二次雷达接收系统设计及幅相处理

摘要：为了准确判定目标偏离天线轴的方向和消除旁瓣应答信息干扰，二次雷达接收系统采用了三路对数接收机单脉冲比幅体制，将带有目标信息的射频信号变换成对数视频送至应答处理，通过对和、差通道脉冲信号鉴相器处理，判定目标偏离天线轴的方向；运用对和、控制通道脉冲幅度比较的方法，产生接收旁瓣抑制信号以消除应答干扰。从实验和产品交竹后的使用情况来看，接收机设计合理，幅相处理效果满足雷达整机的要求。
关键词：二次雷达；对数接收机；鉴相器；脉冲比幅

0 引言
二次雷达也称为航空交通管制雷达信标系统，通过地面站和目标应答器之间的询问和应答，实现对目标的跟踪，接收到的回波中包含了目标的距离和方位信息、气压高度信息，还可以用于对军用和民用目标的识别。二次雷达采用问答方式工作，询问与应答射频信号波长不同，消除了地物杂波、气象杂波的干扰，因此应答回波比一次雷达反射回波强得多。
二次雷达的接收系统采用对数比幅单脉冲体制。其中关键在于高精度、大动态的对数放大器，由于对数放大器为一种非线性放大器，其输出幅度与输入幅度的对数成正比。这样，当输入信号在较大的范围内变化时，输出信号只在较小的范围内变化，大大压缩了接收机输出信号的动态范围，因而具有较好的抗饱和特性；它可以使雷达的接收机在强信号作用下不饱和，同时也减少了小目标的丢失，能同时监视多个强弱悬殊很大的目标回波。

1 接收系统设计
雷达的接收系统由三路对数接收机组成，采用单脉冲比幅体制。原理框图如图1所示。

接收系统将天线送来的∑，△，Ω三路射频信号，分别在幅相特性一致三个通道中进行限幅、低噪声放大、时间灵敏度控制，滤除镜像频率及带外各种杂散频率的干扰信号，然后与本振混频，下变频为60 MHz中频信号，中频信号由前置中放放大、滤波，再经对数放大成视频信号，其中，∑，△视频信号log∑和log△传送给视频处理机进行A／D变换；∑，△对放输出的中频信号经鉴相，送出相位符号码和置信度码以判定目标偏离天线轴的方向；∑，Ω中频信号经脉冲比幅后，输出接收旁瓣抑制脉冲信号。
接收机采用一次下变频方式，前置限幅器防止接收机被大功率信号烧毁；通过RFSTC来控制接收通道的增益，扩展接收机的动态范围，可以根据二次雷达工作时周围的电磁环境来装订STC曲线，对落入接收机带内的强干扰信号进行衰减；射频滤波器抑制镜像频率，防止镜像杂散通过寄生通道落入中频带内，并且可以抑制带外的干扰信号；整个接收机的频带宽度决定于60 MHz中频带通滤波器的带宽。

2 切线灵敏度
切线灵敏度和通常所说的接收机灵敏度的概念既有相同又有区别，它们都是表征雷达正常工作时接收最小信号的能力，不同在于，切线灵敏度专指脉冲调制信号，是在接收机对数放大器输出的视频信号中，当无信号时的噪声顶部和有信号时的噪声底部处于同一电平时(即噪声相切)的信号功率。如图2所示是进行切线灵敏度测试时，示波器观察到噪声相切的状态。测试切线灵敏度指标时，关键在于判断脉冲信号噪声顶部与底部是否正好相切，这与观察判断等主观因素有关，也与接收机带宽和测试周围环境明亮有关。

切线灵敏度：Si(dBm)=-114(dBm)+F(dB)+So／No(dB)+△f／1 MHz(dB)，其中，F为噪声系数；△f为中频带宽；So／No为接收机输出端的信号噪声功率。
对于单脉冲二次雷达接收机，要求噪声系数小于7 dB或So／No=2时灵敏度为-93 dBm，带宽为10 MHz，根据上述公式可知Si(dBm)=-94 dBm，符合灵敏度指标的要求。