被動(dòng)雷達(dá)接收機(jī)的類(lèi)型有哪些？

被動(dòng)雷達(dá)接收機(jī)在電子支援與偵察、反輻射被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。被動(dòng)雷達(dá)接收機(jī)是反輻射導(dǎo)彈的關(guān)鍵部件，它完成對(duì)輻射源信號(hào)的捕捉和跟蹤，需要對(duì)雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)特征提取、識(shí)別以及威脅評(píng)估，最終上報(bào)探測(cè)到的雷達(dá)信號(hào)的角度信息，保證導(dǎo)彈實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)直至命中。在寬帶被動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)中，被動(dòng)雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)完成的主要任務(wù)包括下面幾方面。

（1）信號(hào)檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)寬帶系統(tǒng)下的雷達(dá)脈沖信號(hào)檢測(cè)，主要面對(duì)低信噪比下的信號(hào)檢測(cè)、適應(yīng)信號(hào)和接收環(huán)境的動(dòng)態(tài)閾值檢測(cè)等問(wèn)題。

（2）信號(hào)參數(shù)測(cè)量。完成每個(gè)雷達(dá)脈沖的參數(shù)測(cè)量，從而形成脈沖描述字（PDW）。主要參數(shù)包括載波頻率（CF）、入射方向（DOA）、脈沖寬度（PW）、脈沖重復(fù)周期（PRI）、脈沖幅度（PA）、到達(dá)時(shí)間（TOA）、信號(hào)帶寬（BW）、起始頻率、終止頻率，等等。同時(shí)，現(xiàn)代接收機(jī)還面臨LPI信號(hào)的脈內(nèi)參數(shù)測(cè)量等問(wèn)題，如調(diào)制斜率、相對(duì)編碼形式等。

（3）信號(hào)識(shí)別。主要分為兩部分，即脈間調(diào)制識(shí)別與脈內(nèi)調(diào)制識(shí)別。脈間調(diào)制識(shí)別根據(jù)PDW通過(guò)聚類(lèi)分析分選出同一部雷達(dá)（輻射源）發(fā)射的感興趣的雷達(dá)信號(hào)。脈內(nèi)調(diào)制識(shí)別主要是指針對(duì)單個(gè)脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)本脈沖的人為有意調(diào)制識(shí)別，如調(diào)頻或調(diào)相調(diào)制等。同時(shí)隨著技術(shù)的發(fā)展及偵察的需要，對(duì)特定輻射源的識(shí)別即無(wú)意調(diào)制識(shí)別，也已經(jīng)成為當(dāng)前接收機(jī)附帶的重要功能。

（4）信號(hào)跟蹤。對(duì)感興趣信號(hào)或威脅等級(jí)高的信號(hào)完成信號(hào)跟蹤，輸出信號(hào)方位與俯仰角度信息，從而為偵察系統(tǒng)或?qū)б^提供實(shí)時(shí)信號(hào)跟蹤的可能。

早期的電子器件都是模擬的，因此，傳統(tǒng)的被動(dòng)雷達(dá)接收機(jī)都是由模擬器件組成的，接收機(jī)一般體積較大、靈活度低、功耗較高、集成度低、不可動(dòng)態(tài)隨時(shí)調(diào)整、投入成本較大。隨著科技的發(fā)展和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及數(shù)字集成電路的發(fā)展，接收機(jī)逐漸步入數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字接收機(jī)也成為現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的研究熱點(diǎn)。

主要接收機(jī)形式

傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)接收機(jī)都是模擬的，尤其是模擬信道化接收機(jī)，需要數(shù)目較多的單個(gè)接收機(jī)才能實(shí)現(xiàn)大帶寬的同時(shí)覆蓋，信道均衡性和靈敏度也較差。傳統(tǒng)模擬接收機(jī)從結(jié)構(gòu)上大致分為六類(lèi)，分別是晶體視頻接收機(jī)、超外差接收機(jī)、瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)、信道化接收機(jī)、壓縮接收機(jī)和布萊格接收機(jī)。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，微波光子接收機(jī)也是一類(lèi)重要的接收機(jī)。

1. 晶體視頻接收機(jī)

晶體視頻接收機(jī)是一種最簡(jiǎn)單的偵察接收機(jī)，它可以簡(jiǎn)單到在一定頻段內(nèi)只由一個(gè)晶體檢波二極管和視頻放大器組成，在這個(gè)頻段內(nèi)只要雷達(dá)信號(hào)超過(guò)一定級(jí)別的強(qiáng)度，視頻放大器輸出信號(hào)超過(guò)一個(gè)規(guī)定的電壓，即認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)信號(hào)，完成檢波功能。

晶體視頻接收機(jī)在頻率上是寬開(kāi)的，其接收靈敏度相對(duì)較低，動(dòng)態(tài)范圍一般很小，無(wú)法處理同時(shí)到達(dá)的信號(hào)。晶體視頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.11。

2. 超外差接收機(jī)

超外差接收機(jī)使用的是利用本地產(chǎn)生的振蕩器與輸入信號(hào)混頻，將輸入信號(hào)頻率變換為某個(gè)預(yù)先確定的頻率的方法。超外差接收機(jī)有效解決了原來(lái)高頻放大式接收機(jī)輸出信號(hào)弱、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，且輸出信號(hào)具有較高的選擇性和較好的頻率特性，易于調(diào)整。超外差接收機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.12。

超外差接收機(jī)的靈敏度一般較高，可以做到優(yōu)于-70 dBmW，且動(dòng)態(tài)范圍大，能同時(shí)接收多個(gè)信號(hào)。但是，輸入帶寬一般較窄，超外差接收機(jī)的一個(gè)重要特征是可以針對(duì)幾乎任意帶寬進(jìn)行設(shè)計(jì)，在接收靈敏度和覆蓋帶寬間提供了某種平衡，適用于連續(xù)波信號(hào)和窄帶信號(hào)的分離。

圖1.12　超外差接收機(jī)的結(jié)構(gòu)

3. 瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)

瞬時(shí)測(cè)頻（Instantaneous Frequency Measurement，IFM）是一種基于相位比較法的頻率測(cè)量方法，在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中適用于電子情報(bào)偵察、雷達(dá)告警等應(yīng)用。相關(guān)器是IFM接收機(jī)的核心單元，延時(shí)為的信號(hào)與輸入信號(hào)構(gòu)成相關(guān)器，從而確定輸入信號(hào)頻率。采用了IFM的偵察接收機(jī)稱(chēng)為瞬時(shí)頻率測(cè)量接收機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、偵察頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多種電子戰(zhàn)設(shè)備中。瞬時(shí)測(cè)頻（IFM）接收機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.13。

圖1.13　IFM接收機(jī)的結(jié)構(gòu)

瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)的瞬時(shí)帶寬很寬，可以覆蓋到2～18 GHz，同時(shí)其可以在極短的時(shí)間內(nèi)測(cè)得信號(hào)的頻率，具有高的頻率分辨精度，能夠適應(yīng)窄脈沖的處理，對(duì)0.1 μs的脈沖進(jìn)行測(cè)量時(shí)能夠達(dá)到1 MHz的精度，但對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的處理會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的頻率信息。

4. 信道化接收機(jī)

信道化接收機(jī)是對(duì)接收信號(hào)帶寬進(jìn)行劃分接收的接收機(jī)，主要利用濾波器進(jìn)行頻帶劃分，早期的信道化接收機(jī)都是由模擬器件組成的，設(shè)計(jì)多信道的信道化接收機(jī)時(shí)需要設(shè)計(jì)多個(gè)模擬帶通濾波器來(lái)組成不同的接收機(jī)，從而完成整個(gè)信道的劃分，信道均衡性差、硬件消耗和體積隨信道數(shù)目的增加而急劇增大，成本較高。另外，窄帶濾波器的暫態(tài)效應(yīng)使得脈沖前后產(chǎn)生“兔耳效應(yīng)”，不適用于頻率分辨率要求高的應(yīng)用場(chǎng)景。信道化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.14。

5. 壓縮接收機(jī)

壓縮接收機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)頻率快速搜索的超外差接收機(jī)。普通超外差接收機(jī)的掃頻速度和頻率分辨率之間的矛盾是制約搜索速度的一個(gè)關(guān)鍵因素，通過(guò)使用壓縮濾波器能夠把帶寬較寬的線性調(diào)頻信號(hào)壓縮為窄脈沖，緩解掃頻速度和頻率分辨率之間的矛盾。壓縮接收機(jī)可以快速掃描一個(gè)寬范圍波段，可以檢測(cè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的頻率和信號(hào)強(qiáng)度，具有良好的接收靈敏度，但識(shí)別信號(hào)的調(diào)制類(lèi)型較為困難。壓縮接收機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.15。

▲圖1.14　信道化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖1.15　壓縮接收機(jī)的結(jié)構(gòu)

輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)由本地掃頻源作為本振源的混頻器轉(zhuǎn)換為線性調(diào)頻（chirp）信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮（色散延遲線）被壓縮成短脈沖。這些短脈沖經(jīng)檢波后變?yōu)橐曨l信號(hào)。每個(gè)輸出脈沖在時(shí)間上相對(duì)于本振掃描起始點(diǎn)的位置，表示與其對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的頻率。

6. 布萊格接收機(jī)

布萊格接收機(jī)采用一個(gè)光學(xué)布萊格小室來(lái)完成頻率分離，輸入的RF信號(hào)被變換成在布萊格小室中傳播的聲波，布萊格小室使入射的直行激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)激光束的位置是輸入頻率的函數(shù)，圖像檢測(cè)裝置用來(lái)把激光束輸出的光信號(hào)變換為時(shí)頻信號(hào)，完成信號(hào)檢測(cè)。布萊格接收機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，只需要少量部件就可實(shí)現(xiàn)大量信道化，這些部件主要包括激光器、偏轉(zhuǎn)器、兩個(gè)光學(xué)透鏡、布萊格小室和一個(gè)圖像檢測(cè)裝置。

表1.1給出了現(xiàn)有各種接收機(jī)的性能對(duì)比。

通過(guò)表1.1的對(duì)比分析可以看出，布萊格接收機(jī)、壓縮接收機(jī)和信道化接收機(jī)的整體性能很好，但布萊格接收機(jī)采用光學(xué)布萊格盒信號(hào)進(jìn)行頻譜分離，系統(tǒng)的復(fù)雜度高、動(dòng)態(tài)范圍低。壓縮接收機(jī)用色散延遲線把輸入射頻信號(hào)壓縮成一個(gè)窄帶脈沖，數(shù)據(jù)處理率很高，而且信號(hào)壓縮產(chǎn)生的旁瓣會(huì)影響系統(tǒng)的檢測(cè)性能并丟失信號(hào)的脈內(nèi)調(diào)制信息。信道化接收機(jī)通過(guò)模擬或數(shù)字濾波器組對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻域信道劃分，可實(shí)現(xiàn)不同頻率信號(hào)的分離，能接收時(shí)域重疊信號(hào)，具有高的靈敏度和頻率分辨率，截獲概率接近 100%，選擇性和抗干擾能力強(qiáng)，保真度與超外差接收機(jī)相近，是目前較為實(shí)用且滿(mǎn)足電子戰(zhàn)需求的寬帶接收機(jī)結(jié)構(gòu)。其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、系統(tǒng)質(zhì)量大、功耗和成本高，一定程度上限制了其發(fā)展。然而，隨著ADC、數(shù)字集成電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，接收機(jī)在不斷向數(shù)字化方向發(fā)展，彌補(bǔ)了模擬信道化接收機(jī)的缺點(diǎn)。

表1.1　不同接收機(jī)的性能對(duì)比

7. 微波光子接收機(jī)

現(xiàn)有以微波技術(shù)為處理核心的接收機(jī)面臨技術(shù)瓶頸，主要體現(xiàn)在瞬時(shí)帶寬、系統(tǒng)靈敏度、小型化、低功耗等方面。光子技術(shù)與生俱來(lái)地具有大帶寬、低傳輸損耗、抗電磁干擾等特性，同時(shí)，光子系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、體積小、可集成等特點(diǎn)，這為傳統(tǒng)技術(shù)提供了解決技術(shù)瓶頸的新思路。

目前，微波光子接收機(jī)（其鏈路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.16）實(shí)際上是一套光電混合系統(tǒng)，前端的天線接收及后端的中頻處理依然是電信號(hào)處理。但對(duì)于原來(lái)的微波混頻、微波干涉、波束合成，則可采用光路實(shí)現(xiàn)處理。當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，利用光處理可實(shí)現(xiàn)更多的信號(hào)處理，提高處理速度。利用微波光子實(shí)現(xiàn)接收機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

圖1.16　微波光子接收機(jī)的鏈路結(jié)構(gòu)

（1）損耗小。相對(duì)于微波系統(tǒng)，微波光子接收機(jī)采用光纖處理，信號(hào)損耗較小。射頻電纜傳輸損耗約為0.2～1 dB/m，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)需多級(jí)放大才能補(bǔ)償信號(hào)衰減，而這必然引入大量的非線性和噪聲，增加了能耗。利用超低損耗的光纖（傳輸損耗僅有0.0002 dB/m）可取代體積大、質(zhì)量大、損耗大和易被電磁干擾的同軸電纜。

（2）靈敏度高。相對(duì)于微波鏈路，光處理鏈路具有較低的相位噪聲和系統(tǒng)噪聲，因此可以進(jìn)一步提高接收機(jī)的靈敏度。如利用微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光電振蕩器（OEO），可產(chǎn)生數(shù)兆赫茲到數(shù)百兆赫茲的高頻譜純度微波或毫米波信號(hào)，相位噪聲可以到達(dá)接近量子極限的-163 dBc/Hz@10kHz，是一種理想的高性能微波振蕩器。

（3）大瞬時(shí)帶寬。傳統(tǒng)的聲表面波信道化濾波器組和聲光信道化接收機(jī)受聲波調(diào)制帶寬的限制，瞬時(shí)帶寬不超過(guò)幾吉赫茲。另外，隨著高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，較好的技術(shù)水平能生成與處理的信號(hào)帶寬往往低于幾吉赫茲，但現(xiàn)有ADC很難直接對(duì)數(shù)十吉赫茲帶寬的信號(hào)直接采樣。受益于光子技術(shù)的大帶寬，微波光子技術(shù)提供了超大帶寬雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生的可能性，可處理幾十吉赫茲帶寬的信號(hào)。如利用光頻時(shí)映射法，可以產(chǎn)生高達(dá)50 GHz的超大帶寬信號(hào)。

美國(guó)DARPA近年來(lái)設(shè)立了數(shù)十個(gè)項(xiàng)目支持核心微波光子器件、光電振蕩器、光任意波形產(chǎn)生（OAWG）、光模數(shù)轉(zhuǎn)換（OADC）、模擬光子信號(hào)處理、模擬光子前端、光電集成等技術(shù)的研究。

以光模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)為例，目前利用半導(dǎo)體和光纖鎖模激光器可以產(chǎn)生采樣速率為40～100 GHz的光采樣脈沖。光采樣脈沖的寬帶可達(dá)皮秒（ps）級(jí)，甚至飛秒（fs）級(jí)，可實(shí)現(xiàn)直接對(duì)射頻0.2～40 GHz信號(hào)的光采樣。目前光學(xué)ADC主要有兩種工作模式，即全光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（OADC）和電-光模數(shù)轉(zhuǎn)換器（E-OADC），兩種轉(zhuǎn)換器均處于研究階段。

利用微波光子技術(shù)可以構(gòu)成微波光子信道化接收機(jī)，即在光域?qū)拵У慕邮招盘?hào)分割到多個(gè)窄帶的處理信道中，然后對(duì)每個(gè)窄帶信道中的接收信號(hào)進(jìn)行光電探測(cè)和信號(hào)處理。相比傳統(tǒng)信道化接收機(jī)，微波光子信道化具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、較大的承載帶寬和瞬時(shí)帶寬、極低的傳輸損耗等顯著優(yōu)勢(shì)，而且信道化本質(zhì)上是一個(gè)多通道并行處理系統(tǒng)，而光域豐富的光譜資源和靈活的復(fù)用手段（如波分復(fù)用）與此不謀而合。因此，微波光子信道化得到了廣泛關(guān)注。采用微波光子實(shí)現(xiàn)信道化，依然面臨濾波器設(shè)計(jì)難題，窄帶、通帶平坦，阻帶抑制比大及濾波邊沿陡峭的濾波器組，無(wú)論是集成技術(shù)還是分立元件，都比較難以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于光電探測(cè)將丟失相位信息，該信道化方法通常只能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)有無(wú)的判斷，無(wú)法得到信號(hào)中的信息。

編輯：黃飛

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