雷达接收机灵敏度测试方法研究

电讯工程 雷达接收机灵敏度测试方法研究 雷达接收机灵敏度测试方法研究 白 冰 张晋华 冯 英 (陕西黄河集团有限公司设计研究所 西安 710043) 摘 要：本文介绍了一种利用雷达机内射频校准信号测试雷达接收机灵敏度的 方法，通过间接测量雷达接收 系统灵敏度 Prmin和信号处理增益 Fn以及信号处理的 损失Ld，经计算后得到雷达接收机灵敏度，为解决信号源泄漏以及数字下变频 (DDC)处理等带来的雷达接收机灵敏度Psmin难以测试的问题提供 了新的思路。 关键词：接收机灵敏度 接收系统灵敏度 信号处理增益 校准信号 1 引言 雷达接收机灵敏度表征了接收机对微弱信号的接收能力，是接收机的重要指标，在传统接 收机中测试方法已相对成熟。自数字接收机出现以后灵敏度已脱离传统模式，灵敏度由过去 的中频灵敏度 一lOOdBm左右的跨人到 一150dBm一一170dBm(雷达灵敏度)。用示波器测量 接收机灵敏度指标非常困难，对于灵敏度来说，示波器能够识别的中频灵敏度信号通常为 一 lOOdBm，实验室环境由于信号泄漏的原因所能调整出的最小灵敏度大约 一1lOdBm～一 120dBm，更低的灵敏度在实验室环境很难测量。但对近些年来新研制的雷达而言，一120dBm 灵敏度远远不能满足雷达作用距离的要求。而采用数字接收机的雷达，需要探索新的灵敏度 测试方法来适应技术发展。 2 灵敏度传统测试方法 灵敏度的概念源于雷达方程中的最小可检测信号功率，即信噪比等于1时的最小输入信 号功率。因此灵敏度是和目标检测相关的一个重要指标，即在信号处理输出检测目标时依据 信噪比等于1来定义灵敏度电平。初期雷达信号处理非常简单，中频放大检波后通过一次信 息观察回波波形观察测量。传统测试原理框图见图 1，测试方法如下： 1)设置信号源的输出信号的脉冲宽度、脉冲重复频率； 2)增加信号源的输出功率，被测设备恰好能够显示正确的信号参数时信号源输出的 功率值 Psli和测试馈线损耗值 Li； 3)计算选定频率点的接收机灵敏度 Psmin=Psli—Li； 图 1 接收机原理框图 现代雷达包含相参积累和脉冲压缩等技术，而且采用 CFAR检测。接收系统灵敏度可以 通过 CFAR之前的目标回波(D／A后波形)来观察检测。但通常采用相参积累和脉冲压缩技 术后接收系统灵敏度会达到 一120dBm一一170dBm，如何检测没有文献记载，但可以确信在实 验室环境下信号微弱泄漏会限制灵敏度测量电平，因此低于 一120dBm以下的灵敏度指标无 2 雷达接收机灵敏度测试方法研究 电讯工程 法直接测量。 通常中频灵敏度仅有 一100dBm左右，与雷达灵敏度 一120dBm一一170dBm有很大差异。 雷达采用数字接收机，其后的信号增益及损失已确定，控制中频灵敏度也可以达到控制雷达灵 敏度的目的。接收机灵敏度直接反映了接收机模拟部分的性能，它与噪声系数和信号带宽直 接相关，因此可以通过测量接收机灵敏度来判定接收机的性能。 3 利用机内校准信号测试中频灵敏度 3．1 测试工作原理 本文提出一种通过调整雷达机内校准信号，控制在信号处理脉压完成后输出D／A波形的 方法进行接收机灵敏度的测试。测试原理框图如下： 接收通道原理框图如图2所示： 各点波形如图3所示： Iff 一 b(巾频) c(视频) d(脉压后) 图2 接收通道原理框图 几 几 r] 图3 雷达接收通道各点波形 “d”点为CFAR检测前波形，波形可用于计算分析雷达接收系统灵敏度P ，通常将校准 C 信号Pr幅度下降至“d”点波形不再下降时，读取Pr和“d”点信噪比 o0，雷达接收系统灵敏度 ’0 P i 可以用式(1)计算。 cI P i =P，一10log·O 0 (1) 』V0 而此时接收机灵敏度P 为雷达接收系统灵敏度P 和信号处理增益Fn相加，即 P =P珊in+Fn (2) 其中信号处理增益Fn为信号处理输人端中频信号信噪比为“1”时信号处理机输出端信 噪比，Fn可表示为： 电讯工程 雷达接收机灵敏度测试方法研究 3 Fn =101ogN+101ogn—Ld (3) 式中： N——FFT i数 n一码长 ： 一 信号处理损失(可据实测试)。 3．2 测试步骤 a)设置校准信号(机内射频模拟目标)和信号处理机参数： 目标速度：2m／s； 目标距离：30000m； FFT点数：FFT点数为256； 增益控制字 MGC调至最大。 b)置激励校准控制字为“0”(即校准信号幅度最大)，用微波功率计标定校准信号输出 Pr，然后把校准信号接人工装定向耦合器激励插座； c)观察终端脉压波形显示画面，减小校准信号幅度(增大激励校准控制字数值)，在终端 屏幕观察脉压波形输出波形，直到目标幅度与噪声幅度相等(误差 20％以内)，记录激励校准 控制字。 注：若当目标幅度下降到一定值，校准信号幅度下调而目标幅度不跟随下调时，停止下调 校准信号幅度，直接读取输出信噪比 。 no 根据上述方法中以及式(1)，雷达接收系统灵敏度 P 可以计算如下： P =Pr(dBm)一校准控制字(dB)一连接衰减(dB)-201og (4) no 式中： 一 环境泄漏信号输出电压信噪比； nO 由式(3)和(4)，接收机灵敏度 P i (dBm)可计算如下 ： P =P +Fn=Pr(dBm)一校准控制字(抬 )一连接衰减(as)一20log +101ogN+ no lOlogn—Ld。 4 小结 以上简要介绍了利用雷达机内射频校准信号测试雷达接收机灵敏度的方法，详细说明了 通过测量雷达接收系统灵敏度 P 和信号处理损失Ld，以及计算信号处理增益 Fn，经计算后 间接得到中频接收机灵敏度P 的过程，并给出了具体的计算，为解决信号源泄漏以及数 字下变频(DDC)等处理带来的中频接收机灵敏度难以测试的问题提供了新思路。 参考文献 [1]戈稳著《雷达接收机技术》．电子工业出版社． [2]丁鹭飞 ，耿富录《雷达原理》．西安电子科技大学出版社． [3]GJ2419A一2005．