船用雷达设备接收机.ppt

第二章第二章 船用雷达设备船用雷达设备第五节 雷达接收机接收机的作用接收机的作用 信号处理信号处理:抗杂波抗杂波,放大放大,显示显示.杂波杂波:雨雨,雪雪,雷达干扰雷达干扰 有用目标有用目标:船舶船舶,导航标导航标,岸线岸线,高山，岛屿等高山，岛屿等.发射脉冲发射脉冲 目标目标 散射散射 天线天线 回波回波5.1 接收机的组成框图及其功能频率转换器频率转换器 自天线自天线微波微波集成集成电路电路视频视频放大放大增益增益&STC至显示器至显示器接收机框图接收机框图触发脉冲触发脉冲中频中频放大放大检波器检波器双功器双功器 混频混频器器本振本振.微波集成电路微波集成电路主中频放大器主中频放大器前置中频放大器前置中频放大器视频部分视频部分双功器双功器 u双工器双工器 使天线工作在双功状态。发射使天线工作在双功状态。发射:发射机工作期间；接收发射机工作期间；接收:其他时间其他时间u 微波集成电路微波集成电路（Microwave integrated circuit）u变频器变频器u中频放大中频放大u检波检波u前置视频放大前置视频放大u增益控制和海浪抑制控制电路增益控制和海浪抑制控制电路 5.1.3 频率变换器频率变换器 混频器混频器 本机振荡本机振荡1.本振本振(1)反射式速调管反射式速调管反射极顶盖反射极顶盖反射极反射极网状栅极网状栅极阴极阴极灯丝灯丝金属外壳金属外壳管脚管脚调整螺丝调整螺丝输出环输出环弓形支架弓形支架输出输出同轴线同轴线 机械机械:调整螺丝可以改变栅极距离调整螺丝可以改变栅极距离电子电子:改变反射极电压改变反射极电压调谐调谐(2)耿氏二极管耿氏二极管输出波导输出波导谐振腔谐振腔电电压压引引线线 衰衰减减器器调调整整螺丝螺丝 调整螺调整螺丝丝耿氏二极管耿氏二极管 输出口输出口电电压压引引线线 耿氏耿氏二极二极管管变容二极变容二极管管衰衰 减减 器器 调调整螺丝整螺丝 调调谐谐螺螺丝丝 调谐调谐1.调谐过程调谐过程 将显示器面板上的调谐控钮置于中间位置将显示器面板上的调谐控钮置于中间位置.调节反射极或变容二极管电压为标准值。调节反射极或变容二极管电压为标准值。调整机械调谐螺丝找到谐振点。调整机械调谐螺丝找到谐振点。根据手册继续细调。根据手册继续细调。2.本振调谐时机本振调谐时机:更换磁控管更换磁控管 本本振频率变化振频率变化 长时间引起效率较差长时间引起效率较差3.平时操作雷达的控制面板调谐标准：平时操作雷达的控制面板调谐标准：图象清晰饱满图象清晰饱满调谐指示表指示最大（不是到表刻度的最大调谐指示表指示最大（不是到表刻度的最大)5.1.4 本振调谐本振调谐(Tune)2.混频器混频器 微波频率混频二极管微波频率混频二极管n n作用：将回波信号作用：将回波信号作用：将回波信号作用：将回波信号fSfS与本振信号与本振信号与本振信号与本振信号fLfL进行混频，得到进行混频，得到进行混频，得到进行混频，得到其差频，其差频，其差频，其差频，即中频即中频即中频即中频 信号：信号：信号：信号：fI=fLfI=fL fS fSn n组成：常用两个组成：常用两个组成：常用两个组成：常用两个 晶体二极管组成的平衡混频器，晶体二极管组成的平衡混频器，晶体二极管组成的平衡混频器，晶体二极管组成的平衡混频器，两个二极管反向装置在波导管中组成。两个二极管反向装置在波导管中组成。两个二极管反向装置在波导管中组成。两个二极管反向装置在波导管中组成。(1)非常碎弱应当避免机械或电力冲击非常碎弱应当避免机械或电力冲击 晶体测试晶体测试:R100 or 1k,切不可用切不可用 R1 or 10k.不要同时接触阴阳极不要同时接触阴阳极 备用管应当在铅屏蔽盒内备用管应当在铅屏蔽盒内(2)晶体电流只由本振输出决定晶体电流只由本振输出决定 本振输出本振输出:mA 级级回波幅度回波幅度:V 级级 晶体电流表征了频率变换器的工作状态。晶体电流表征了频率变换器的工作状态。.n混频晶体使用注意：混频晶体使用注意：P28作用作用:把微弱的中频回波信号把微弱的中频回波信号(uV)不失真地放大十几万倍不失真地放大十几万倍(1 V 左右左右)，然后送去检波。，然后送去检波。5.1.5 中频放大器中频放大器 (30,45,60MHz)组成：前置中放组成：前置中放23级，主中放级，主中放67级级增益控制：调节中放的增益（放大倍数）增益控制：调节中放的增益（放大倍数）控制面板手动增益（控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：）控钮的使用：使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）5.2 接收机基本参数接收机基本参数1、接收机灵敏度、接收机灵敏度/噪声噪声 接收机灵敏度：接收机灵敏度：P rmin=kTfN 其中决定因素是接收机通频带其中决定因素是接收机通频带f和接收机噪声和接收机噪声N。接收噪。接收噪声主要来自接收机设备本身声主要来自接收机设备本身,产生的原因是由于电子的不规则产生的原因是由于电子的不规则运动，称为运动，称为“热噪声热噪声”。象在收音机里能够听见噪声一样，象在收音机里能够听见噪声一样，雷达可以在屏幕上观察到随机噪声。雷达可以在屏幕上观察到随机噪声。增益过大增益过大增益降低增益降低增益正常增益正常 小幅度的噪声可以与目标区分开来，而极强的噪声，特小幅度的噪声可以与目标区分开来，而极强的噪声，特别是在前端的噪声很难与目标区分开来。别是在前端的噪声很难与目标区分开来。接收灵敏度表示了接收机能够探测到微弱目标的能力。接收灵敏度表示了接收机能够探测到微弱目标的能力。通常为通常为 10-12 10-14 W这里需注意的是：近处的小目标和远处目标的回波比较弱这里需注意的是：近处的小目标和远处目标的回波比较弱2 接收机带宽接收机带宽 f 接收机带宽接收机带宽 是指在放大情况下，允许通过接收机的信号是指在放大情况下，允许通过接收机的信号频率范围。频率范围。用雷达脉冲的频率谱表示用雷达脉冲的频率谱表示:一般取：一般取：f 1/发射脉冲宽度发射脉冲宽度，脉冲重复频率，脉冲重复频率F，通频带，通频带f与量程的关系与量程的关系（表见（表见P25）：）：窄脉冲窄脉冲 宽范围的频谱宽范围的频谱长脉冲长脉冲 窄范围的频谱窄范围的频谱f 噪声噪声灵敏度灵敏度 失真失真f 噪声噪声 灵敏度灵敏度 失真失真兼顾兼顾:远量程远量程 f 灵敏度灵敏度近量程近量程 f 灵敏度灵敏度航海雷达航海雷达 125 MHz 接收机辅助电路接收机辅助电路n n1 1、带宽转换电路、带宽转换电路、带宽转换电路、带宽转换电路n n 随量程开关同时转换：随量程开关同时转换：随量程开关同时转换：随量程开关同时转换：n n近量程：窄脉冲宽带宽近量程：窄脉冲宽带宽近量程：窄脉冲宽带宽近量程：窄脉冲宽带宽n n 远量程：宽脉冲窄带宽远量程：宽脉冲窄带宽远量程：宽脉冲窄带宽远量程：宽脉冲窄带宽n n2 2、AFCAFC（Auto Frequency Control)Auto Frequency Control)电路电路电路电路n n实现混频器输出频率稳定。实现混频器输出频率稳定。实现混频器输出频率稳定。实现混频器输出频率稳定。n n 3 3、对数中频放大器、对数中频放大器、对数中频放大器、对数中频放大器n n 作用：增大输入信号的动态范围，作用：增大输入信号的动态范围，作用：增大输入信号的动态范围，作用：增大输入信号的动态范围，n n使接收机不致于因为输入强信号而过载阻塞。使接收机不致于因为输入强信号而过载阻塞。使接收机不致于因为输入强信号而过载阻塞。使接收机不致于因为输入强信号而过载阻塞。n n 线性中放：适用于有弱回波，而无强信号或强干扰信线性中放：适用于有弱回波，而无强信号或强干扰信线性中放：适用于有弱回波，而无强信号或强干扰信线性中放：适用于有弱回波，而无强信号或强干扰信号的场合。号的场合。号的场合。号的场合。4、海浪干扰抑制（海浪干扰抑制（STCsensitivity time control)海杂波特性海杂波特性:海杂波图象特性海杂波图象特性:围绕本船，一片不稳定的鱼鳞状闪亮斑点。围绕本船，一片不稳定的鱼鳞状闪亮斑点。杂波的强度随距离的增加而减弱，距离越近杂波强度越强。杂波的强度随距离的增加而减弱，距离越近杂波强度越强。上风舷强上风舷强,下风舷弱。最大干扰距离可达下风舷弱。最大干扰距离可达 6n miles以上。以上。海杂波反射强：海杂波反射强：注意：海浪抑制的同时，可能丢失距离弱小回波注意：海浪抑制的同时，可能丢失距离弱小回波STCSTC电路原理和效果：电路原理和效果：发射脉冲宽度长（发射脉冲宽度长（）电波极化类型（垂直）电波极化类型（垂直）波长短波长短天线垂直波束宽度宽天线垂直波束宽度宽天线转速慢天线转速慢(a)触发脉冲触发脉冲tuOur(b)海杂波海杂波tuO目目标标回回波波 输出饱和输出饱和(c)输出饱和输出饱和tuO目标丢失目标丢失(e)接收灵敏度接收灵敏度 tOPS min正常正常(f)STC 作用作用tuO重现目标重现目标(d)控制电压控制电压tuO抑制范围抑制范围抑制深度抑制深度STC 作用作用海杂海杂波波目标目标目标目标丢失丢失目标重现目标重现海海杂杂波波减减弱弱目标减弱目标减弱目标正目标正常保留常保留STC 增增加加CFAR 处理效果处理效果岛岛海杂波海杂波船船（a）原始视频）原始视频（b）CFAR 偏压偏压（c）CFAR视频视频OOOututut雨雪杂波雨雪杂波船船5.恒虚警率处理恒虚警率处理CFAR(Constant False Alarm Rate)手动探测手动探测:用户通过调整门槛电用户通过调整门槛电压来克服噪声和杂波以探测目标。压来克服噪声和杂波以探测目标。自动探测自动探测:在原始视频信号中取在原始视频信号中取出积分均值，然后再将它从原始出积分均值，然后再将它从原始视频中相减。积分均值实际上是视频中相减。积分均值实际上是机内热噪声和干扰等的强度平均机内热噪声和干扰等的强度平均值，所以相减后，可除杂波，输值，所以相减后，可除杂波，输出有用的目标回波。出有用的目标回波。(CFAR 视频视频).原始视频原始视频:有用回波有用回波+电路噪声电路噪声+杂波杂波作用：抑制机内噪声和干扰作用：抑制机内噪声和干扰 缺点：易丢失弱小目标缺点：易丢失弱小目标 接收接收:其他时间其他时间发射发射:发射机工作期间。发射机工作期间。收发开关收发开关/环流器环流器 双功器双功器1.收发开关收发开关 收发开关充满了可电离气体，强能量电波能够电离气体，收发开关充满了可电离气体，强能量电波能够电离气体，在接收机前端燃烧，阻止能量通过。发射后收发开关气体消电在接收机前端燃烧，阻止能量通过。发射后收发开关气体消电离，回波只有很小的衰减就可通过。离，回波只有很小的衰减就可通过。泄漏的能量可能烧毁晶体二极管泄漏的能量可能烧毁晶体二极管.消电离时间消电离时间+造成盲区造成盲区.2.环流器环流器 铁氧体环流器将微波能量导向指定方向。铁氧体环流器将微波能量导向指定方向。接收机接收机环流方向环流方向限幅器限幅器123 天线天线发射机发射机 铁氧体铁氧体限幅器限幅器环流器环流器