張云　馮孝斌　蔡敏　汪勇峰

摘 要： 基于外場VHF頻段目標特性測量需求，設計一種外場VHF頻段寬帶RCS測量接收機。該接收機采用預選濾波法提高了接收前端選擇性，抑制射頻干擾信號，同時設計頻率關(guān)系，實現(xiàn)寬帶信號接收，在后續(xù)信號處理中采用相參積累法進一步抑制射頻干擾及接收機噪聲，提高接收機靈敏度，實現(xiàn)大動態(tài)范圍信號接收。通過外場試驗驗證，實測結(jié)果與理論仿真結(jié)果吻合較好，驗證了該設計方案的可行性。

關(guān)鍵詞： VHF頻段； 寬帶； 射頻干擾； 寬帶RCS測量接收機

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）04?0139?03

Abstract： Based on the measurement requirement of the target characteristics of outfield VHF band， a receiver for wideband RCS measurement in outfield VHF frequency band was designed. The preselection filtering method is adopted in the receiver to improve the receiving front?end selectivity and suppress the RF interference signal. The frequency relation was designed carefully to realize the reception of wideband signal. The phase?coherent accumulation method is used in subsequent signal processing to further suppress the RF interference and receiver noise. The receiver sensitivity was improved， and signal reception in large dynamic range was realized. The results from outfield experiments show that the actually?measured result is identical with the theoretical simulation result. The feasibility of the design scheme was verified.

Keywords： VHF band； broadband； RFI； receiver for wideband RCS measurement

目前國內(nèi)針對典型目標的低頻特性理論研究已經(jīng)很成熟，但在外場背景下復雜目標的低頻特性研究尚處于起步階段。作為外場低頻特性研究的關(guān)鍵設備之一，VHF頻段寬帶RCS測量設備的研制將有力促進外場低頻特性的研究。由于在VHF頻段存在無線電調(diào)頻廣播、移動通信和電視信號等多個外界頻率源，因此，VHF頻段寬帶雷達接收系統(tǒng)具有嚴重的射頻干擾（RFI）問題。因為RFI在時域、頻域及空域都和目標散射信號相重疊，且其強度還可與目標散射信號的強度相比擬甚至更強，因此，有效抑制RFI是保證VHF頻段寬帶雷達接收系統(tǒng)能夠正常工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文結(jié)合實際情況，給出一種寬帶RCS測量接收機設計方案，從抗干擾等方面進行了分析，并進行了試驗驗證。

1 接收系統(tǒng)分析

外場RCS測量接收機和一般雷達接收機有一定的區(qū)別，它具有相參、寬頻帶、大瞬時線性動態(tài)范圍等特點?；夭ㄐ盘柦?jīng)低噪放、混頻、中放濾波等處理環(huán)節(jié)后進行數(shù)字采集處理，可獲取目標回波的幅度相位信息?；驹砜驁D如圖1所示。

1.1 接收機干擾分析

一般干擾主要有同頻干擾、交調(diào)干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等。其中同頻干擾是指干擾信號與有用信號頻率相同或接近，并以同樣的方式進入收信機中頻通帶形成的干擾，接收機本身不具備抑制作用，需要采取相干積累等方式抑制同頻干擾。而交調(diào)干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等主要是因為接收機前端電路選擇性不夠好，導致干擾信號進入到接收機中對接收機性能造成了一定的影響。

交調(diào)干擾是一種交叉調(diào)制，在混頻級和高放級都有可能發(fā)生；交叉調(diào)制程度與干擾信號振幅的平方成正比，所以，提高前端的選擇性，減弱干擾信號電壓振幅，是克服交調(diào)干擾的有效措施。

互調(diào)干擾是由于放大器的非線性作用，干擾信號彼此混頻，可能產(chǎn)生頻率接近有用信號頻率的互調(diào)干擾分量；互調(diào)干擾分量的強度同輸入干擾信號的電壓振幅有關(guān)，干擾信號振幅愈大，則互調(diào)干擾分量愈大。一般說來，當兩個干擾信號頻率距離信號頻率較遠時，用提高前端電路選擇性的辦法，能夠有效地減小互調(diào)干擾影響。

阻塞干擾是指如果一個強干擾信號進入接收機輸入端后，在輸入電路抑制不良時，就會使前端電路內(nèi)放大器或混頻器的晶體管處于嚴重的非線性區(qū)域，甚至完全破壞晶體管的工作狀態(tài)，使輸出信噪比大大下降。

由上述分析可知，要避免交調(diào)干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等影響，提高接收前端的選擇性，減弱干擾信號電壓的振幅是比較有效的措施，同時接收機也可采取相干積累等信號處理方式，對同頻干擾等進行抑制。

1.2 寬帶接收機雜波、諧波分析

外場RCS測量接收機對雜波和諧波要求較高。一般來說，下變頻混頻器用來把低功率的回波信號同高功率的本振信號在非線性器件中混頻后，將低功率的回波信號變換成中頻信號輸出，這時，因為混頻器的非線性特性，將產(chǎn)生許多寄生的高次分量。這些寄生響應將會嚴重影響相參雷達的接收性能。

混頻器的非線性效應是產(chǎn)生各種寄生響應的主要原因，假設輸入信號頻率為[fR]，本振信號頻率為[fL]，則輸出信號頻率為兩個頻率的和與差[fR+fL或fR-fL]。同時，因為混頻器的非線性效應，還會產(chǎn)生寄生頻率[±nfL±m(xù)fR]（m和n均為整數(shù)）。圖2所示為一張寄生效應圖[7]，這張寄生效應圖使系統(tǒng)設計者對究竟哪些輸入頻率和帶寬結(jié)合不會產(chǎn)生強的低寄生分量的情況一目了然。圖2中H表示高輸入頻率；L表示低輸入頻率；橫軸為歸一化的輸入頻率[LH]，縱軸為歸一化的輸出差頻[H-LH]。由上述分析可知，在進行寬帶混頻時，由于接收機的相對帶寬增大，低次諧波雜散信號落入帶內(nèi)的概率加大，使得接收機信雜比變壞，直接影響接收機的測量精度。因而，在接收機設計中應綜合考慮，如保證本振譜線純度指標以及在混頻后采取濾波等措施。

1.3 線性動態(tài)范圍

外場測量實驗，一般采用相對定標法，標定是一個重要環(huán)節(jié)，需要以一個雷達散射截面（RCS）已知的標準體為標準來標定待測散射體的RCS，標準體的RCS值來自理論計算和測量值。

式中：[σo]為目標RCS；[σs]為標準體RCS；[Pr]為目標回波功率；[Psr]為標準體回波功率；[Ro]為目標距離；[Rs]為標準體距離。

接收機高精度測量的前提是接收機具有良好線性動態(tài)范圍，目前一般隱身目標RCS動態(tài)范圍量級大于50 dB，因此設計大于60 dB的線性動態(tài)范圍是必須的。

1.4 接收機相參性

由于RCS幅相測量的特殊性，它不僅要檢測目標回波信號的幅度確定目標的后向散射值大小，也需要通過目標回波的相位信息分析目標的電磁散射特性，而且為了提高雷達系統(tǒng)的靈敏度，對回波數(shù)據(jù)進行相參積累也是非常有必要的，因此對雷達的相參性有非常高的要求，需要測量雷達嚴格相參。

2 接收機設計

由上述分析可知，測量接收機首先需要抑制射頻干擾信號，為了濾除接收機中的各種射頻干擾信號，保留有用信號，必須在接收機前端合適的地方放置預選濾波器，從頻域上濾除各種射頻干擾信號。其次接收機屬于寬頻帶接收機，測量時希望有一個較為平坦的帶內(nèi)響應，因此接收機需要進行功率均衡，在整個信號帶寬內(nèi)進行幅度校正。另外接收機是嚴格相參接收機，接收機的本振需要采用高穩(wěn)晶振產(chǎn)生。接收機的原理框圖如圖3所示。本接收機主要由限幅器、預選濾波、低噪放、功率均衡、混頻、中頻放大及濾波、A/D中頻采集及存儲、處理計算機等部分組成。依據(jù)接收機設計的總體考慮，對每部分都作了詳細的指標論述，這里僅列出幾個主要的參數(shù)，以示參考：信號帶寬200 MHz，帶內(nèi)平坦度≤±1 dB；預選濾波每級帶寬10 MHz，帶外抑制≥60 dB；瞬時線性動態(tài)范圍70 dB；中頻帶寬10 MHz；A/D采樣速率200 MHz，位數(shù)14位。

由圖4可知，經(jīng)A/D采集處理后接收機實際線性動態(tài)范圍遠大于70 dB（藍色*為實測功率曲線，紅線為擬合功率曲線），說明接收機系統(tǒng)具有良好的線性動態(tài)范圍。應用該接收機對某載體模型進行實際外場測試，測試頻率為250 MHz，水平極化，實際測試曲線與理論仿真曲線對比如圖5所示，橫坐標是角度值，縱坐標為歸一化RCS值。由圖5可知，實際測試曲線和理論仿真曲線吻合較好，說明接收機方案設計合理。

3 結(jié) 語

本文針對VHF頻段，結(jié)合實際情況，給出了一種寬帶RCS測量接收機設計方案，該接收機可實現(xiàn)對VHF頻帶內(nèi)射頻信號抑制，具有寬頻帶、大動態(tài)范圍接收等特點。通過外場試驗驗證，實測結(jié)果與理論仿真結(jié)果吻合較好，驗證了設計方案的可行性，可以投入實際使用。VHF頻段RCS測量設備的研制，對外場VHF頻段目標電磁散射特性研究具有非常重要的意義，可有力支撐后續(xù)相關(guān)課題研究。

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