探究雷达接收机保护技术的发展趋势崔巍

探究雷达接收机保护技术的发展趋势崔巍

崔巍

(中国电科三十八所230001)

摘要：随着现代科技的发展，雷达已经广泛应用于人类生活中的方方面面。从航空、航天到汽车、轮船，人们对雷达提出了精度更高、距离更远、分辨率更高等要求，实现这些要求，离不开对雷达接收机保护技术的研究，本文简要分析雷达接收机的工作原理、构造组成、技术发展历史，并在此基础上探究雷达接收机保护技术的未来发展趋势。

关键词：雷达；接收机；保护技术；发展趋势

雷达是用无线电方法发现目标并测定目标在空间中具体位置的一项技术，从20世纪初问世以来，迅速在军事领域获得应用，而随着技术的不断成熟和进步，雷达从军事用途，逐步普及到气象观测、航天卫星、航空管制、汽车驾驶等多种领域。

1，雷达接收机及其保护技术

雷达是利用目标对电磁波的反射来获得目标位置信息的，因此雷达系统离不开发射机和接收机两部分。雷达探测所能实现的探测距离、探测速度、目标类型与接收机密切相关。

其工作原理如下图1所示。

现代雷达的接收机接收回波，然后利用一个或者多个本振和混频器将回波转换成中频。而雷达的接收机产生并处理形式多样的复杂信号其所依赖的关键技术主要有三方面内容：

（1）频率合成技术（DDS）+PLL；

DDS作为PLL的激励信号，PLL倍频的作用下在固定的频率范围内产生精细的频率步进，然后通过滤波器音质DDS宽带杂散频率。

（2）直接中频采样技术；

直接中频采样是在中频范围内对中频信号直接进行A/D采样避免正交双通道之间在模拟相干检波时性能所受到的误差影响。

（3）数字下变频技术（DDC）；

数字下变频技术离不开数控振荡器的作用，其目的是产生一个频率可变的正玄波或余弦波样本

在发射雷达脉冲信号期间，接收机由于受到天线近区耦合、收发系统串扰、发射信号泄漏等问题影响，雷达接收装置存在烧毁损坏等风险。另外，天线阻抗失配可能造成反射信号高达的发射信号功率峰值的80%，也会造成接收机烧毁。这严重影响了雷达的稳定使用。因此提高雷达接收机的保护功能不仅仅是使雷达接收机可以灵活地接收并处理不同的信号，而且还要能够应对多种异常信号对系统硬件电路的冲击。

3，数字化雷达接收机保护原理及关键技术指标

雷达接收机按照所处理信号的分类可以分为：模拟制式雷达接收机和数字式雷达接收机。模拟制式雷达接收机比较传统，应用历史较长，在早期要求的精度不高、场景较单一的情况下得到了良好的应用，但随着数字技术的发展及应用，雷达使用要求不断提高，场景变化较为复杂，传统只能接收处理单一信号的模拟式接收机安全稳定性已经无法得以保障，因此接收机也逐渐朝着数字化方向发展。

雷达接收机的关键技术指标如下：

（1）灵敏度及噪声系数

（2）选择性及信号带宽

（3）稳定性

（4）I/Q正交鉴相的正交度

（5）抗干扰能力以及波形失真度

目前，关于雷达接收机保护装置主要是基于有源气体放电TR管、无源TR管限幅器以及二次电子倍增管限幅器等技术而形成的综合保护技术方案。雷达回波信号的强度影响着干扰电压的产生，如果强度过强，则会导致干扰电压产生一定程度的衰减，为使目标信号维持在一定的增益，关键在于在一定的时间范围内迅速建立控制电压并且不能够影响到目标信号。并且为了防止近程杂波引起的中频放大器过载，要使偏置电压随时间变化而变化。这也是保护技术在设计时需要重视的问题。I/Q正交鉴相的正交度对于系统的动态和改善因子具有重要的限制作用，要注意减少全方位的噪音，避免产生系统的超负荷。

4，雷达接收机保护技术局限

早期的雷达接收普遍上使用收发分置天线，避免发射信号对接收机的信号泄露干扰，随后共用天线成为主流，并采用铁氧体环流器来分隔发射机与接收机。接收机的保护装置主体也由气体放电开关和二极管限幅装置构成，最后发展成为有源气体放电TR管，并组成大功率长脉冲高微波波段信号接收机保护装置。雷达检测的信号往往是处于复杂而且随机的动态变化之中，雷达接收机必须能够在数秒之内捕获到足够多的脉冲信号，准确地识别出改变脉冲宽度和脉冲重复间隔模式的运行场景，如此，就会对接收机平台提出巨大的挑战。传统的测量技术通常捕获存储的效率非常低，而且其信号配置文件很难自动适应信号捕获方式来获得感兴趣的场景变化信号。现代采用的分段捕获可以解决诸如高脉冲密度存储的难题，但如何解决小于用户定义长度的分段脉冲捕获问题，并保持有效的捕获存储效率依然是接收机保护技术所要研究的重要课题。

目前抗干扰能力最为优秀的电子用频设备主要用于军事和航空航天领域，对于同一个干扰信号设置两个具有不同抗干扰措施的雷达接收机，然后对每一个接收机都采用更为精细化的手段分析基于干扰链路仿真的干扰问题，以达到分析效率和分析准确性的平衡。

4，保护技术未来发展趋势

雷达技术自发明至今，始终离不开信号处理技术以及射频调制脉冲技术的进步。科学的的信号设计和验证手段，对于准确确定雷达检测成功与否是不可或缺的。而且在现代军事应用中，提高雷达跟踪目标的能力，避免电子战系统识别威胁并避免检测和跟踪的能力都离不开先进的射频信号分析和射频脉冲信号捕获技术，目前人们已经开始采用可变分段长度、去交错、双工IF实时分析等手段，使设计人员可以在接收机系统中准确测量信号参数并确认整体系统的正常运行。

现代研究成果诸如交错脉冲宽度、可变长度门控采集和PRI（脉冲重复间隔）等技术给此类问题的解决提供了良好的技术突破方向。另外，利用统计图和发射器过滤形成可视化情景来确定适当的频率、脉冲宽度、PRI和其他趋势，增强雷达的低截距概率（LPI）特性，确保脉冲（MOP）随时间的适当调制至关重要，以确保抗干扰措施仍然可行。

诸如散点图工具——具有绘制X和Y轴上任意两个值的灵活性的统计图表，允许工程师轻松地可视化大量数据。看到几千个脉冲的能力显示，捕获的雷达信息随时间趋势呈线性脉冲宽度斜坡和两个独立的PRI模式。然而，这种有限的捕获不能在其运行模式方面提供完整的图像。

5，总结

雷达成功检测和跟踪目标的能力要求雷达接收机具有：更宽的频带、更低的噪声、更大的动态以及更高的稳定性。未来的数字化接收机将会具有更强的开放性、灵活性以及模块化和标准化，雷达接收机保护技术未来的创新将会是一种渐进式的系统化工程。

从硬件的角度来看，保护技术方案应在保证与当前技术设备同等性能的前提下，普遍采用成本更低、结构更为简单、重量更轻的元器件。而从软件的角度来看，需要进一步开发强大的硬件控制、信号处理和决策算法，尤其针对硬件进行深层优化，更多新奇的技术如伦伯透镜天线，抑制DBF干扰的新算法，3D印刷阵列等会得到更广泛的应用，而人类最终会进入智能雷达时代

参考文献：

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[4]李力.智能雷达时代的创新[J].城市建设理论研究,2015(12)