雷达接收机
雷达的基本组成
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。
雷达发射机产生辐射所需强度的脉冲功率，其波形是脉冲宽度为K而重复周期为T的高频脉冲串。
发射机现有两种类型：一种是直接震荡式（如磁控管振荡器），它在脉冲调制器控制下产生的高频脉冲功率被直接馈送到天线；另一种是功率放大式（主振放大式），它是由高稳定度的频率源（频率综合器）作为频率基准；在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线的。
功率放大式发射机的优点是频率稳定度高且每次辐射式相参的，这便于对回波信号进行相参处理，同时也可以产生各种所需的复杂脉压波形。
发射机输出的功率馈送到天线，而后经天线辐射到空间。
脉冲雷达天线一般具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得较大的观测距离。
同时，天线的方向性越强，天线波瓣宽度越窄，雷达测向得精度和分辨力就越高。
常用的微波雷达天线是抛物面反射体，馈源放置在焦点上，天线反射体将高频能量聚成窄波束。
天线波束在空间的扫描常采用机械转动天线来得到，由天线控制系统来控制天线在空间的扫描，控制系统同时将天线的转动数据送到终端设备，以便取得天线指向的角度数据。
根据雷达用途的不同，波束形状可以是扇形波束，也可以是针状波束。
天线波束的空间扫描也可以采用电子控制的办法，它比机械扫描的速度快，灵活性好，这就是20世纪末开始日益广泛使用的平面相控阵天线和电子扫描的阵列天线。
前者在方位和仰角两个角度上均实行电扫描；后者是一位电扫描，另一维为机械扫描。
脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要高速开关装置，在发射时，天线与发射机接通，并与接收机断开，以免强大的发射功率进入接收机把接收机高放混频部分烧毁；接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免微弱的接收功率因发射机旁路而减弱。
这种装置称为天线收发开关。
天线收发开关属于高频馈线中的一部分，通常由高频传输线和放电管组成，或由环行器及隔离器等来实现。
《雷达接收机》课件
VS
详细描述
雷达接收机的高性能化主要体现在接收灵 敏度、动态范围、抗干扰能力等方面的提 升。这需要采用先进的信号处理技术和高 性能的器件来实现。
小型化与集成化
总结词
随着便携式和无人机等应用领域的快速发展 ，雷达接收机的小型化与集成化成为了一个 迫切的需求。
详细描述
通过采用先进的微电子技术和封装技术，将 雷达接收机的各个组件集成在一个小型化的 封装中，从而实现雷达接收机的小型化和集 成化。这有助于提高设备的可靠性和降低成 本。
雷达接收机通过接收和分 析气象目标的回波信号， 能够准确监测降雨、风速 、风向等气象参数。
灾害预警
雷达接收机能够及时发现 强降雨、冰雹等灾害性天 气，为灾害预警和应急响 应提供依据。
气候研究
雷达接收机提供的高时空 分辨率数据可用于气候变 化研究，帮助科学家了解 和预测气候变化趋势。
航空交通管制
空中交通监控
总结词
雷达接收机的抗干扰能力是指其抵御外部干扰信号影响的能力。
详细描述
抗干扰能力强的雷达接收机能够降低噪声、杂波和干扰信号的影响，提高目标识别的准确性和可靠性 。
稳定性
总结词
雷达接收机的稳定性是指其性能参数随时间和环境变化的能力。
详细描述
稳定性好的雷达接收机能够在不同环境和条件下保持稳定的性能参数，确保长时间工作 的可靠性和稳定性。
选择性好的雷达接收机能够有效抑制无用信号和干扰，只接收特定频率的信号， 从而提高信号的纯净度和准确度。
动态范围
总结词
雷达接收机的动态范围是指其接收强信号和弱信号的能力范围。
详细描述
动态范围大的雷达接收机能够在强信号和弱信号之间进行平滑切换，确保不同强度的目标回波都能够被有效接收 和处理。
雷达原理3- 雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机 3.1.2
1. 灵敏度 灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W.
接收机的工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线系统、高频放大器和 本机振荡器)的性能。 带宽是不是越宽越好？
第3章雷达接收机
3. 动态范围 动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号
强度变化的范围。 最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率Si min,
允许最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。 使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
3.1.1 超外差式雷达接收机的组成 l接收机的任务
发 射脉 冲 噪声
被 噪声 淹 没 的信 号
图3.3 显示器上所见到的信号与噪声
第3章雷达接收机 2. 接收机的工作频带宽度
接收机的工作频带宽度种类？
接收机的顺时带宽是指，该部件在特定的增益（有时是相位）容差内能 同时放大两个或两个以上信号的频带。
调谐带宽是指该部件在调整适当的电气或机械旋钮时可以工作，而不降 低指定性能的频带。
高频地波雷达数字接收机设计
２ 接收机设计原则
雷达接 收机设 计 目标 是使 接收机 能从 噪声 背景 中
对于不同体制和频率的雷达只要更 改 Ｄ Ｐ软件就能 Ｓ
适应 。
最佳地分离出所需要的回波信号 ， 考虑因素包括系统 噪声 、 系统增益、 灵敏度 、 动态范围和带宽等问题 。接
收机 的设 计 还与应 用背景 、 射波形 的形 式 、 性 以及 发 特
平 坦度 ０３ Ｂ，５ ｚ ．ｄ ４ ＭＨ 处抑 制度 大 于 ６ ｄ 。 ０Ｂ
（ ）Ａ Ｃ的选择 ２ Ｄ
Ａ Ｃ的选 择 原 则 是 在 较 容 易 实 现 的前 提 下 优 选 Ｄ
大动态 范 围 的 Ａ Ｃ Ｄ 。另外 ， 由于接 收 通道 多 ， 需 所
Ｆ ＧＡ Ｐ
Ａ Ｃ也就多 ， Ｄ 因此 Ａ Ｃ的功耗及体积也 是必须考虑 Ｄ 的因素。在射频宽开低通采样的结构中， 为防止由于 Ａ Ｃ采样频率 （ 低而引起的 Ａ Ｄ量化结果频率混 Ｄ ） ／ 迭现 象 ， 要求 Ａ Ｃ采 样时 钟 的频率 大于 ２倍 的射 频 Ｄ 频率 （ 最大 ３ Ｍ ｚ ， 以 要大 于 ６ Ｍ ｚ ０ Ｈ ）所 ０ Ｈ 。提高 采样频率可以改善 Ａ Ｃ的检测能力 ， Ｄ 在可实现的范围 应选择采样率 高的 Ａ Ｃ Ｄ Ｄ 。Ａ Ｃ的动态范围取决于它
和设 计 ， 进行 了实 际验证 。验证 结 果 表 明 该数 字 接 并 收机设计 正确 、 理 。 合
数 字接 收机 的优点 ：
（） １ 模拟电路少 、 功耗低 、 体积小 ； （ ）数 字 ｒＱ平衡 度好 ； ２ ／
（ ）数 字 电路有较 好 的灵活 性 ， ３ 同一个 硬件平 台 ，
３ 数 字接 收机 设计方案
３１ 数字 接收 机硬 件平 台 ．
雷达系统基础知识解析
雷达系统基础知识解析雷达系统是一种以电磁波为载体，利用接收机接收反射回来的信号，获得目标的位置、速度、形状、运动状态等信息的远程探测手段。
在现代军事、民用、科研等领域中，雷达系统得到了广泛应用。
本文将从雷达的原理、分类、应用等方面进行分析，对雷达系统进行基础知识解析。
一、原理雷达系统的探测原理基于电磁波的回波信号。
雷达系统通过向目标发送一个连续波或者脉冲波，这些波被目标反射后返回到雷达接收机。
接收机接收到的信号被处理后，可以提供目标的位置、速度、方向、距离等信息。
雷达系统的原理主要包括两个方面：1. 电磁波的传输和反射雷达系统中常用的电磁波包括微波、毫米波、红外线等，其中微波是最为常用的。
雷达发射的微波成为发射波，这些波穿过空气，到达目标后会被目标吸收或反射。
被反射回来的波成为回波，这些回波被接收机接收并处理，从而得到目标的信息。
2. 接收和处理雷达系统中的接收机可以接收发射的信号，并进行处理。
接收机的处理可以包括信号的放大、滤波、检波等，从而得到有效的目标信息。
接收机通常还会通过多普勒现象对目标的速度进行测量。
二、分类按照不同的特征，雷达系统可以分为多种不同类型：1. 脉冲雷达脉冲雷达通常使用的是短脉冲信号来探测目标。
这种雷达系统能够测量目标的距离和位置，但对于目标的速度探测能力较弱。
2. 连续波雷达连续波雷达通常使用连续发射的信号来探测目标。
这种雷达系统能够测量目标的速度和方向，但对于目标的距离探测能力较弱。
3. 相控阵雷达相控阵雷达使用多个发射天线和接收天线，这些天线可以通过计算机进行编程，从而形成一个具有指向性的波束。
相控阵雷达能够非常精确地探测目标的位置和速度。
4. 毫米波雷达毫米波雷达使用的电磁波在波长上较短，因此具有很强的穿透能力和抗干扰能力。
毫米波雷达通常被用于捕捉小物体的距离信息。
三、应用雷达系统的应用主要包括以下几个方面：1. 军事领域在军事领域中，雷达系统可以作为一种重要的侦察装备，能够探测敌方的目标信息，从而进行有效的作战指挥。
雷达接收机的工作原理
雷达接收机的工作原理雷达接收机是一种将雷达信号从接收天线传到解调器的机制，其主要作用是将来自雷达天线的电磁波转化为电信号，以供后续处理。
雷达接收机是雷达系统中至关重要的一部分，其主要工作就是接收反射信号，提取目标信息，然后对目标进行跟踪和定位。
雷达接收机的工作原理：雷达接收机的工作原理可以简单地分为两个步骤：第一步是将返回天线的电磁波转化为电信号，第二步是对电信号进行放大和滤波，然后将其输送到解调器以及其他处理单元进行处理。
第一步：将接收到的电磁波转化为电信号雷达接收机使用共振回路来将接收天线接收到的电磁波转化为电信号。
共振回路是一个可以与特定频率振荡的电容和电感组合的电路元件。
当接收天线接收到电磁波时，它会将电场和磁场分别指向接收天线的两个端口。
这些场产生的电压被输入到共振回路中，从而产生振荡电压。
第二步：对电信号进行放大和滤波在将来自天线的信号转化为电信号之后，雷达接收机会将其进一步将其放大和滤波。
接收到的电信号通常非常微弱，因此需要一个放大器来提高信噪比，同时也要进行滤波，以去除任何不需要的频率成分。
滤波的目的是去除噪声和干扰，从而提高雷达系统的灵敏度。
雷达接收机中的放大器和滤波器通常采用晶体管、IO 器件组成的电路。
这些电路可以根据不同的频率和信号强度条件进行优化，以提高雷达系统的性能。
总结：雷达接收机是雷达系统中至关重要的一个部件。
它负责将来自雷达天线的电磁波信号转化为电信号，并对其进行放大和滤波来去除噪声和干扰。
雷达接收机的主要任务是提取目标信息，从而实现目标跟踪和定位。
在雷达系统中，雷达接收机的性能往往是决定系统性能的关键因素之一。
因此，对于雷达系统的设计和优化而言，雷达接收机是一个非常关键的组成部分。
雷达介绍
1.雷达的定义雷达是对于远距离目标进行无限探测、定位、侧轨和识别的一种传感器系统。
2.最基本的雷达系统的组成图1-1 雷达系统的基本原理2.1 雷达发射机雷达发射机（transmitter）的作用是产生辐射所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线。
2.2 天线天线的作用是将雷达发射机馈送来的高频脉冲信号辐射到探测空间2.3 接收机接收机的主要任务是把微弱的目标回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度。
2.4 目标检测和信息提取目标检测和信息提取等任务是实现雷达接收机输出信号的进一步处理3. 雷达天线天线是雷达系统中发射和接收电磁波的装置，是雷达系统与外界联系单的纽带。
他的主要作用是：(1) 将雷达发射机产生的高能量电磁波辐射(有一定的方向性)向外部自由空间(空气或其他媒介)；(2) 接收目标的回波(包括外部噪声)。
4. 雷达发射机雷达发射机的作用是产生所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线发射出去。
常见的雷达发射机可分为单级振荡式发射机和主振放大发射机两类。
4.1 单级振荡式发射机组成图4-1单级振荡式发射机组成框图单级振荡式发射机，由于脉冲调制器直接控制振荡器工作，每个射频脉冲的起始射频相位是由振荡器的噪声决定，因而相继脉冲的射频相位是随机的，即受脉冲调制的振荡器所输出的射频脉冲串之间的信号相位是非相参的。
所以，有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。
4.2主振放大发射机主振放大式发射机由多级组成，图4-2是其基本组成框图。
图4-2 主振放大式发射机组成框图主控振荡器用来产生射频信号；射频放大链用来放大射频信号，提高信号的功率电平；主振放大式因此而得名。
主控振荡器常由基准振荡器、本机振荡器和相干振荡器等组成微波振荡器组。
由于微波振荡器组常由固体器件组成，所以也称它们为固体微波源。
现代雷达要求主控振荡器的输出频率很稳定。
射频放大链一般由一至三级射频功率放大器级联组成。
第三章 雷达接收机
临界灵敏度
Si,m inkT0BnF 0M
Si,m inkT0BnF0
令M=1
对数表示
Si,m in(dB m W )10lgS 1 i0 ,m i3 n(dB m W ) Si,m in(dB m W ) 114dB 10lgB n(M H z) 10lgF 0
一般接收机的灵敏度在-90~-110dBmW
1. 噪声系数只适用于接收机的线性电路和准 线性电路。(非线性电路,需要考虑输出信号 与噪声的交叉项)
2. 为使噪声系数具有单值确定性，规定输入 噪声以天线等效电阻在室温290K时产生的 热噪声为标准。噪声系数只由接收机本身 参数确定。
3. 噪声系数没有单位。通常用分贝表示
4. 无源四端网络的噪声系数
图3.13，P60
雷达接收机的高频部分
发射机
收发转换开关
接收机保护电路
收发开关
本机振荡
高频放大器
天线
混频器接收机保 低噪声高 护器来自放至主中放前置中放
本级振荡器
混频器
接收机的 “前端”
收发转换开关
功能：
发射时，使天线与发射机接通，同时与接收机断开， 避免高 功率发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。 接收时，使天线与接收机接通，同时与发射机断开，以免因发 射机旁路而使微弱的接收信号受损失。
F 0 1 T 0 F 1 1 T 0 F 2 G 1 1 T 0 F G 3 1 G 2 1 T 0 G 1 G F 2 n G 1 n 1 T 0
T e T 1 G T 2 1 G T 1 G 32 G 1 G 2 T nG n 1
接收机灵敏度
衡量接收机接收（检测）微弱信号的能力。
使接收机开始出现过载时的输入功率与最小 可检测功率之比
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N0
～ u2n＝4kTRB n
负载阻抗与信号源
内阻匹配时，信号
源输出的信号功率
最大
Z*R＝sR－jX
No
?
( un )2 R 2R
?
un2 4R
额定噪声功率
RZ＝R＋jX
N0
～ u2n＝4kTRB n
Z*R＝sR－jX
N0
?
un2 4R
?
kTBn
任何无源二端网络的额定噪声功率只与其温度 T 和通带 Bn有关。
NiGa
实际接收机输出的额定噪声功率与“理想
接收机”输出的额定噪声功率之比。
N0 ? NiGa ? ? N ? kT0 BnGa ? ? N
F ? N0 ? 1 ? ? N
Ni Ga
kT0 BnGa
? N ? ?F ? 1?kT0BnGa
接收机内部噪 声在输出端所 呈现的额定噪
声功率
关于接收机噪声系数的几点说明
噪声系数的定义
Si/Ni Ga, △N
So/No
定义：接收机输入端信号噪声比和输出端
信号噪声比的比值。
F ? Si Ni S0 N0
它表示由于接收机内部噪声的影响，使接 收机输出端的信噪比相对其输入端的信噪 比变化的倍数。
噪声系数的另一定义：
F ? Si Ni ? N0
? N0
S0 N0 Ni S0 Si
微弱信号 噪声和干扰 高频信号
放大 滤波 检波（解调）
接收机结构
超外差式接收 ：将接收信号与本机振荡电路 的振荡频率，经混频后得到一个中频信号， 这称为外差式接收。得到固定的中频信号后 再经中频放大器放大的，称为超外差式。中 频信号经检波后得到视频信号。
1、在中频上要比在射频上更容易得到所需 的滤波器形状、带宽、增益和稳定性。 2、减小半导体闪烁噪声（ 1/f 噪声）的影 响，提高接收机灵敏度
Rmax
?
???(4PπtG) 2AS?i min
?1/4 ? ?
★ 灵敏度
能
信号
量
目标距离
能
信号
量
目标距离
如果不存在噪声，则不管目 标回波有多小，理论上都能 够检测到。
噪声 但实际系统都不可避免地在 噪声，因此接收机的输入信 号功率如果低于噪声水平， 目标就会完全淹没在噪声中， 从而不可能被可靠地检测出 来。
ΔN=kTeBnGa
温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时 接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”
相位检波器
cos?
sin?
接收机的主要质量指标
? 灵敏度 ? 放大倍数（增益） ? 动态范围 ? 中频的选择和滤波特性 ? 抗干扰能力 ? 工作稳定性
★ 灵敏度
衡量接收机接收（检测）微弱信号的能力。通 常用最小可检测信号功率 Simin表示。
能检测的信号越微弱 , 则接收机的灵敏度越高 , 因而雷达的作用距离就越远。
2、中频放大器，包括匹配滤波器
3、检波器和视频放大器
天线
近程增益 控制(STC)
AGC
收发开关 接收机保护器 低噪声高频放大器
混频器 中频放大器 中频增益衰减 中频滤波器
发射机 稳定本振
对数放大器
线性放大器
相干本振
检波器
包络检器
uI(t)
频
放
uQ (t)
大
器
限幅放大器
外部噪声 由天线进入接收机的各种人为干
扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰 和天线热噪声等。
电阻热噪声
由导体中自由电子的无规则热运动形成
起伏噪声电压均方值
u
2 n
?
4kTRBn
k为波尔兹曼常数，k=1.28*10^(-23)J/K, T为电阻绝对温度，R 为电阻阻值，Bn为带宽
额定噪声功率
? 额定信号功率
内容提要
接收机的任务和组成 接收机的主要质量指标 接收机的噪声系数和灵敏度 接收机的高频部分 本机振荡器和自动频率控制 接收机的动态范围和增益控制 滤波和接收机带宽
雷达接收机的任务
通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号 从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大 和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算 机控制的雷达终端设备中。
RL
F ? No = 1 NiGa Ga
接收机外部噪声可用天线噪声温度 TA来表示, 如果用额定 功率来计量, 接收机外部噪声的额定功率为
NA=kTABn
为了更直观地比较内部噪声与外部噪声的大小, 可以把接 收机内部噪声在输出端呈现的额定噪声功率ΔN等效到输 入端来计算, 这时内部噪声可以看成是天线电阻RA在温度 Te时产生的热噪声, 即
使接收机开始出现过载时的输入功率与最小 可检测功率之比
★ 中频的选择和滤波特性
中频选择与发射波形特性、接收机的工 作带宽、所能提供的高频部件和中频部 件的性能有关。一般在30M-500MHz
滤波特性---是减小接收机噪声的关键 输出信噪比最大化---匹配滤波
接收机的噪声系数
接收机的噪声来源
内部噪声 接收机内部器件产生的噪声。
? 表示接收机放大信号的能力 ? 若用对数表示，则称为 增益
G=20lgK 雷达接收机的电压放大倍数一般为 106~109倍 相应的增益为 120-180dB
★ 动态范围
定义：接收机能够正常工作所容许的输入信号 强度变化范围。
在接收机内部噪声电平一定的条件下，信 号太弱便不能检测；信号太强，接收机会发生 饱和过载，使目标回波显著减小，甚至丢失。
超外差接收机的优点
? 灵敏度高 ? 增益高 ? 选择性好 ? 适用性广
雷达接收机几乎都是超外差式。
超外差式雷达接收机组成基本框图 简化框图
高频输入 接收机 低噪声高 保护器 频放大器
混频器
中频放 大器
检波器
视频放 至终端设备 大器
高频部分
本振
1、高频部分，又称接收机前端，包括接收机保护器、低噪声高 频放大器、混频器和本机振荡器
最小可检测功率不仅与噪声 噪声 有关，还有要求的检测概率
和虚警概率有关
★ 灵敏度
目前 , 超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为 (10-14~10-12)W, 保证这个灵敏度所需增益约为 120dB~160dB( 放大倍数 106~108), 这一增益主要 由中频放大器来完成。
★ 放大倍数（增益）
1. 噪声系数只适用于接收机的线性电路和准 线性电路。
2. 为使噪声系数具有单值确定性，规定输入 噪声以天线等效电阻在室温290K时产生的 热噪声为标准。噪声系数只由接收机本身 参数确定。
3. 噪声系数没有单位。通常用分贝表示
4. 无源四端网络的噪声系数
RA
无源四端网络
Ni=kT 0B n
Ga
No =kT 0Bn