于本振信号频谱纯度不够而引起的。激励机在向接收系统提供的本振信号中，不可避免地会产生噪声，其频谱按本振回路谐振特性曲线形状分布。这样，混频器就可以把那些与本振信号相差一个中频的噪声频谱分量变换为中频通带内的噪声，使混频电路的输出噪声变大，信噪比降低。通常把这种干扰称为本振噪声干扰。同样，如果有一个强干扰信号进行混频电路，那些与干扰信号频率相差一个中频的本振噪声频谱分量也会被变换到中频通带内，使混频电路的噪声输出进一步增大。这时，可将本振噪声视为输入信号，而将外来强干扰视为本振信号，恰好与原来的混频关系颠倒，故称为倒易混频干扰。减小这两种干扰的唯一方法是减小本振噪声，这就需要提高振荡器选频回路的Q值，Q值越高，谐振曲线越尖锐，对噪声的衰减越大。高频段LC回路的Q值一般不超过300，为了实现高Q回路，通常采用石英晶体滤波器。上面谈到的六种变频干扰中，组合频率干扰、寄生通道干扰、本振噪声干扰和倒易混频干扰是混频电路所特有的，而交调干扰和互调干扰在接收系统具有非线性传输特性的各级电路中都有可能产生。-5-二、接收机的动态范围在雷达系统中，到达接收机的回波信号强度变化范围很大，在接收系统的设计过程中，必须考虑这一因素，以便对接收机的动态范围和各级放大器的增益提出合理的要求。接收机的灵敏度接收机的灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。接收机所能接收到的信号越小，其灵敏度越高。灵敏度的定义为：保持接收机输出端信噪比为特定值，接收天线所必需的最小可分辨信号的感应电动势或额定功率。以额定功率来表示，接收机的灵敏度为minFnSNkTfD(2-12)其中FN为接收机的噪声系数，k为波尔兹曼常数，231.3710(J/K)k，T为绝对温度(K)，nf为接收机的等效噪声通频带，D为接收机输出端所允许的最小信噪比，信噪比小于此值，信号就不能很好地被识别，这一比值称为识别系数。D值的高低取决于接收机终端的性质，为避开各种不同性质的终端对分析的影响，通常将接收机检波器输出端所需要的信噪比，作为识别系数，以说明接收机本身的性能。当D=1时，测得的接收机灵敏度，称为“临界灵敏度”。由式(2-12)可以看出，接收机的噪声系数越小，通频带越窄，环境温度越低，其灵敏度越高。无虚假信号动态范围为了达到最大探测距离和最佳检测效果，要求雷达接收机能够检测接近于其噪声电平的信号。另外，接收机还应该能够承受近距离大散射截面积目标的回波信号，其前端必须能在没有过大失真的情况下，真实地变换大信号。另外，它还必须经受会引起接收机饱和的大功率输入，直到达到永久性破坏那一点为止。接收机的动态范围通常由下式给出20lgDR接收机刚发生过载时输入信号电压最小可检测信号电压(2-13)但是，在雷达系统中，无虚假信号动态范围（SFDR）的概念更为实用。其定义如下：在接收机输入端加两个幅度相等的带内单频信号，使其三阶互调产物落到接收机通带内，加大信号幅度，当互调产物恰好等于接收机分辨带宽rB下的基底噪声功率bN，此时认为是产生虚假信号的临界，记输入信号功率为maxS，则6maxmaxSFDR=()bbiSNGSN(2-14)其中biN为基底噪声bN折合到接收机输入端的等效输入噪声，G为接收机增益。基底噪声功率10lg()bdrFNNBNG(2-15)其中dN为热噪声功率谱密度，FN为噪声系数。当绝对温度290KT时，204dBW/HzdN。接收机的输入三阶截点3IIP与maxS之间满足下列关系3max3122biIIPSN(2-16)将式(2-16)代入式(2-14)得332SFDR=32()3bibibiIIPNNIIPN(2-17)