雷达接收机灵敏度的探讨
兰州多普勒天气雷达灵敏度测试
• 136•兰州多普勒天气雷达灵敏度测试兰州理工大学机电学院 民航甘肃空管分局 田 方本文主要通过详细的图示，以美国EEC 多普勒气象雷达DWSR －2500C 为例,介绍了雷达的接收机灵敏度的基本原理和测试，通过理论与实际相结合，详细讲述了一种不常见测试灵敏度的方法；对以后机务员对雷达的测试维护提供了参考和补充,有一定的普及实用价值。
1 简述灵敏度是雷达接收机的最主要质量指标之一。
灵敏度表示了接收机接收微弱信号的能力。
能接收的信号越微弱，则接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离也就越远。
雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率S i min 来表示，如果信号功率低于此值，则表示信号将被淹没在噪声干扰信号之中，不能被可靠的检测出来。
（俞小鼎.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].气象出版社,2006）当接收机的输入信号功率达到S i min 时，接收机就能正常接收并且能在输出端检测出这一信号来。
由于雷达接收机的灵敏度受噪声电平的限制，因此要想提高它的灵敏度，就必须尽量减小噪声电平，同时还应该使接收机有足够的增益。
具体来讲，由于噪声总是伴随着微弱信号同时出现，所以要能检测信号，微弱信号的功率应该大于噪声功率或者可以和噪声功率相比。
在噪声背景下检测目标，接收机输出端不仅要使信号放大到足够的数值，更重要的是使其输出信号噪声比S O / N O 达到所需要的数值。
（丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西北电子科技大学出版社(第三版),1994）通常雷达终端检测信号的质量取决于信噪比。
接收机噪声系数F O 为：(1)输入信号的额定功率S i为：(2)式中，为接收机输入端的额定噪声功率。
于是进一步得到：(3)为了保证雷达检测系统发现目标的质量，接收机的中频输出必须提供足够的信号噪声比，令时所对应的接收机输入信号功率为最小可检测信号功率，即接收机实际灵敏度为：(4)通常，又可以把(S O / N O )min 称为“识别系数”，并用M 表示，所以灵敏度又可以写成：(5)为了提高接收机的灵敏度，即减少最小可检测信号功率S i min ，通常需要做到：(1)尽量降低接收机的总噪声系数F O ，所以通常采用高增益、低噪声高放；（卢小佳.多普勒天气雷达信号处理的研究[D].安徽大学,2014）(2)接收机中频放大器采用匹配滤波器，以便得到白噪声背景下输出最大信号噪声比；(3)识别系数M 与所要求的检测质量、天线波瓣宽度、扫描速度、雷达脉冲重复频率及检测方法等因素均有关系。
恩瑞特空管二次雷达接收机灵敏度测量方法分析
恩瑞特空管二次雷达接收机灵敏度测量方法分析摘要：随着民航设备国产化程度的不断深入，各地区空管已经逐步采用国产雷达，其中以恩瑞特雷达为代表。
本文以恩瑞特二次雷达为例，对比分析新型号雷达的设计特点、设备测试遇到的问题，进行多种灵敏度的测量方法分析。
关键词：灵敏度，二次雷达引言灵敏度是衡量接收机检测微小信号能力的重要指标。
民航技术规范中对灵敏度的衡量是通过测量切线灵敏度完成的。
按照规范，切线灵敏度是通过在示波器上观察接收机的视频输出，使用一个脉冲信号将观察到的噪声幅度升高，升高的高度和这个脉冲的自身高度相同时的输入信号强度。
规范给出的不仅是指标，也包含了对该指标的测量方法：使用示波器观察视频输出。
因此只适用于有视频输出的雷达。
恩瑞特二次雷达接收机与其他型号雷达有所不同，未在中频后接入对数放大器，经过对数放大后输出logIF视频，而是直接中频AD采样。
随着AD采样技术的发展，采样率不断提高，未来会有更多的雷达采用该模式。
由于设计的区别，按照民航规范所描述的测量方法，没有视频输出，就没有办法测量切线灵敏度。
根据恩瑞特巡检作业指导书，有以下两种测量接收机灵敏度的方法：方法一：按照图1进行连接。
通过噪声系数测试，获得接收机的噪声系数；按下列公式计算接收机灵敏度：其中Simin为灵敏度(单位dBm);Bn为接收机带宽（9MHz）;F0为接收机噪声系数。
计算得到到灵敏度为：-97.807dBm.方法二：按照图2进行连接。
使用频谱仪测量背景噪声值；打开信号源信号输出开关，逐步增加信号源输出至频谱仪上中频信号数值大于背景噪声12dBm为止，此时信号源输出功率即输入信号为接收机灵敏度：-106dBm（RBW100kHz）方法三：用信号源产生调制脉冲，同时在接收机输出端接频谱仪，测试连接如图3所示。
频谱仪采用0 SPAN功能，频率设为60MHz，单位为电压，检测方式为峰值；设置marker1标记背景噪声顶部，marker2标记脉冲噪声底部，打开marker table。
接收机灵敏度分析
接收机灵敏度分析
噪声性能是影响接收机灵敏度的关键因素之一、在接收机的前端，会存在各种噪声源，包括热噪声、放大器的噪声等。
热噪声是由于接收机系统中的电阻上的热运动所引起的，它是一个与频率无关的噪声源，可以通过降低系统的温度来减小热噪声。
而放大器的噪声主要来自于放大器自身的噪声系数，噪声系数越小，接收机的灵敏度就越高。
因此，要提高接收机的灵敏度，需要在设计中降低噪声源，并提高放大器的噪声系数。
增益控制技术也对接收机的灵敏度有很大影响。
在接收机中，信号会经过多个放大器进行放大，每个放大器的增益都会对接收机的灵敏度产生影响。
一般来说，增益越大，接收机的灵敏度就越高。
但是，过大的增益也会带来一些问题，比如增加了噪声源的放大、增加了信号的非线性失真等。
所以，在接收机设计中需要合理选择放大器的增益，避免灵敏度过高导致系统性能下降。
射频前端的设计也是接收机灵敏度分析的重要方面之一、射频前端是指接收机的前置放大器、滤波器、混频器等部分。
合理设计射频前端可以提高接收机的灵敏度。
在射频前端设计中，要尽量减小信号的损耗，提高信号的输入功率。
同时，还要设计适当的滤波器来抑制杂散信号，提高接收机对目标信号的检测和区分能力。
另外，混频器的选择和设计也是必不可少的一环，它是将高频信号转换为中频信号的关键组件，直接影响到接收机的灵敏度和动态范围。
总的来说，接收机灵敏度的分析需要综合考虑噪声性能、增益控制技术和射频前端的设计等方面。
通过合理的设计和调整，可以提高接收机的灵敏度，实现更远距离、更高质量和更大容量的无线通信。
雷达接收机灵敏度的测试方法探究
雷达接收机灵敏度的测试方法探究作者：刘杰吴飞向东来源：《科学与财富》2016年第12期摘要：雷达测试技术发展，对于我国军用、民用雷达技术水平与实际使用质量的提高，有着重要促进作用。
本文针对雷达接收机灵敏度测试方法技术开展革新研究，为雷达测试技术整体发展提供理论支持。
关键词：雷达接收机；灵敏度；测试；方法；技术革新随着我国电子技术的不断发展，如何利用新型电子技术提高雷达设备整体质量，就成为了当前雷达技术研究者的重要研究内容。
特别是在雷达信号接收过程中，提高接收机敏感度对于提高雷达设备信息处理质量，有着重要的技术支持作用。
为此技术人员利用GPT S软件技术，在原有的雷达接收机技术基础上，改进发展了接收机灵敏度测试方法，提高了灵敏度测试自动化与准确度质量。
新型接收机灵敏度测试方法主要技术内容包括了新型技术平台、流程技术革新，用于测试整体速度和精度，其研究具体内容包括了以下几点。
一、测试平台实用技术研究接收机灵敏度测试平台是开展测试工作的基础设备，也是技术人员首要开展的技术革新环节。
在测试平台设计中，主要技术内容包括了以下几点。
（1）确定信号流通方式。
在测试平台设计中，技术人员在接收机与测试设备过程中，一般使用定向耦合器信号，用以确保设备间信号流通质量。
（2）以雷达技术指标为基础，确定测试信号强度。
不同的雷达设备对于信号接好信号的要求差异，过强的信号接收强度会破坏接收器。
所以在测试平台设计中，技术人员应根据雷达技术要求，采用技术措施（如在设备线路中增加同轴衰减器）调整测试信号强度，确保测试接收机测试安全。
（3）选择合理的信号源。
信号源质量是测试平台质量的主要环节。
特别是脉冲发生器为主的微波信号源的采用，是当前较为常见的信号源设备。
（4）利用质量较好的功率测试频谱仪与计算探头，做好信号输出功率与频谱的检测工作。
（5）采用人工检测监控工作。
在信号检测过程中，技术人员需要在测试平台中同加设示波器，进而保证测试过程中技术人员对测试监控的开展，提高测试工作质量（6）接入ATE系统。
雷达接收机灵敏度自动测试方案设计
５ 测试 速度与测试精度 的设 计
况 Ｊ确定 输入 初始 信 号 的功 率 ； 不 断 降低 Ｅ ３ ， 再 ８ １ １
脉 冲发生 器 产 生 信 号 的功 率 ， 至 输 出测 试 结 果 。 直 为 防止 干 扰 ， 出 信 号 的宽 度 必 须 与 输 入 信 号 一 输 致， 也就 是在 检 测 中两 次 以上 连 续 为 “ ” 稳 定 、 １、 周
测对 象 的测试程 序 ， 测试 程 序 的开 发 者 可 以不 必 使 了解 具体仪 器 的操 作 方 法 、 杂 的测 试 系 统软 件 配 复
同功率 的 匹配负 载 。具 体测试 平 台如 图 １所示 。
—— —— — 叫蛋 接 频 谱 仪
置 而专注 于被测 对象 的研 究 。
和 而丢 失信 号 ， 产生误 判 断 ， 至 损坏 接收 机 ； 甚
３ 测试 流程的设计
根 据 雷达 接 收 机 的 设 计 性 能 确 定 出合 适 的
（ ） 入信 号 功率 应 略 超 雷达 接 收 机灵 敏 度 标 ３输 称值 ， 若初 始 输 出信号 全 为 “ ” 则 增 加 输入 信 号 功 ０ ，
定 向 耦 合 器
定 向 耦 合
器
定 向 耦 合 器
定 向 耦 合 器
匹 配
负 载
图 １ 接 收 机灵 敏度 测 试 平 台
２ １ ４月 ６ 日收 到 ， ０ ０年 ６月 １ １日修 改
２ ６期
钱 玉 莹 ， ： 达 接 收机 灵 敏 度 自动 测 试 方 案 设 计 等 雷
正 常接 收并 在 输 出端 检 测 出这 一 信 号 。如 果 信 号
一种FMCW船用导航雷达的灵敏度分析
一种FMCW船用导航雷达的灵敏度分析摘要接收机灵敏度是接收机设计中的一项重要指标，本文对采用灵敏度频率控制（SFC）技术的调频连续波船用导航雷达接收机展开研究，分析了在不同频率下影响接收机灵敏度的主要因素。
关键词接收机灵敏度；调频连续波雷达；灵敏度频率控制中图分类号TN95 文献标识码 A 文章编号1674-6708（2016）165-0150-02船用导航雷达的主要用途是探测海面目标，避碰和导航，是船舶航行、进出港不可缺少的工具，在船用电子设备中占有重要地位。
一般的导航雷达基本采用脉冲模式，相比于脉冲模式的雷达系统，调频连续波（FMCW）系统的主要优点在于采用简单结构就能获得较高的距离分辨率，携带方便，且系统在发射时不需要很高的发射功率。
由于FMCW雷达目标距离范围较宽，距离动态变化大，常采用灵敏度频率控制技术（SFC）技术来限制中频信号的输出动态范围，不同频率对应着不同增益，本文对此展开研究，分析不同距离下限制接收机灵敏度的主要因素。
1 接收机的灵敏度计算对于普通的接收机，其灵敏度是主要是由以下因素决定的：模拟前端的增益、噪声系数，ADC的灵敏度（噪声底限），信号处理的带宽。
接收机的灵敏度受ADC和模拟前端共同影响，可由下面公式表示：Pmin=PDmin/G+PAmin，其中：PDmin=？PDmax-（SNR）ADC-10log（Fs/2B）PAmin=-174dBm+NF+10logB符号意义：Pmin：数字接收机总的灵敏度PDmin：ADC的灵敏度（噪声底限），PDmin/G则表示其等效到接收端口的灵敏度？？PAmin：模拟前端等效到接收端口的灵敏度B：带宽（Hz为单位），一般指FIR滤波器的带宽G：模拟前端的增益可见增益很大时，或噪声系数很大时，模拟前端是灵敏度主要限制因素，反之则ADC性能成为制约灵敏度的瓶颈。
这一系列灵敏度计算公式，只适用于一个“理想”的接收机，此接收机模型基于以下假设：1）无外界干扰，射频前端接收的噪声源来自热噪声，高斯分布。
接收机灵敏度的测量方法
也就 是说 ，只要 把接 收机 的噪 声 系数Ｆ 出便 可算 出其 临界灵 测 敏度 Ｓ ，我 们把 这种 接收 机灵 敏度 的测 试方 法叫做 噪声 系数 法 。 具体 测试 方法 ： 准备 仪器 ： １ ）待测设 备 Ｄ Ｔ Ｕ。 ２ ｇ ｅｔ ８７Ａ 声系 数分 析仪 。 ）Ａ ｉｎ Ｎ ９３ 噪 ｌ ３ Ｐ ６８ 脉 冲信 号驱 动噪声 源 。 ）Ｈ ８４ Ｄ ４ Ｇ ３ ３Ａ ）Ａ Ｅ ６ １ 直流 电源 。 按 照 图 １ 示 ，使 用 Ａ ｉｎ ８ ７ Ａ 所 ｇ ｅｔ ９ ３ 噪声 系数 分 析仪 将带 有 噪 ｌ Ｎ 声 源 （ ｏｓ ｏｒｅ ｎ ｉ ｓｕｃ ）一 端连 接 待测 设 备 的输 入端 ，另一 端 口与待 ｅ 测 设备 输 出端相 连 。对设 备通 电 （ Ｇ ３３ａ Ａ Ｅ ６ １ ）并加 入本 振 （ Ｏ） Ｌ 脉 冲信 号驱 动 噪声 源 （ Ｐ ６ ８ Ｈ ８４ Ｄ）后 ，对 噪声 系 数测 试 仪设 置 好 些 必 须 参 数 ，例 如 频率 范 围 、应 用 （ 大 器／ 频 器 ）以及 校 放 混 准 电缆 等 。 经过 噪声 系数 分 析 仪 测 量 可 以 得 到 被 测 设 备 的 噪 声 系数。 记 录好 各 频 点 的噪 声 系 数 ，利用 公 式 Ｓ ＝ １４ｄ ＋ ０ １ Ｂ 一 Ｂ １ １ ｇ １ （ ｚ ＋ Ｏ ｇ计 算 得 出各 频点 的灵 敏度 ，取最 小值 得 到 接 收机 ＭＨ ） ｌ ｌＦ 灵 敏度 。 ３ 灵敏 度的直观 测量 法测量接 收机 灵敏度
１ ７ ６
应 用 方 法 论
２窄 霸 Ｌ 科２ ７ ＿ ０年 未 １ 第期
接 收机 灵敏 度 的测量 方法
王 硕
（ 中电集团二十所 ，陕西西安 ７ ０ ６ １０ ８）
实验一 接收机灵敏度实验
实验一接收机灵敏度实验
试验目的：熟悉雷达接收的最基本的条件是有足够强的雷达回波信号能量进入接收机。
掌握切线灵敏度的定义。
观察在雷达回波信号能量变化的条件下，接收机输出的雷达回波信号的包络的变化。
试验内容：
1．熟悉实验装置的电路结构和器件，检查电源线是否连接，检查快速熔断器是否良好。
2．连接目标回波包络输出到示波器。
3．改变目标回波幅度，观察示波器输出的雷达目标回波信号波形。
试验报告：
1．雷达目标回波信号波形分析
2．计算雷达的切线灵敏度。
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雷达接收机灵敏度的探讨
摘要雷达接收机性能的重要指标之一是灵敏度。
本文主要陈述了雷达接收机的工作原理，灵敏度含义，以及工作中的测量切线灵敏度的方法。
关键词超外差；动态范围；灵敏度；切线灵敏度
中图分类号TN957 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)071-0095-01
随着雷达设备的日益增多，维护水平的不断提高，如何理解并掌握雷达接收机灵敏度的相关知识和测量技能已经成为雷达维护人员的重要日程。
灵敏度是雷达接收机性能的重要指标之一，灵敏度的高低直接反应了一部雷达探测性能的优劣。
1 雷达接收机的组成
图1所示的是典型的超外差电路框图，雷达接收接收机就是这样的装置。
它将所要接收的频率在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。
这个固定的频率，由差频作用产生的。
如果我们在接收机内制造一个振荡电波（通常称为本机振荡），使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作就是混频。
由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。
采用了这种电路的接收机叫外差式接收机，混频和振荡的工作，合称变频。
外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。
二次雷达中我们把这个值设定为60 MHz。
当与本振1030 MHz的相差60 MHz的970 MHz和1090 MHz 的镜像频率进入接收机时，首先在混频前预选滤波器将阻止镜像频率970 MHz 进入后级链路，只允许载波1090 MHz进入混频器。
混频后得到的中频信号，经过匹配滤波器放大，在检波得到视频信号。
以下是雷达接收机各部分的功能简述：
高频部分：
T/R及保护器：发射机工作时，是接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。
低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数和热噪声增益。
混频器，本振：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。
中频部分及AGC：
匹配滤波，自动增益控制。
对中频信号进行放大，以备后级处理。
视频部分：
检波：包络检波，同频检波，相位检波。
放大：线性放大，对数放大。
2 雷达接收机灵敏度
谈到灵敏度，必须了解动态范围。
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，叫做动态范围。
它表示的是接收机能够正常工作所允许的输入信号强度变化的范围。
为了保证对强弱信号均能正常接收，要求动态范围大，就需要采取一定措施，例如采用对数放大器。
接收机灵敏度就是动态范围中的那个最小值。
而当输入信号太强，接收机发生饱和而失去线性放大作用的现象称为过载。
接收机灵敏度是指整个雷达能够正常工作时的最小输入信号功率。
雷达接收机的灵敏度通常用最小可检测信号功率Simin来表示。
当接收机的输入信号功率
达到Simin时，接收机就能正常接收而在输入端检测出这一信号。
如果信号功率低于此值，信号将被淹没在噪声之中，不能被可靠的检测出来。
允许最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。
灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。
能接收的信号越微弱，则接收机的灵敏度越高，因而雷达的作用距离就越远。
由于雷达接收机的灵敏度受噪声电平的限制，因此要想提高它的灵敏度，就必须尽力减少噪声电平，同时还应使接收机有足够的增益。
减少噪声和提高增益本身是矛盾的，处理好这项技术工艺是各个雷达厂商提高产品竞争力的出发点。
3 雷达接收机灵敏度的测量方法
ICAO建议SSR询问机的灵敏度用切线灵敏度表征。
切线灵敏度定义为噪声上升到所观察的噪声电平本身高度时的信号功率。
测量方法如图2所示，由脉冲信号产生器产生标准的1 mW脉冲信号，该信号进入射频信号产生器进行调制，之后进入衰减器，并将衰减器的衰减值调至最大值，由和通道进入二次雷达接收机，经过接收机放大处理后引入示波器。
调整衰减器，在示波器中观察信号与噪声的幅度关系，当信号的下沿与噪声的上沿相平时，该信号的功率就是切线灵敏度值。
实际测得和通道切线灵敏度小于?-85 dBm即可符合标准。
对于一部性能良好的新雷达来讲，该值应该在-89 dBm到-91 dBm
之间。
一般而言，由于二次雷达在空间进行两次有源辐射，所以二次雷达的灵敏度会大于一次雷达10 dBm左右。
参考文献
[1]二次监视雷达[J].民航大学出版社.
[2]雷达系统实用手册[M].清华大学出版社.
图2。