LFM連續(xù)波雷達(dá)信道設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：LFM連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)中，從發(fā)射通道泄露的強(qiáng)發(fā)射信號(hào)、近距離目標(biāo)的強(qiáng)回波信號(hào)和天線罩的強(qiáng)反射信號(hào)會(huì)對(duì)接收機(jī)性能造成嚴(yán)重影響。低相噪高線性度的發(fā)射信號(hào)會(huì)顯著提升雷達(dá)系統(tǒng)性能。介紹了LFM連續(xù)波雷達(dá)信道的設(shè)計(jì)。對(duì)其中的低相噪高線性度信號(hào)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(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：線性調(diào)頻；連續(xù)渡；信道；低相位噪聲；射頻對(duì)消；頻率靈敏度控制

LFM連續(xù)波雷達(dá)具有良好的距離分辨力，發(fā)射機(jī)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(xù)波雷達(dá)在探測技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用。連續(xù)波單天線雷達(dá)在使用中，接收通道和發(fā)射通道的隔離度如果比較低，強(qiáng)發(fā)射信號(hào)泄露入接收機(jī)，會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)性能，甚至損壞接收機(jī)，導(dǎo)致雷達(dá)無法工作。近距離的目標(biāo)的回波幅度大，會(huì)使接收機(jī)飽和無法工作或淹沒遠(yuǎn)距離目標(biāo)頻譜而降低雷達(dá)探測距離。為提高后端信號(hào)處理能力，在信道中采用低相噪、高線性度的信號(hào)顯得尤為重要。LFM連續(xù)波雷達(dá)對(duì)應(yīng)的距離分辨力與目標(biāo)延時(shí)，與發(fā)射信號(hào)帶寬有關(guān)，與信號(hào)調(diào)頻線性度成正比。而發(fā)射信號(hào)調(diào)頻線性度往往是限制LFM連續(xù)波雷達(dá)距離分辨力的關(guān)鍵因素。

1 LFM連續(xù)波雷達(dá)測距原理及信道組成
1．1 LFM連續(xù)波雷達(dá)測距原理
LFM連續(xù)波雷達(dá)采用的發(fā)射信號(hào)通常有三角波和鋸齒波。本設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)采用鋸齒波調(diào)制線性調(diào)制掃頻信號(hào)，如圖1所示。信號(hào)掃頻帶寬為B，調(diào)制周期為T，信號(hào)頻率表示為：

其中τ為回波信號(hào)和發(fā)射信號(hào)對(duì)應(yīng)距離R處的時(shí)延。R為點(diǎn)目標(biāo)到達(dá)天線的距離，c為光速。因此雷達(dá)探測的目標(biāo)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(hào)，增加了設(shè)備量和復(fù)雜度。但超外差收發(fā)方案本振抑制高，輸出信號(hào)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(shè)計(jì)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(tǒng)時(shí)鐘，LFM信號(hào)產(chǎn)生部分生成中頻信號(hào)，一路到收發(fā)前端作為發(fā)射信號(hào)，一路到中頻接收和接收信號(hào)做作差拍，收發(fā)前端完成發(fā)射信號(hào)上變頻、放大和接收信號(hào)下變頻，中頻接收完成差拍混頻和解調(diào)。

2 低相位噪聲高線性度中頻LFM信號(hào)設(shè)計(jì)
在LFM連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)中，中頻LFM信號(hào)一路經(jīng)收發(fā)前端上變頻為射頻信號(hào)后，作為發(fā)射信號(hào)由天線輻射出去，一路到中頻接收部分，和經(jīng)接收前端下變頻至中頻信號(hào)的接收信號(hào)作差拍用。中頻LFM信號(hào)的相位噪聲直接影響到雷達(dá)系統(tǒng)的檢測能力。

降低發(fā)射信號(hào)的相位噪聲對(duì)提升系統(tǒng)的性能有重要意義。采用DDS芯片產(chǎn)生LFM信號(hào)，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(shè)計(jì)盡量減少中間環(huán)節(jié)，少產(chǎn)生無用頻率，保證發(fā)射信號(hào)具有較低相噪。
LFM信號(hào)的線性度特性對(duì)系統(tǒng)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(hào)，其線性度主要取決于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。