現代雷達接收機的特性

鄭迎賓

摘 要

接收機是雷達系統中重要的組成部分，其性能的優劣直接影響雷達整體的探測性能。文章從引用現代雷達接收機的工作原理出發，通過論述幾個影響接收機性能的重要質量指標，包括噪聲系數、靈敏度、動態范圍、濾波及穩定性等，來研究幾種不同工作機制下雷達接收機的特性，對相關工作人員具有一定的學習參考價值。

【關鍵詞】雷達接收機 回波信號 指標 特性

在雷達系統中，雷達接收機具有至關重要的作用。雷達接收機的主要功能就是能夠從雷達探測的大量信息中選擇有用的信息，其工作過程是通過對雷達天線接收到的微弱信號進行一系列的選擇，包含預選、放大、混頻、濾波、解調等處理過程，同時還要對內外部的干擾信號、噪聲、雜波進行抑制及過濾，得到有用的目標回波信號，以供信號處理需要。一般來說，警戒雷達、跟蹤雷達等所探測的飛行器、船只、車輛及人員信息是有用回波信號，而云、雨等對于氣象雷達是有用回波信號。

1 雷達接收機的工作原理

雷達接收機主要由模擬電路、數字電路、微波電路及信號處理單元組成。現代雷達系統基本上都采用超外差式接收機，他由高頻放大、混頻、中頻放大、檢波、視頻放大等電路組成，其組成框圖如圖1所示。

實際應用中，為了提高接收機的性能，其組成還要更為復雜些。例如，為保證接收機在寬帶工作，進行二次混頻；為提高信號質量，加入線性濾波；為了穩定本振，使用性能高的頻率綜合器等。

2 幾個重要指標

對于現代雷達來說，我們對接收機追求的共性可概括為噪聲低、動態范圍大、工作頻帶寬、穩定性好及性價比高等。

2.1 噪聲系數和靈敏度

雷達接收機的噪聲分為內部噪聲和外部噪聲。內部噪聲主要由接收機內部微波或高頻元器件及饋線產生，外部噪聲主要由天線噪聲、工業干擾、宇宙射線干擾及人為干擾等。噪聲系數常用F表示，定義為接收機輸入與輸出端的信噪比，公式為：

靈敏度用來表示接收機能探測到微弱信號的能力。高靈敏度的雷達，探測微弱信號的能力大，相應的探測距離就會更遠；相反亦之。靈敏度常用最小可檢測信號功率Simin來表示。

式中，k為玻爾茲曼常數；T0為17℃下的熱力學溫度290K；Bn為系統噪聲帶寬；M稱為“識別系數”，定義為接收機最小輸出信噪比值（（So/No）min），它因不同體制雷達而變化。

2.2 動態范圍和增益

雷達接收機的動態范圍表示，在正常工作時，接收機所允許輸入信號的強度范圍。太弱的輸入信號，會被接收機忽略掉；信號太強，接收機則會發生過載飽和。因此，在實際應用時，通常采用對數放大器來擴展動態范圍。

接收機增益通常表示為輸出信號與輸入信號功率或電平的比值，是指對回波放大的能力。

2.3 濾波性能

雷達接收機的濾波性能直接影響對系統噪聲的控制情況，關系到接收機的靈敏度、波形狀況等指標，它取決于雷達中頻部件的頻率特性。我們在進行濾波設計時，要充分考慮濾波器帶寬比，使其性能盡可能接近“匹配濾波器”以提高接收機輸出的信噪比。

2.4 穩定性

接收機的穩定性主要指頻率、幅度及相位的穩定。頻率穩定一般取決于本振信號穩定度，它是直接影響整個雷達系統在從多樣雜波中對目標物的識別及檢測能力，也稱作改善因子。幅度及相位的穩定主要影響測量的精度。

3 現代雷達接收機的種類及特性

當然，可以根據工作體制及不同的用途來劃分雷達種類，比如氣象雷達、警戒雷達、制導雷達、預警雷達和精密跟蹤雷達等。而雷達接收機應用到不同種類的雷達上，其工作體制與技術實現方式也不盡相同。

3.1 全相參雷達接收機

全相參是指雷達的發射機激勵信號、本振信號及各種定時器觸發脈沖信號等時基信號全部由同一基準信號提供，這些信號之間有確定的相位關系，以確保所有信號的相參性。在雷達接收系統中，信號源一般為頻率綜合器。

全相參雷達接收機的主要優點是可以對回波信號進行多普勒信息的提取與處理，大大提高了探測距離和速度的分辨力，比如氣象雷達應用中地物回波的踢除。

3.2 相控陣雷達接收機

相控陣雷達的天線為天線陣列，由m個子陣組成，每個子陣有n個收發模塊，共m*n個收發模塊。這些收發組件主要包含功率放大器、高頻低噪放大器、環形器、隔離器、移相器和控制電路等。天線陣列的每個子陣將n路回波信號合成子陣波束，送至對應的子陣接收機，共m通道接收機。在每個通道接收機中，輸出的正交數字信號包含了目標物的多種信息。因此，相控陣雷達接收機除了在頻域和時域探測信號外，還具有空域濾波功能。

3.3 氣象雷達接收機

對于氣象雷達來說，有用的回波信號是云雨，它主要探測云雨的強度、移動速度、位置及范圍。這就需要接收機具處理有大動態范圍氣象回波的能力。除此，為了更好地探測速度精度、抑制雜波及相干累積效果，需要頻率綜合器具有很好的穩定性。

4 結束語

通過對以上多種接收機的特點研究學習，對雷達設備使用及維修人員來說，可以更加深入的了解接雷達接收機的相關特性， 以便充分的利用雷達性能及優越的發揮其使用價值。

參考文獻

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