雷達跟蹤目標抖動及解決方法

陳春杰

（江南機電設計研究所）

1 概述

在雷達接收機系統設計中，動態范圍是一個關鍵性的指標。接收機在接收信號時，由于電離層的變化、衰減和接收信號條件等不同，其輸入端信號在很大范圍內變化，如何保證接收機在接收大范圍變化信號時，信號不飽和失真，使輸出信號保持適當的輸出，以保證接收機正常工作。

在某雷達系統中，當中頻信號輸入為XdB時，雷達接收機未出現飽和；當中頻信號輸入為X+5 d B時（實際應用中的最大中頻輸入信號），雷達接收機出現飽和，S曲線發生畸變如圖其1所示，此時雷達跟蹤鑒別器誤差曲線振蕩如圖2所示，造成跟蹤不穩定。

本文主要闡述了雷達接收機系統動態范圍、最小可檢測信號和允許最大的輸入信號強度。分析了采用自動增益控制調整接收機動態的方法，引起雷達設計者對接收機動態范圍設計的重視。

2 雷達接收信號強度分析

假設某一雷達接收某機載應答機的信號，載機在飛行過程中相對于雷達的最遠和最近距離分別為Rmax=200km和Rmin= 3km。

雷達接收信號強度方程為：

式中：Pr為雷達系統接收機接收信號強度、R為雷達與載機的距離、PG為應答系統口面輻射的信號功率、Gr為雷達系統接收天線增益、L損耗為空間傳輸的綜合損耗、λ為工作波長。

從公式（1）中，可以看出在PG、Gr、L損耗和λ保持不變的情況下，R是影響信號接收強度的主要因素，則:

圖1 雷達接收機S曲線

圖2 接收機飽和時雷達跟蹤鑒別器誤差

通常在實際的應用中，Pr的大小不僅僅是R的影響，還與PG、Gr、L損耗和λ等相關。根據系統中設計的各項指標，按公式（1）可計算出雷達接收信號強度的范圍：Prmax（最小信號）~Prmax（最大信號）。

3 動態范圍

在確定雷達接收信號強度后，如何設計合適的動態范圍滿足系統需求尤為重要。

動態范圍表示接收機能夠正常工作所允許輸入信號強度變化的范圍。最小輸入信號強度通常可取為最小可檢查信號功率，允許最大的輸入信號強度則根據正常工作的要求而定。當輸入信號太強時，接收機將發生飽和而失去放大作用，這種現象稱為過載。接收機開始出現過載時的輸入信號功率Psmax與最小可檢測功率Psmin之比叫做動態范圍，通常動態范圍:

為了保證對強弱信號均能正常接收，要求接收機動態范圍大，就需要采取一定的措施，如采用對數放大器、各種增益控制電路等抗干擾措施。

2.1 最小可檢測信號

雷達系統接收的最小信號Prmin大于最小可檢測信號，在能保證系統能夠檢測出信號。最小可檢測信號：

其中，k為波爾茲蔓常數 1.38×10-23、T為溫度290℃、B為信號處理帶寬、NF為接收機噪聲系數。從最小可檢測信號的計算公式中可以看出：接收機噪聲系數和信號處理帶寬是影響著雷達接收的最小信號。

噪聲系數NF是定量描述一個系統所產生噪聲程度的指數，對于二端口網絡如圖3所示。

圖3 二端口網絡

二端口網絡噪聲系數定義為：

以此類推級聯網絡的噪聲系數：

在雷達系統中，中頻接收前端電路是影響接收機噪聲系數的因素，通常可用噪聲系數分析儀進行其定量的測量。

信號處理帶寬的選擇會影響接收機輸出信噪比和波形失真，選擇最佳帶寬時，可提高靈敏度，又不使波形發生畸變。

2.2 允許最大的輸入信號強度

雷達系統接收的最大信號Prmax小于Psmax，保證以Prmax輸入時，接收機系統工作線性區內。

3 自動增益控制A GC

在雷達設計中，為了保證接收機系統的正常工作，需要增大接收機的動態范圍，這就需要增益控制電路。

圖4 通用AGC邏輯控制框圖

確定了該雷達系統的最小可檢測信號和允許最大的輸入信號強度，可設置合適的自動增益控制電路，保證雷達接收機正常工作。通用A G C邏輯控制框圖如圖4所示，在圖4中PriIF為中頻輸入信號，ProIF為中頻輸出信號，AAGC為自動增益控制信號。

A G C控制電路由峰值檢波器和低通濾波器組成。接收機輸出的視頻脈沖信號，經峰值檢波，再由低通濾波器濾出低頻部分，得出A G C控制信號，它輸入到中頻放大器就起到增益自動控制作用。當輸入信號增大時，視頻放大器輸出隨之增大，引起自動增益控制增大，引起中頻放大器的增益降低。反之，當輸入信號減小時，中頻放大器的增益增大。保證無論輸入信號的強弱，經A G C放大后能得到基本穩定的輸出信號。

結語

動態范圍是雷達接收機的關鍵性指標，接收機動態范圍不滿足雷達系統實際應用的需要，引起雷達跟蹤目標誤差振蕩，造成跟蹤目標的不穩定。從系統應用的角度，分析雷達接收系統動態范圍，即接收機接收的可檢測最小信號和允許輸入的最大信號，通過設計自動增益控制電路設置滿足要求的系統動態范圍。

[1]丁鷺飛,耿富錄著.雷達原理.[M]西安電子科技大學出版社.2002.

[2]戈穩著.雷達接收機技術.[M]電子工業出版社.2002.