被動雷達(dá)接收機的類型有哪些？

被動雷達(dá)接收機在電子支援與偵察、反輻射被動雷達(dá)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。被動雷達(dá)接收機是反輻射導(dǎo)彈的關(guān)鍵部件，它完成對輻射源信號的捕捉和跟蹤，需要對雷達(dá)信號實現(xiàn)特征提取、識別以及威脅評估，最終上報探測到的雷達(dá)信號的角度信息，保證導(dǎo)彈實時跟蹤目標(biāo)直至命中。在寬帶被動導(dǎo)引系統(tǒng)中，被動雷達(dá)數(shù)字接收機完成的主要任務(wù)包括下面幾方面。

（1）信號檢測。實現(xiàn)寬帶系統(tǒng)下的雷達(dá)脈沖信號檢測，主要面對低信噪比下的信號檢測、適應(yīng)信號和接收環(huán)境的動態(tài)閾值檢測等問題。

（2）信號參數(shù)測量。完成每個雷達(dá)脈沖的參數(shù)測量，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)時間（TOA）、信號帶寬（BW）、起始頻率、終止頻率，等等。同時，現(xiàn)代接收機還面臨LPI信號的脈內(nèi)參數(shù)測量等問題，如調(diào)制斜率、相對編碼形式等。

（3）信號識別。主要分為兩部分，即脈間調(diào)制識別與脈內(nèi)調(diào)制識別。脈間調(diào)制識別根據(jù)PDW通過聚類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。脈內(nèi)調(diào)制識別主要是指針對單個脈沖實現(xiàn)對本脈沖的人為有意調(diào)制識別，如調(diào)頻或調(diào)相調(diào)制等。同時隨著技術(shù)的發(fā)展及偵察的需要，對特定輻射源的識別即無意調(diào)制識別，也已經(jīng)成為當(dāng)前接收機附帶的重要功能。

（4）信號跟蹤。對感興趣信號或威脅等級高的信號完成信號跟蹤，輸出信號方位與俯仰角度信息，從而為偵察系統(tǒng)或?qū)б^提供實時信號跟蹤的可能。

早期的電子器件都是模擬的，因此，傳統(tǒng)的被動雷達(dá)接收機都是由模擬器件組成的，接收機一般體積較大、靈活度低、功耗較高、集成度低、不可動態(tài)隨時調(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，接收機逐漸步入數(shù)字化時代，數(shù)字接收機也成為現(xiàn)代雷達(dá)接收機的研究熱點。

主要接收機形式

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

1. 晶體視頻接收機

晶體視頻接收機是一種最簡單的偵察接收機，它可以簡單到在一定頻段內(nèi)只由一個晶體檢波二極管和視頻放大器組成，在這個頻段內(nèi)只要雷達(dá)信號超過一定級別的強度，視頻放大器輸出信號超過一個規(guī)定的電壓，即認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)信號，完成檢波功能。

晶體視頻接收機在頻率上是寬開的，其接收靈敏度相對較低，動態(tài)范圍一般很小，無法處理同時到達(dá)的信號。晶體視頻接收機的結(jié)構(gòu)見圖1.11。

2. 超外差接收機

超外差接收機使用的是利用本地產(chǎn)生的振蕩器與輸入信號混頻，將輸入信號頻率變換為某個預(yù)先確定的頻率的方法。超外差接收機有效解決了原來高頻放大式接收機輸出信號弱、穩(wěn)定性差的問題，且輸出信號具有較高的選擇性和較好的頻率特性，易于調(diào)整。超外差接收機的結(jié)構(gòu)見圖1.12。

超外差接收機的靈敏度一般較高，可以做到優(yōu)于-70 dBmW，且動態(tài)范圍大，能同時接收多個信號。但是，輸入帶寬一般較窄，超外差接收機的一個重要特征是可以針對幾乎任意帶寬進(jìn)行設(shè)計，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)波信號和窄帶信號的分離。

圖1.12　超外差接收機的結(jié)構(gòu)

3. 瞬時測頻接收機

瞬時測頻（Instantaneous Frequency Measurement，IFM）是一種基于相位比較法的頻率測量方法，在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中適用于電子情報偵察、雷達(dá)告警等應(yīng)用。相關(guān)器是IFM接收機的核心單元，延時為的信號與輸入信號構(gòu)成相關(guān)器，從而確定輸入信號頻率。采用了IFM的偵察接收機稱為瞬時頻率測量接收機，具有結(jié)構(gòu)簡單、偵察頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于多種電子戰(zhàn)設(shè)備中。瞬時測頻（IFM）接收機的結(jié)構(gòu)見圖1.13。

圖1.13　IFM接收機的結(jié)構(gòu)

瞬時測頻接收機的瞬時帶寬很寬，可以覆蓋到2～18 GHz，同時其可以在極短的時間內(nèi)測得信號的頻率，具有高的頻率分辨精度，能夠適應(yīng)窄脈沖的處理，對0.1 μs的脈沖進(jìn)行測量時能夠達(dá)到1 MHz的精度，但對同時到達(dá)信號的處理會產(chǎn)生錯誤的頻率信息。

4. 信道化接收機

信道化接收機是對接收信號帶寬進(jìn)行劃分接收的接收機，主要利用濾波器進(jìn)行頻帶劃分，早期的信道化接收機都是由模擬器件組成的，設(shè)計多信道的信道化接收機時需要設(shè)計多個模擬帶通濾波器來組成不同的接收機，從而完成整個信道的劃分，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)用場景。信道化接收機的結(jié)構(gòu)見圖1.14。

5. 壓縮接收機

壓縮接收機是一種實現(xiàn)頻率快速搜索的超外差接收機。普通超外差接收機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關(guān)鍵因素，通過使用壓縮濾波器能夠把帶寬較寬的線性調(diào)頻信號壓縮為窄脈沖，緩解掃頻速度和頻率分辨率之間的矛盾。壓縮接收機可以快速掃描一個寬范圍波段，可以檢測同時到達(dá)信號的頻率和信號強度，具有良好的接收靈敏度，但識別信號的調(diào)制類型較為困難。壓縮接收機的結(jié)構(gòu)見圖1.15。

▲圖1.14　信道化接收機的結(jié)構(gòu)

圖1.15　壓縮接收機的結(jié)構(gòu)

輸入信號通過一個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，信號經(jīng)過壓縮（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。每個輸出脈沖在時間上相對于本振掃描起始點的位置，表示與其對應(yīng)的輸入信號的頻率。

6. 布萊格接收機

布萊格接收機采用一個光學(xué)布萊格小室來完成頻率分離，輸入的RF信號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)，圖像檢測裝置用來把激光束輸出的光信號變換為時頻信號，完成信號檢測。布萊格接收機最大的優(yōu)點是簡單，只需要少量部件就可實現(xiàn)大量信道化，這些部件主要包括激光器、偏轉(zhuǎn)器、兩個光學(xué)透鏡、布萊格小室和一個圖像檢測裝置。

表1.1給出了現(xiàn)有各種接收機的性能對比。

通過表1.1的對比分析可以看出，布萊格接收機、壓縮接收機和信道化接收機的整體性能很好，但布萊格接收機采用光學(xué)布萊格盒信號進(jìn)行頻譜分離，系統(tǒng)的復(fù)雜度高、動態(tài)范圍低。壓縮接收機用色散延遲線把輸入射頻信號壓縮成一個窄帶脈沖，數(shù)據(jù)處理率很高，而且信號壓縮產(chǎn)生的旁瓣會影響系統(tǒng)的檢測性能并丟失信號的脈內(nèi)調(diào)制信息。信道化接收機通過模擬或數(shù)字濾波器組對接收信號進(jìn)行頻域信道劃分，可實現(xiàn)不同頻率信號的分離，能接收時域重疊信號，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，保真度與超外差接收機相近，是目前較為實用且滿足電子戰(zhàn)需求的寬帶接收機結(jié)構(gòu)。其主要缺點是結(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)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，接收機在不斷向數(shù)字化方向發(fā)展，彌補了模擬信道化接收機的缺點。

表1.1　不同接收機的性能對比

7. 微波光子接收機

現(xiàn)有以微波技術(shù)為處理核心的接收機面臨技術(shù)瓶頸，主要體現(xiàn)在瞬時帶寬、系統(tǒng)靈敏度、小型化、低功耗等方面。光子技術(shù)與生俱來地具有大帶寬、低傳輸損耗、抗電磁干擾等特性，同時，光子系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、體積小、可集成等特點，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（其鏈路結(jié)構(gòu)見圖1.16）實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處理。但對于原來的微波混頻、微波干涉、波束合成，則可采用光路實現(xiàn)處理。當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，利用光處理可實現(xiàn)更多的信號處理，提高處理速度。利用微波光子實現(xiàn)接收機主要有以下優(yōu)點。

圖1.16　微波光子接收機的鏈路結(jié)構(gòu)

（1）損耗小。相對于微波系統(tǒng)，微波光子接收機采用光纖處理，信號損耗較小。射頻電纜傳輸損耗約為0.2～1 dB/m，長距離傳輸時需多級放大才能補償信號衰減，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)一步提高接收機的靈敏度。如利用微波光子技術(shù)實現(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，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受聲波調(diào)制帶寬的限制，瞬時帶寬不超過幾吉赫茲。另外，隨著高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，較好的技術(shù)水平能生成與處理的信號帶寬往往低于幾吉赫茲，但現(xiàn)有ADC很難直接對數(shù)十吉赫茲帶寬的信號直接采樣。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)信號產(chǎn)生的可能性，可處理幾十吉赫茲帶寬的信號。如利用光頻時映射法，可以產(chǎn)生高達(dá)50 GHz的超大帶寬信號。

美國DARPA近年來設(shè)立了數(shù)十個項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，甚至飛秒（fs）級，可實現(xiàn)直接對射頻0.2～40 GHz信號的光采樣。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，即在光域?qū)拵У慕邮招盘柗指畹蕉鄠€窄帶的處理信道中，然后對每個窄帶信道中的接收信號進(jìn)行光電探測和信號處理。相比傳統(tǒng)信道化接收機，微波光子信道化具有較強的抗電磁干擾能力、較大的承載帶寬和瞬時帶寬、極低的傳輸損耗等顯著優(yōu)勢，而且信道化本質(zhì)上是一個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。采用微波光子實現(xiàn)信道化，依然面臨濾波器設(shè)計難題，窄帶、通帶平坦，阻帶抑制比大及濾波邊沿陡峭的濾波器組，無論是集成技術(shù)還是分立元件，都比較難以實現(xiàn)。同時，由于光電探測將丟失相位信息，該信道化方法通常只能實現(xiàn)對信號有無的判斷，無法得到信號中的信息。

編輯：黃飛

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