微波仿真论坛雷达接收机的基本理论

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1、第二章雷达接收机的基本理论内容提要雷达接收机的工作频率范围包括毫米波、微波、超高频、高频、中频、视频及数字信号，因而设计雷达接收机涉及的理论也相当广泛。基本噪声理论，传输线理论、网络匹配理论、滤波器、采样理论及频率稳定度理论等，在雷达接收机的设计中都要涉及到。这些理论包括有多门专著，本章只是从接收机设计的角度予以简捷的阐述。2.1噪声理论对于雷达接收机而言，从原则上来讲，不管输入信号怎样微弱，接收机都可以把它放大到足够的程度而加以发现。但是实际上做不到这一点。这是由于接收机内部是有噪声存在，外部也会输入噪声，接收机在放大信号的同时，也

2、放大了噪声。当信号太弱时，它将淹没在噪声之中不能辩认。尽管可用尽量降低接收机内部的噪声，脉冲压缩，信号积累等方法可以提高信噪比，但是信号输入功率必须达到所要求的最小值。本节首先要讲述接收机中噪声的概率特性。然后阐明接收机中噪声系数和噪声温度的计算方法。2.1.1接收机中噪声的概率特性噪声是随机信号，在这里，我们将用频率域的描述方法，给这种随机信号建立一个简单的数学模型，以便于分析计算。对任一噪声（在接收机中常称为白噪声）都可以用傅立叶展开式表示：f(t)=(amcoswmt+bmsinwmt)(2.1.1)当对该噪声观察时间足够长时，

3、am和bm互相独立。且都服从正态分布，即均值为零(2.1.2)方差相同(2.1.3)(2.1.1)式可以写成－39－f(t)=cmcos(wmt-fm)(2.1.4)cm=(2.1.5)fm=tg-1(2.1.6)正态噪声f(t)经过窄频带滤波电路以后，输出电压e(t)，可以看做一调制以后的信号，其载波频率是w0,包络是缓慢变化的随机变量E(t)，相位也是一个缓慢变化的随机变量ft。e(t)=a(t)cosw0t+b(t)sinw0t(2.1.7)上式中a(t)和b(t)都是正态分布的随机变量上式亦可改写为：e(t)=E(t)cos[

4、w0t-f(t)](2.1.8)E(t)=(2.1.9)f(t)=tg-1(2.1.10)a(t)=E(t)cosf(t)(2.1.11)b(t)=E(t)sinf(t)(2.1.12)a(t)和b(t)的联合概率密度为p(a,b)=(2.1.13)其幅度E(t)的概率密度为瑞利分布，相位f(t)的分布为均匀分布，即：p(E)=(2.1.14)－39－p(f)=(2.1.15)当接收机有信号s(t)=Acosw0t时，其窄频带噪声加正弦信号的分布为广义瑞利分布，其表达式可写为e¢(t)=[a(t)+A]cosw0t+b(t)sinw0

5、t(2.1.16)或e¢(t)=R(t)cos[w0t-q(t)](2.1.17)其概率密度分布为p(r,a)=rexpI0(r,a)(2.1.18)式中，r=R/sa=A/sR——噪声加信号合成信号包络A——信号电压包络s——噪声的均方差I0——零阶贝塞尔函数其分布曲线如图2.1.1所示。图2.1.1广义的瑞利分布曲线当瑞利分布的噪声（或杂波）通过对数接收机后，其输出的方差为常量。与输入的干扰或噪声强度无关，这正是对数接收机具有恒虚警特性的原因。2.1.2接收机的噪声和噪声系数－39－噪声是限制接收机灵敏率的主要因素。它的来源是多方

6、面的，从接收机内部来说，电路中的电阻元件，放大器、混频器等都会产生噪声。从接收机的外部来说，噪声是通过天线引入的，有天线热噪声、天电干扰、宇宙干扰、电元干扰和工业干扰等。这些干扰的频谱各不相同，对雷达接收机的影响程度和雷达所采用的频率有密切的关系。由于雷达的工作频率很高，所以进入接收机的外部噪声除了敌人有意施放的干扰以外，主要是天线的热噪声。所以，在一般情况下，接收机的噪声主要来源于电阻噪声，器件噪声和天线的热噪声。电阻噪声：一个有一定电阻的导体，只要它的温度不是绝对零度，它内部的自由电子总是处于不规则的运动状态，在没有外加电压的情况

7、下，这种不规则的电子运动也会在导体内形成电流，而在导体两端产生电压。当然，这一电流和电压是随机的。一般有耗传输线就属于这种热噪声。电阻的热噪声所产生的电压均方值是：=4kRTDf(2.1.19)式中K=1.38´10-23焦耳/度，叫做玻尔兹曼常数；R是热电阻的阻值；T是电阻的绝对温度，Df是接收机的带宽。当电阻与外负载匹配时，其加至负载的有效噪声功率等于：pn=kTDf，显然热噪声功率只与电阻的绝对宽度和接收机（或测量仪表）的带宽有关。天线的热噪声：这是接收机外部进来的噪声，它是由于天线周围的介质热运动产生的电磁波辐射，被天线接收而

8、进入接收机的，其性质与电阻热噪声相似。该天线周围的介质是均匀的，噪度为TA，则天线的热噪声电压均方值可表示为=4kRATADf(2.1.20)式中RA是天线辐射电阻。同样，当天线的辐射电阻和接收机的输入电阻相等（即匹配时