雷达原理与系统总复习(三)雷达原理第三章——雷达接收机
本文是《雷达原理与系统》课程的复习专题总结的第三讲,雷达接收机
一、超外差接收机的基本组成
二、接收机主要质量指标(灵敏度、带宽、动态范围等)
1.接收机灵敏度
最小可检测信号功率Si,min,即接收机可以正常接收并检测信号的最小信号功率
接收机灵敏度主要受噪声电平的限制
这个和数字无线电所讲内容一样
2.工作带宽
工作带宽,是指一个通信系统的最大可工作的带宽。这个主要由射频前端的收发滤波器或者收发双工器决定。
接收机频率变化范围
抗干扰性能需要大带宽(香农第一定理)
灵敏度需要窄带宽(这里的灵敏度不是接收机灵敏度,而是雷达的距离分辨力)
因为第一章讲的距离分辨力公式
3.动态范围
接收机正常工作所容许的输入信号的强度的变化范围
也就是从接收机灵敏度Si,min开始,到接收机过载的输入信号功率范围
4.中频的选择和滤波特性
(中频的选择就是中频频率的选择)
中频的选择:取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器件性能
滤波特性:匹配滤波(后面会详细讲)
这个在数字无线电讨论的比较多
5.工作稳定性以及频率稳定度
工作稳定性:当环境(含电源)发生变化时,接收机性能受影响的程度
频率稳定度(相参本振):影响相参积累的性能
相参积累在后面章节会详细讲
6.抗杂波和干扰能力
杂波抑制、频率捷变
7.微电子化和模块化结构
三、接收机的噪声系数和灵敏度
1.接收机噪声
主要包括两类:热噪声和宇宙噪声(总称天线噪声)
等效噪声带宽:
2.噪声系数与噪声温度
噪声系数:
这里的F是噪声系数,和上面的F含义相同
噪声源的噪声温度是T0=290K(参考温度),玻尔兹曼常量k=1.3806505(24) × 10^(-23)
这个公式特别重要,因为在天线系统中,天线是单口元件,F定义不适用。所以,在已知天线的噪声温度推导系统输出噪声功率时,不要用噪声系数,改用噪声温度。
3.级联电路的噪声系数
注意:这里的公式中F是比值形式而不是分贝dB形式
F的式子表示级联电路的噪声系数计算
Te的式子表示级联电路的等效噪声温度计算
4.接收机灵敏度
其中令
M为为识别系数,即接收机输出端的最小可检测信噪比
四、AGC、IAGC、STC等电路的作用
1.接收机的动态范围
(定义见本章第二节笔记)
这个是分贝描述信号的基本公式,如果是能量相关(例如功率)就乘20,如果是幅度相关(如电压电流等)就乘10,因为涉及能量都有个平方,平方在对数里可以提到前面作为系数,就变成2了
2.AGC自动增益控制
AGC的作用:调整接收机的增益,以保证接收机在适当的增益范围内工作
3.IAGC瞬时自动增益控制
IAGC的作用:使干扰衰减而目标的增益不变
干扰持续期为τn,目标脉冲宽度为τ
则小时间常数电路的时间常数τi设计为: τi =(5~20)τ<τn
4.STC灵敏度时间控制
STC的主要作用:抑制近程杂波和干扰,防止接收机过载饱和
这一部分只考定性的概念,例如每个部分的作用等
五、匹配滤波器
这一部分通信原理讲的比较多,可以看一下
匹配滤波器是在输入信号为确知信号加白噪声的情况下,所得的输出信噪比最大的线性滤波器,它的作用就是让输出信噪比最大。
设计一个与脉冲信号 s(t) 相匹配的滤波器,当接收信号 r(t) 通过它后,在 t=t0 处抽样,使抽样值具有最大信噪比
在所有线性滤波器中,匹配滤波器的输出信噪比最大,为2E/N0
常规矩形脉冲的匹配滤波器:
这个例子中s(t)不是匹配滤波器而是信号
在这种情况下,匹配滤波器的输出信噪比
2E/N0=A2τ/N0
实际中,只能实现近似匹配
六、其他
1.接收机的高频部分
(可以回过头看看一开始的接收机结构图)
主要包括收发开关、低噪放(高放),混频器等
这些后面应该会详细讲,要是没讲就不太会考,后面可以再补充更新一下
2.接收机本振的AFC控制电路
AFC(自动频率控制):控制稳定本振或控制磁控管振荡器,使中频输出或磁控管输出频率维持稳定。
锁相环(PLL)
3.接收机带宽的选择
1.警戒雷达
要求高灵敏度,但测距精度要求不高。带宽选取为:
射、中频带宽:𝐵𝑅𝐼=𝐵𝑜𝑝𝑡+𝛥𝑓;
视频带宽:𝐵𝑣≥𝐵𝑜𝑝𝑡2
2.跟踪雷达
要求波形失真小。总带宽选取为:
𝐵𝑜=2~5/𝜏
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