电子科技大学电子侦察接收机ppt课件.ppt

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1、电子战接收机Electronic Warfare Receivers,主要内容,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,侦察接收机和通信/雷达接收机的区别,通信接收机 合作/半合作形式 信号处理更有效侦察(EW)接收机非合作形式 雷达侦察接收机 PDW:包括载频、入射方向、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲到达的时间、脉内调制方式(独一无二的特性),侦察接收机的特点,频率宽开方位宽开接收信号类型宽开,电子战接收机信号环境,频率范围宽 通常信号频率范围:2 GHz to 18 GHz低截获率(LPI)雷达 控制雷达功率 或者产生宽带信号

2、(频谱展开)或者复杂调制的信号信号种类多 雷达信号、通信信号、导航信号、测控信号、导弹引导信号（末制导雷达）等,电子战接收机要求,要求近似实时响应（电子对抗侦察与情报侦察的最大差异）输入信号范围处理同时达到信号电子战接收机应该同时考虑灵敏度与动态范围,雷达侦察接收机的参数测量,脉冲幅度(PA)脉冲宽度(PW)到达时间(TOA)载频(RF)到达角度(AOA),接收机的主要技术参数,频率范围 接收机可接收与处理的信号的频率范围调制 接收机可接收并解调的信号调制 带宽 接收机可以瞬时覆盖的频率范围大小 灵敏度接收机能收到并且仍可满足其它指标的最小信号动态范围 接收机能收到且仍可满足其它指标的最大信号

3、与最小信号之差DOA精度 在给定的最小信号强度条件下，接收机系统能够确定的该信号的到达方位的精度。,接收机的主要技术参数（续）,CEP 以50的概率包含辐射源位置的圆半径 选择性 接收机在接收和处理所需信号时抑制无用信号的能力 截获概率 接收机在特定时间内接收特定环境中特定信号的概率 探测时间 首次到达接收机天线与产生适当的系统输出信号或数据之间的时间 截获吞吐速率 能在特定时间内接收和处理的信号数,测频接收机的分类,雷达载频测量意义：截获雷达信号需要信号分选需要识别高威胁等级雷达需要引导干扰需要,测频系统主要要求,要进行实时处理：一般要求瞬时测频，在雷达脉冲持续时间内完成测频；具有宽的是瞬时

4、频带（一个或多个倍频程测频范围高端是低端的2倍）；信号处理实时性直接影响截获概率与截获时间；截获概率给定时间内正确发现和识别给定信号的概率；截获时间达到规定截获概率所需的时间；频域截获概率（频率搜索概率）单个脉冲的频率搜索概率：瞬时带宽/测频范围 100%脉冲截获概率所需时间：脉冲重复周期+信号天线输入到终端设备输出延迟时间；,测频范围大：雷达工作频率范围0.340GHz；一般需要多部测频接收机分区覆盖测频；足够高的测频精度和频率分辨力：频率分辨力测频系统能分开两个同时达到信号的最小频差 搜索式测频接收机测频误差：瞬时带宽的一半 搜索式测频接收机频率分辨力：瞬时带宽 传统搜索式测频接收机无法解

5、决截获概率和测频精度、频率分辨力之间的矛盾！,足够高的灵敏度和动态范围：灵敏度测频接收机检测微弱信号的能力 动态范围保证精确测频前提下，输入信号功率的允许变化范围。具有检测盒处理多种形式信号的能力对同时到达信号具有良好的分离能力,数字接收机,频域取样法用一个或多个窄带带通滤波器工作于侦察频段内，当信号载频位于某个滤波器内输出超过门限，根据该滤波器中心频率确定载频测量值和测量误差；频域顺序取样采用一个窄带滤波器侦察频段内来回搜索（搜索法测频）；频域同时取样采用多个窄带滤波器覆盖整个侦察频段（非搜索法测频）；频域变化法非搜索法测频既能获得很宽的瞬时测频范围实现高截获概率，又能获得高频率分辨力，较好

6、解决了截获概率与频率分辨力之间的矛盾。要求包络检波之前测频，处理复杂。,频率搜索形式连续搜索,单程搜索和双程搜索时间图(a)单程搜索(b)双程搜索,频率搜索形式步进搜索,采用等间隔逐步跳跃；每跳过一个接收机带宽，驻留时间内保证接收13个脉冲；信号频率密集阶段逐步跳跃，频率空白段大步跨过，保证截获概率，缩短搜索周期；,搜索速度的选择（1）,慢速可靠搜索 1、雷达脉冲群存在期间，侦察接收机搜索完整个测频范围。搜索周期Tf,，脉冲群宽度N，脉冲群内脉冲数ZN，脉冲重复周期Tr 2、接收机扫过一个瞬时带宽的时间内，接收到的脉冲数要满足处理器和显示器所需的脉冲数Z。3、侦察频段必须满足：,搜索速度的选择

7、（2）,快速可靠搜索 1、脉冲宽度 内，侦察接收机要搜索完整个频段。（实际一般不采用，用压缩接收机来完成）当外加信号时，接收机谐振系统需要一定的时间才能建立稳定的振荡。（接收机输出波形与频率搜索速度有很大关系）,频率慢速搜索测频不能实现逐个脉冲测频，对于频率捷变雷达无法测频！,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,搜索式超外差接收机工作原理,搜索式超外差接收机原理图,优点：简单、技术成熟、设备紧凑缺点：不能解决频率截获概率和频率分辨力的矛盾,寄生信道干扰,主信道有用信号镜像干扰信道干扰信号,图23 主信道与镜像信道的关系图

8、,寄生信道干扰的消除方法,1、提高射频电路的选择性，抑制镜像信道；2、预选器和本振通调，实现单信道接收；3、采用零中频技术，使镜像信道与主信道重合，变成单一信道。,在接收机中，用镜像抑制比dms来衡量混频器对镜像信道干扰的抑制能力。保持输入射频信号幅度不变，主信道输出的信号功率Pso与镜像信道输出的干扰功率Pmo之比称为镜像抑制比,几种典型的超外差接收机,窄带超外差接收机高频率分辨力、高灵敏度（瞬时带宽2060MHz）宽带超外差接收机（瞬时带宽100200MHz）缩短搜索时间，可处理宽带雷达信号；宽带预选超外差接收机 若采用宽带预选器和高中频，可以进一步扩展超外差接收机的瞬时带宽。,超外差接收

9、机特点,1、用于中频比射频低，可得到很好的选择性和很高的放大量，因此它的灵敏度高，选择性好，动态范围大。2、由于中频信号完整地保留了射频信号的频率和相位信息，幅度失真小，能检测线性调频、相位编码等复杂信号。3、主要缺点：存在寄生信道干扰。,频率顺序取样法搜索法,仅用一个窄带滤波器在侦察频段内来回搜索优点：简单、技术成熟、设备紧凑缺点：不能解决频率截获概率和频率分辨力的矛盾,存在截获概率与频率分辨率的矛盾,图24 射频调谐晶体视频接收机原理图,射频调谐晶体视频接收机,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,不同频率信号通过滤波

10、器组进行测频,纯信道化接收机工作原理,频率粗分，改变本振，中放输出频率相同！,判断哪一路波段有信号，得到频率波段码！,频率精分路,接收机频率分辨率：,1、信道化接收机使一种高截获概率的接收机，直接从频域选择信号，避免时域重叠信号的干扰，抗干扰能力强。2、测频精度和频率分辨率只取决于信道频率分路器的单元宽度。3、由于它建立在超外差接收机上，灵敏度高，动态范围大。,频率折叠信道化接收机时分制信道化接收机 与纯信道化接收机相比，增加一个取和电路，就为下一级省去了（M1-1）（M2-1）支路。,信道化接收机存在的问题,1、矩形脉冲的频谱为辛克函数，有主瓣，也有旁瓣。一个强信号可能同时在几个信道中过检测

11、门限（频谱扩展现象）；还会出现强信号的旁瓣遮盖弱信号频谱主瓣的现象。解决方法主要是采用相邻通道信号幅度比较的办法。2、“兔耳”效应。当信道宽度窄,载频偏离滤波器中心较远时，由于滤波器的暂态响应，在脉冲前后沿处出现尖峰，形状像兔耳朵。使差分放大器、检测电路的触发紊乱。可以通过正确设计通带形状和边缘响应，脉宽积累和后续数字处理来解决。3、设备量较大,频率同时取样法,多个带通滤波器同时覆盖整个侦察范围，可实现单脉冲测频。特点：大的设备量换取高的频率分辨率,频率变换法,将信号载频变换为电压、电流、相位、时间和空间等物理量，进行间接测频。优点：1、很宽的测频范围，实现高截获概率。同时又能获得高的频率分别

12、率。2、对单脉冲实现100的截获，可瞬时测频。缺点：对变换器件和运算速度要求高 因为测频在信号包络检波前，是对高频信号进行变换而完成测频。,1、搜索体制的接收机无法从根本上解决截获概率与频率分辨率的 矛盾。2、信道化接收机设备量大。解决方法：比相法瞬时测频接收机 采用信号的自相关技术进行频率相位变化，通过测相实现测频。,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,瞬时测频接收机工作原理,微波信号本质上为正弦波，其相位和载频、时间成正比！将同一信号分为两路经过不同的时延，两路输出信号的相位不同，相位差仅与延时和信号载频成正比，延时

13、已知，通过测量相位差可间接测量出信号载频。实现载频-相位差变化的实用方法为微波鉴相器！,瞬时测频接收机工作原理,简单微波鉴相器,相移与频率成线性关系接收机的瞬时频带内最大相位差2最大单值测频范围（大的测频范围：短延时）,图210 一种常用的微波鉴相器,这种实用的微波鉴相器输出一对正交量:,UI与UQ的合成矢量为一极坐标表示的旋转矢量，其模为,其相角为,图211 正交函数的合成矢量,模拟式比相法瞬时测频接收机,对输出的I、Q信号进行幅度采样，利用三角关系计算出相位的大小。,将正交信号UI与UQ加到静电示波器的水平转板和垂直偏转板上。,极性量化 数字式瞬时测频接收机 将正交两路输出信号分别加到两个

14、电压比较器上，输出正极性为逻辑“1”，负极性为逻辑“0”，这将3600范围（测频范围）分成4个区域，从而构成2比特量化器。在原来一对正交信号的基础上增加相移450的一对正交信号，将将3600范围（测频范围）分成8个区域，从而构成3比特量化器。再增加22.50和67.50两队正交信号，可构成4比特量化器。依次类推.,图212 4比特极性量化器波形和编码,频率分辨率与相位分辨率的关系：,2比特量化 3比特量化 4比特量化,（高的测频精度：长延时）,两路鉴相器的并行运用,数字式瞬时测频接收机既有测频范围F的要求，又有频率分辨力f的要求，量化单元数定义：,两路鉴相器量化器均为3比特，第二路迟延线长为第

15、一路的4倍（即T1=T，T2=4T）。短迟延线支路单值测量，其输出码为频率的高位码，不模糊带宽F=1/T。长迟延线增长到4倍，故在迟延线上有个量化周期，每个周期量化成个单元，共量化成32个单元。对于多路鉴相器，频率分辨力：,m为低位鉴相器支路的量化比特数；n为相邻支路鉴相器的迟延时间比，k为并行运用支路数,图214 第一类同时到达信号及其合成矢量,时间上的差异可以忽略的同时到达信号为第一类同时达到信号，测量结果为其合信号。,功率比6dB时，可以正常测频。,在第一信号脉冲临界编码期间到达的信号脉冲为第二类同时到达信号。在第一个脉冲触发了频率测量电路后，第二类同时到达信号使输出正余弦信号比较器的输

16、出有一个瞬变过程，可产生错误的输出，使得测频错误。,图215 同时到达信号的检测电路,关键器件：自差混频器、带通滤波器。如果只有一个信号加入混频器，全部谐波都是由单个输入信号产生，它们都处于滤波器通带之外，则检波器和比较器无输出。当有两个以上信号到达混频器时，将会产生输入信号差频的谐波。,测频误差分析,测频误差由相位误差决定鉴相器的相位误差 高质量的宽频带鉴相器的相位误差在几度。相位量化误差 当鉴相器为6比特时,=5.6，q=1.6系统内部噪声引起的相位误差 相位起伏相位噪声同时到达信号引起的相位误差,要实现自相关运算，必须满足延时小于所测量信号的脉冲宽度。为同时兼顾测频范围和测频误差，可采用

17、多路鉴相器并行应用（两路鉴相器）。测频精度用合理确定极性量化器位数来保证。该体制接收机无法对同时达到信号测频。,瞬时测频接收机特点,比相式瞬时测频接收机的组成,门限检测/定时控制支路:1、降低虚警率；2、经过门限判别之后，产生选通门，降低由于噪声激励而引起的测频误差；3、在测频期间产生一闭锁信号，保证在一段时间内，只测量一个信号，减小同时到达信号对测频误差的影响。4、测量完毕产生一清除信号，使测频系统复位。,解决搜索速度与截获概率的矛盾，一个可行的思路是扩大瞬时频率取样窗口（中放带宽），但可能会带来不同频率的信号落入同一频率取样窗内，造成时间上重叠，使频率分辨率下降。解决的方法压缩接收机,电子

18、战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,压缩接收机工作原理,通过特殊的傅立叶变换，巧妙地将时域重迭、频率不相等的多个线性调频信号经压缩变换后，变换成出现时间与各输入信号频率成线性关系的窄脉冲列，从而将信号载频的测量转换为对输出窄脉冲出现时间的测量。,Chirp变换原理 信号的谱函数可以通过傅立叶变换求得：作变量代换，令=u，其中u为常数，为时间,图219 Chirp变换功能图,扩展过程 压缩过程,展宽线用来产生线性调频本振信号，其主要指标有：时宽TE和带宽fE，压缩线用来实现卷积运算，其主要指标是时宽TC和带宽fC。,色散延迟线

19、的特性是产生与信号频率相关的延迟,与超外差接收机区别：压缩接收机中放后增加了压缩线；系统参数区别压缩接收机中放带宽和压缩线带宽与测频范围 相同，远大于超外差接收机中放带宽，压缩接收本振扫描频率范围是测频范围2倍。,(1)混频器将各个输入频率不变信号变换成时域完全重叠、频率下降信号；本振扫描周期、扫描最低频率,工作过程,两个不同频率输入信号混频后输出：,输出信号时域重叠，存在时间为本振搜索周期，频率下降速度相同，起始点不同：,(2)中放输出脉宽、载频下降速度和载频变化范围相同、输出时间与输入信号频率成正比的宽脉冲,工作过程,中频通频带范围：,混频器输出1信号在本振扫描起始时刻可通过中频带，当本振

20、扫描到一半时刻时（扫描周期为2倍测频范围），在再输出1信号，1信号的脉宽为信号2类似，不同点在于信号出现时刻在本振扫描的起点和中间点。,(3)压缩线输出极窄的脉冲串（压缩过程）,工作过程,输入脉宽和带宽：,压缩比：,输出脉宽：,压缩线带宽 等于接收机的瞬时带宽（接收机频率覆盖范围全概率接收）。压缩线后输出脉宽（代表一个时域分辨单元宽度），接收机总的时间（频率）分辨单元数。频率分辨率：压缩接收机用增加压缩线带宽的方法，扩大瞬时频域覆盖范围，提高频域截获概率；用增加压缩线时宽的方法提高频率分辨率，很好解决了频率截获概率与频率分辨率的矛盾。,压缩接收机原理框图,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接

21、收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,声光接收机工作原理,将声学与光学巧妙地结合，利用声光调制技术和透镜的空间傅立叶变化原理，实现快速傅立叶变化，完成实时频谱分析。被测信号加入换能器，在介质中激励起余弦声波，引起介质折射率周期变化，形成相位光栅，实现声波对光束调相，产生调相衍射光，衍射光的偏转角与被测信号频率成正比。,声光接收机原理图,电子战接收机的要求和特性搜索式超外差接收机信道化接收机瞬时测频接收机（IFM）压缩接收机声光接收机数字接收机,电子战接收机目前逐步从模拟的瞬时测频（IFM)和超外差接收机向数字信道化接收机转变。高速模数转换器（ADC)和高密度现

22、场可编程门阵列（FPGA)的大量出现是促使这一趋势的重要因素。,宽带数字信道化接收机的原理框图,接收机重要技术指标,瞬时带宽：一次能观测到的最大频率范围瞬时动态范围 接收机能探测到的最低概率电平和能处理的最高功率电平之间的幅度差总动态范围,欠采样技术,Nyquist 定理：如果要从相等时间间隔取得的采样点中，毫无失真地重建模拟信号波形，则采样频率必须大于或等于模拟信号中最高频率成份的两倍。当以采样率fs对模拟信号fa进行采样时，实际上产生了两个混叠成份，一个位于fs+fa，另一个位于fsfa。它的频率域显示在图 1中。Nyquist 准则要求采样率fs fa，以避免混叠成份覆盖到第一Nyqui

23、st 区。,欠采样技术,Nyquist 假定信息带宽等于Nyquist带宽或采样频率的一半。在图 1中，如果模拟信号fa带宽小于fs/2，可能用低于Nyquist的率进行采样，仍然能防止混叠，避免损坏所需的信号。Shannon 定理表示：实际所需最小采样频率是信号带宽的函数，而不仅取决于它的最大频率成份。通常来说，采样频率至少必须是信号带宽的两倍，并且被采样的信号不能是 fs/2 的整数倍，以防止混叠成份的相互重叠。例：对一个具有150MHz最大信号频率，10MHz 带宽的信号进行采样，可能只需要一个约22MSPS（每秒百万次抽样）的ADC，而不是Nyquist规定的大于300MSPS的 AD

24、C。,数字接收机的特点,在尽量靠近天线的地方进行数字化处理，充分发挥数字方法比模拟方法在信号处理方面的优势。数字处理的优点：可再生性、稳定型、灵活性和可编程性。,电子战接收机总结,注：G=良好 M=适中 P=差 Y=是 N=否,应 用,对微弱信号的检测和识别以有赖于时间。通过一定时间的积累和变换，信号可以被确定。但是，在这种相对长时间地驻留在一个信号上时，对运动目标的信号进行积累，将面临一个非常重要的问题，那就是对运动的补偿。没有必要的补偿，积累将成为不可能。采用高灵敏度的双通道接收机。其信号处理包括两部分，高数据率的是时间相关和数据压缩，低数据率的是频率相关、运动补偿、信号检测与跟踪、多目标

25、的定位。,双通道接收机,ES-3701战术雷达ESM与监视系统,EDO公司的ES-3701战术雷达ESM与监视系统是一种雷达监视与精确单脉冲测向系统,是为潜艇、水面舰艇和陆基设备设计的理想ESM系统。该系统具有态势感知、目标定位、自卫和监视能力，并使用Windows-NT人机界面(HMI)进行图像分析和辐射源显示。单脉冲干涉仪测向天线：包括两个阵列和一个GPS天线（完成自定位），每个干涉仪阵列产生全向及测向信息。,接收机单元：包括相位测向接收机和测频接收机。使用各种滤波器来消除干扰信号。方位角、频率、幅度、到达时间和脉宽等数值组合形成了脉冲描述字。信号处理单元：接收脉冲描述字并对其进行去交错，形成脉冲串，与辐射源库进行比较。信号报告通过以太局域网传输到操作员工作站。战术显示器：为操作员工作站设计了操作员可配置的多个窗口。操作员工作站：使用了Windows-NTTM结构，这是实时软件的最新技术。,ES-3701系统结构图,战术显示器,ES-5060电子情报/电子支援措施系统,ES-5060是美国EDO公司研制的全自动电子情报/电子支援措施(ELINT/ESM)系统。应用在机载、舰载和地基平台。该系统具有远程信号探测、高截获概率、精确参数测量及复杂信号处理等特点。宽带射频覆盖 0.518GHz测向及全向 500MHz瞬时带宽 超外差调谐器 测频率精度：1MHz,RMS,