第二章雷达信号频率的测量 §2.1概述 频率测量的重要性 1.频率是雷达功能和用途的反映 2.频率是选择分选和识别雷达信号的重要参数 3.频率对准是有效干扰的有效保证 指标体系 1.测频时间IFM(瞬时测频) P=ΔF/∫2-f1截获时间:达到给定截获概率所用时间tm≤Tr+bh 测频范围:ΩRF:测频系统最大可测的雷达信号频率范围 瞬时带宽:Δ:任一瞬时可测的频率范围 频率分辨力:△f:所能分开的两个同时到达信号的最小频率差 测频误差:fm=±△f 3.信号形式: △t<10n a)同时信号的分离能力 10ns<△t<l20ns b) Simin,D:保证精确测频条件下输入信号功率变化范围 技术分类: 频率取样法搜索频率窗:截获概率,频率分辨力矛盾 毗邻频率窗:但增加信道数量 变换法!相关器:比相法FM FFT压缩(SAW),声光,DFFT 2.2频率搜索接收机 组成P17Fig2-2 1.高端:选频 2.中放 3.检波,视放 4.信道:f=mf+n/R
第二章 雷达信号频率的测量 §2.1 概述 一．频率测量的重要性 1． 频率是雷达功能和用途的反映 2． 频率是选择分选和识别雷达信号的重要参数 3． 频率对准是有效干扰的有效保证 二．指标体系: 1．测频时间 IFM(瞬时测频) PIF1 = Dfr / f 2 - f 1 截获时间：达到给定截获概率所用时间 tIF1 £ Tr + tth 2． 测频范围：WRF ：测频系统最大可测的雷达信号频率范围 瞬时带宽：Dfr ：任一瞬时可测的频率范围 频率分辨力：Dfr ：所能分开的两个同时到达信号的最小频率差 测频误差： 2 1 df max = ± Dfr 3． 信号形式： î í ì cw pulse : t min a) 同时信号的分离能力 î í ì < D < D < ns t ns t ns 10 120 10 b) Simin ，D：保证精确测频条件下输入信号功率变化范围 三．技术分类： ï ï ï ï î ï ï ï ï í ì î í ì î í ì FFT SAW DFFT IFM 压缩（ 声光， 相关器：比相法 变换法： 毗邻频率窗：但增加信道数量 搜索频率窗：截获概率，频率分辨力矛盾 频率取样法： : ), 2.2 频率搜索接收机 一．组成 P17 Fig2-2 1．高端：选频 2．中放 3．检波，视放 4．信道： fi = mfl + nfR
m=1,n=-1,JR=f-f-—主信道 m=-1,n=1,fR=f+f——镜频信道 抑制镜频信道:①高中频②零中频③逻辑判别 5.超外差接收机P19,Fig2-4 ①窄带超外差②宽带超外差100~200MHz③宽带预选超外差 例某超外差搜索接收机测频范围为[lGHZ,2GHZ],中频频率30MHZ,频率搜索周期lms 中放带宽2MHZ,试求 )本振的频率变换范围和调谐函数f( 2)若有频率为1125MHZ的连续波信号到达,求视频输出波形 解:1)本振频率变化范围:[100+30MHZ,2000+30MHZ] f()=1000+30Mz+(2000100zxt/03 1030MHZ +10MHZ xI', t'=mod(t,lms 2)在搜索过程中,输出信号有无的时间t,12: f(2)-1125MZ=30+M∥解4=0.124mS f(1)-1125MZ=30-1MHZ 2=0.126m 波形: 射频调谐的晶体视频接收机P19,Fig2-4 1.预选器:调谐作用 2.检波器:脉冲,电平超过门限即认为有信号 3.增加 SImin:前选器,后选器 从此向前见赵国庆讲义 三.频率搜索形式: 1.分类::连续,步进,单程,双程 2.特点:显示,控制 四.搜索速度的选择: a)频率慢可靠搜索:T≤IN=ZT,搜索概率为1 △f, f-f≤艺△f 2.频率快速可靠搜索:T≤x,=
m = 1,n = -1, fR = fl - fi ——主信道 m = -1,n = 1, fR = fl + fi ——镜频信道 抑制镜频信道：①高中频 ②零中频 ③逻辑判别 5.超外差接收机 P19,Fig2-4 ①窄带超外差 ②宽带超外差 100～200MHz ③宽带预选超外差 例 某超外差搜索接收机测频范围为[1GHZ,2GHZ]，中频频率 30MHZ，频率搜索周期 1ms， 中放带宽 2MHZ，试求： 1）本振的频率变换范围和调谐函数 f (t) L 2）若有频率为 1125MHZ 的连续波信号到达，求视频输出波形 解：1）本振频率变化范围：[1000+30MHZ,2000+30MHZ] ( ) ( ) MHZ MHZ t t (t ms) f t MHZ MHZ MHZ t L 1030 10 ', ' mod ,1 1000 30 2000 1000 ' 10 6 3 = + ´ = = + + - ´ - 2）在搜索过程中，输出信号有无的时间 1 2 t ,t ： ( ) f (t ) MHZ MHZ f t MHZ MHZ L L 1125 30 1 1125 30 1 2 1 - = + - = - 解得： t ms t ms 0.126 0.124 2 1 ¢ = ¢ = 波形： 0 t1 t2 1ms 二．射频调谐的晶体视频接收机 P19,Fig 2-4 1．预选器：调谐作用 2．检波器：脉冲，电平超过门限即认为有信号 3．增加 simin:前选器，后选器 从此向前见赵国庆讲义 三．频率搜索形式： 1． 分类：；连续，步进，单程，双程 2． 特点：显示，控制 四．搜索速度的选择： a) 频率慢可靠搜索： 搜索概率为 1 2．频率快速可靠搜索： Þ
f2-f.f2-fi 缺点:可能建立稳定大幅度振荡,ν↑→幅度↓ 频率搜索概率 例某宽带滤波-高中频搜索接收机测频范围为[2GHZ4GHZ],Z=l,被测雷达的脉冲重复周 期1ms,波束宽度2°,圆周扫描,周期5秒,试求: 1)宽带滤波的通带,中频频率的选择,本振的搜索范围 2)采用频率慢可靠搜索的搜索周期和最窄的接收机带宽 解:1)宽带滤波通带:[2000MHZ,4000MHZ f>(4000-20Mz/2=1000MHZ,选为120MHZ 本振搜索范围:[3200MHZ,5200MHZ] )照射时间:T=5×29/3600=1365,取T=T,由 4000-01×10-3解得:4÷103×200m=12MmBE §2.3比相法IFM 鉴相器:φ=O7→>O=φ/T,P23.Fig2-9 最大相位差为:的=-头=2r(2-fT=2::一=于 u,=2KA(1 cost) 二.正交鉴相器: ∫Ur=K42cos 1U= KA2 sing示波器或测量Ub→ 极性量化器 1.二比特量化器0°~360°四等分,△φ=90°4/4 2.多比特:cos(φ-a)=cos( atga sinφ+cos n(φ-a)=cos(asinφ- iga cos(0] a=45时,三比特,8等分,△φ=45°,Δ∫/8 a=22.5°时,四比特,16等分,△p=225°4/16
缺点：可能建立稳定大幅度振荡，vf Þ 幅度 ¯ 3． 频率搜索概率： 例 某宽带滤波-高中频搜索接收机测频范围为[2GHZ,4GHZ]，Z=1，被测雷达的脉冲重复周 期 1ms，波束宽度 2°，圆周扫描，周期 5 秒，试求： 1）宽带滤波的通带，中频频率的选择，本振的搜索范围 2）采用频率慢可靠搜索的搜索周期和最窄的接收机带宽 解：1）宽带滤波通带：[2000MHZ,4000MHZ] f i > (4000 - 2000)MHZ 2 = 1000MHZ ,选为 1200MHZ 本振搜索范围：[3200MHZ,5200MHZ] 2）照射时间：T s s = 5´ 2° 360° = 1 36 ，取T f = Ts ，由 3 1 10 4000 2000 - ³ ´ - D r f f T 解得： f r MHZ 72MHZ 1 36 10 2000 3 = ´ D ³ - §2.3 比相法 IFM 一．鉴相器：f = wT ® w = f /T ，P23. Fig2-9 最大相位差为: \ 二．正交鉴相器： ——示波器或测量UI,UQ ® f 三．极性量化器： 1．二比特量化器 0°～360°四等分， o Df = 90 Df / 4 2．多比特： sin( ) cos( )[sin cos( 0] cos( ) cos( )[ sin cos ] f a a f a f f a a a f f tg tg - = - - = + o a = 45 时，三比特，8 等分， o Df = 45 ，Df / 8 o a = 22.5 时，四比特，16 等分， o Df = 22.5 Df /16
△F n比特,4f=-,△F测频范围 四.多路鉴相的并行运用: 1.组成 26Fig2-13 △F △f T—一第一路延时线长度 m—每一路量化比特数 n一相邻支路延时时间差 k——并行路数 3.码字校正 (1)频率编码,高位及零点的多余路 (2)低位灵敏,高位不灵敏,用低位校位高位 五.同时到达信号检测 小=中-中,4 △中= arctan sin(中2-A) arcsin √a+cos(2一) 2.第二类:易引起错误 3.同时到达信号检测 单信号:自混频,无输出,无标志 多信号:混频,有输出,有标志 六.误差分析:φ=OT 42=十Δ妈十Δ十△好 △φe:5°鉴相器性能 △:量化误差△=△,△中=360—最小的量化单元宽度 △φN:内部噪声 △p:同时到达信号 七.IFM接收机的组成及主要技术指标P29,Fig2-16 组成:限幅放大器消除幅度影响 延时鉴相器编码,输出频率 同时到达信号检测:消除不可靠测量 门限检测/定时检测:消除噪声及低SNR信噪比信号影响,保证一段时间指测
n 比特， n F f 2 D D = ， DF 测频范围 四．多路鉴相的并行运用： 1．组成 P26 Fig2-13 2． T——第一路延时线长度 m——每一路量化比特数 n——相邻支路延时时间差 k——并行路数 3．码字校正： （1）频率编码，高位及零点的多余路 （2）低位灵敏，高位不灵敏，用低位校位高位 五．同时到达信号检测 1．第一类： ， ， 2．第二类：易引起错误 3．同时到达信号检测： 单信号：自混频，无输出，无标志 多信号：混频，有输出，有标志 六．误差分析： f = wT Dfc ：5°鉴相器性能 Dfq ：量化误差 n q 2 360 , 2 3 o D = D D = f f f ——最小的量化单元宽度 DfN ：内部噪声 Dfi ：同时到达信号 七．IFM 接收机的组成及主要技术指标 P29, Fig2-16 1．组成： 限幅放大器 消除幅度影响 延时鉴相器 编码，输出频率 同时到达信号检测：消除不可靠测量 门限检测/定时检测：消除噪声及低 SNR 信噪比信号影响，保证一段时间指测
量一个信号 2.技术参数 (1)AF=1/Tmm,Tm最短延时线长度 (2)4,1Mz频率分辨力 (3)σf用统计描述,如均方根法 (4)截获概率时间:当脉冲宽度大于最长延迟线的延迟时间时,对单个脉冲 频率截获概率→1,原则上讲,频率截获时间为一个脉冲重复周期 (5) SI,-40~-50dBm,D:50~60dB (6)同时到达信号处理 (7)测频时间100~300ns (8)寂静时间50~70ns 高密度信号环境下的应用受到了限制 例某比相法瞬时测频接收机测频范围[2GHZ,4GHZ],3路并行运用,相邻迟延比为4,最长 迟延支路的量化为3bt,试求: 1)三路迟延的时间,理论测频精度 2)若有223MHZ信号输入,试求其测频编码输出 解:1)T1=1/(4-2)0°=0.5ms,72=471=2ns,T3=472=8n 4-23×0.5×10=156251z 2)通过第一迟延支路的相位差: p1=2×0.5×103×2223×100=2×1.1115 0.1115×2r 取模为:0.1115×2π,编码 为 0.5丌 通过第二迟延支路的相位差 中2=4×中=2x×4446,取模为:0.446×2丌 0446×2兀 为01 0.57 通过第三迟延支路的相位差: ,=2x×4446×4=2×17784,取模为:0.784×27, 0.784×2丌 编码:int =6,为110 0.25 测频编码由高到低为:0001110
量一个信号 2． 技术参数： （1）DF = 1/ T min ,T min 最短延时线长度 （2） Df ，1MHz 频率分辨力 （3）sf 用统计描述，如均方根法 （4）截获概率时间：当脉冲宽度大于最长延迟线的延迟时间时，对单个脉冲 频率截获概率® 1，原则上讲，频率截获时间为一个脉冲重复周期 （5）simin,-40～-50dBm, D: 50～60dB （6）同时到达信号处理 （7）测频时间 100～300ns （8）寂静时间 50～70ns 高密度信号环境下的应用受到了限制 例 某比相法瞬时测频接收机测频范围[2GHZ,4GHZ]，3 路并行运用，相邻迟延比为 4，最长 迟延支路的量化为 3bit，试求： 1）三路迟延的时间，理论测频精度 2）若有 2223MHZ 信号输入，试求其测频编码输出 解：1）T 1 (4 2)10 0.5ns,T 4T 2ns,T 4T 8ns 2 1 3 2 9 1 = - = = = = = f 15.625MHZ 4 2 0.5 10 1 3 1 3 9 = ´ ´ D = - - 2）通过第一迟延支路的相位差： 2 0.5 10 2.223 10 2 1.1115 9 9 1 = ´ ´ ´ ´ = ´ - f p p 取模为：0.1115´2p ，编码： ÷ ø ö ç è æ ´ p p 0.5 0.1115 2 int ，为 00 通过第二迟延支路的相位差： f2 = 4´f1 = 2p ´4.446 ，取模为：0.446´ 2p ， 编码： ÷ ø ö ç è æ ´ p p 0.5 0.446 2 int ，为 01 通过第三迟延支路的相位差： f3 = 2p ´ 4.446´ 4 = 2p ´17.784 ，取模为：0.784´ 2p ， 编码： 6 0.25 0.784 2 int ÷ = ø ö ç è æ ´ p p ，为 110 测频编码由高到低为：0001110