LFM連續波雷達信道設計及關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：LFM連續波雷達系統中，從發(fā)射通道泄露的強發(fā)射信號、近距離目標的強回波信號和天線(xiàn)罩的強反射信號會(huì )對接收機性能造成嚴重影響。低相噪高線(xiàn)性度的發(fā)射信號會(huì )顯著(zhù)提升雷達系統性能。介紹了LFM連續波雷達信道的設計。對其中的低相噪高線(xiàn)性度信號產(chǎn)生、收發(fā)隔離度控制和頻率靈敏度控制(SFC)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，這些技術(shù)在工程上有較高的應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：線(xiàn)性調頻；連續渡；信道；低相位噪聲；射頻對消；頻率靈敏度控制

LFM連續波雷達具有良好的距離分辨力，發(fā)射機可用固態(tài)的，因而具有重量體積輕小的特點(diǎn)，使得LFM連續波雷達在探測技術(shù)中獲得廣泛應用。連續波單天線(xiàn)雷達在使用中，接收通道和發(fā)射通道的隔離度如果比較低，強發(fā)射信號泄露入接收機，會(huì )嚴重影響雷達性能，甚至損壞接收機，導致雷達無(wú)法工作。近距離的目標的回波幅度大，會(huì )使接收機飽和無(wú)法工作或淹沒(méi)遠距離目標頻譜而降低雷達探測距離。為提高后端信號處理能力，在信道中采用低相噪、高線(xiàn)性度的信號顯得尤為重要。LFM連續波雷達對應的距離分辨力與目標延時(shí)，與發(fā)射信號帶寬有關(guān)，與信號調頻線(xiàn)性度成正比。而發(fā)射信號調頻線(xiàn)性度往往是限制LFM連續波雷達距離分辨力的關(guān)鍵因素。

1 LFM連續波雷達測距原理及信道組成
1．1 LFM連續波雷達測距原理
LFM連續波雷達采用的發(fā)射信號通常有三角波和鋸齒波。本設計發(fā)射信號采用鋸齒波調制線(xiàn)性調制掃頻信號，如圖1所示。信號掃頻帶寬為B，調制周期為T(mén)，信號頻率表示為：

其中τ為回波信號和發(fā)射信號對應距離R處的時(shí)延。R為點(diǎn)目標到達天線(xiàn)的距離，c為光速。因此雷達探測的目標距離R可由式(2)得出。
1．2 信道組成
和零外差方案相比較，超外差收發(fā)方案本振源多，需要中頻信號，增加了設備量和復雜度。但超外差收發(fā)方案本振抑制高，輸出信號頻譜較好。超外差方案具有靈敏度高，選擇性好的特點(diǎn)。本設計選用超外差接收方案。

如圖2所示，頻率合成部分產(chǎn)生本振和系統時(shí)鐘，LFM信號產(chǎn)生部分生成中頻信號，一路到收發(fā)前端作為發(fā)射信號，一路到中頻接收和接收信號做作差拍，收發(fā)前端完成發(fā)射信號上變頻、放大和接收信號下變頻，中頻接收完成差拍混頻和解調。

2 低相位噪聲高線(xiàn)性度中頻LFM信號設計
在LFM連續波雷達系統中，中頻LFM信號一路經(jīng)收發(fā)前端上變頻為射頻信號后，作為發(fā)射信號由天線(xiàn)輻射出去，一路到中頻接收部分，和經(jīng)接收前端下變頻至中頻信號的接收信號作差拍用。中頻LFM信號的相位噪聲直接影響到雷達系統的檢測能力。

降低發(fā)射信號的相位噪聲對提升系統的性能有重要意義。采用DDS芯片產(chǎn)生LFM信號，DDS芯片輸出103 MHz時(shí)相噪：fm=1 kHz：-150 dBc／Hz，fm=1 kHz：-160 dBc／Hz。故相噪起主要作用為晶振的相位噪聲。頻率源選用采用SC切割的OCXO超低相噪晶振，相位噪聲為-155 dBc／Hz@1 kHz＆-165 dBc／Hz@10 kHz。設計盡量減少中間環(huán)節，少產(chǎn)生無(wú)用頻率，保證發(fā)射信號具有較低相噪。
LFM信號的線(xiàn)性度特性對系統的檢測和測距分辨力性能有直接的影響。采用DDS產(chǎn)生LFM信號，其線(xiàn)性度主要取決于DDS掃頻步進(jìn)與掃頻帶寬，DDS掃頻步進(jìn)與DDS的頻率最小駐留時(shí)間和最小步進(jìn)性能直接相關(guān)，選用的DDS頻率最小駐留時(shí)間和最小步進(jìn)為8 ns和0．12 Hz。