【雷达对抗】频率测量与频谱分析-概述
一、测频系统的主要技术指标
1、频率测量范围、瞬时带宽、频率分辨力、频率测量精度
频率测量范围：是指测频系统最大可测的雷达信号频率范围；
瞬时带宽：是指测频系统在任一瞬间可以测量的雷达信号频率范围；
频率分辨力：是测频系统所能分开的两个同时到达信号的最小频率差。（宽开式晶体视频接收机的瞬时带宽与测频范围相等，因此对单个脉冲的频率截获概率为1，可是频率分辨力却很低。而窄带扫频超外差接收机，瞬时带宽很窄，其频率分辨力等于瞬时带宽，对单个脉冲截获概率虽很低，但其频率分辨力却很高，可见，传统的测频接收机在频率截获概率和频率分辨力之间存在着矛盾。目前，信号环境中的信号日益密集、频率跳变的速度与范围越来越大，这就迫切要求研制新型的测频接收机，使之既在频域上宽开，截获概率高，又要保持较高的分辨力）。
测频误差：是指测量得到的信号频率值与信号频率的真值之差，常用均值和方差来衡量测频误差的大小。按起因，可将测频误差分为两类:系统误差和随机误差。系统误差是由测频系统元器件局限性等因素引起的，它通常反映在测频误差的均值上，通过校正可以减小；随机误差是噪声等随机因素引起的，它通常反映在测频误差的方差上，可以通过多次测量取平均值等统计方法减小。一般，把测频误差的均方根误差称为测频精度，测频误差越小，测频精度越高。对于传统的测频接收机，最大测频误差主要由瞬时频带Δfr决定，即
可见，瞬时带宽越宽，测频精度越低。对于超外差接收机来说，它的测频误差还与本振频率的稳定度、调谐特性的线性度以及调谐频率的滞后量等因素有关。
2、无模糊频谱分析范围、频谱分辨力、频谱分析误差
无模糊频谱分析范围：是指频谱分析系统最大可无模糊分析的信号频谱范围；
频谱分辨力：是指输出相邻谱线的最小频率间隔；
频谱分析误差：是指分析值与频谱真值之间的误差。
3、灵敏度和动态范围
灵敏度：是指频率测量和频谱分析系统正常工作时所需要的最小输入信号功率，是测频接收机检测弱信号能力的象征。正确地发现信号是测量信号频率的前提，要精确地测频，特别是数字式精确测频，被测信号必须比较干净，即有足够高的信噪比。如果接收机检波前的增益足够高，则灵敏度是由接收机前端器件的噪声电平确定的，通常称之为噪声限制灵敏度。如果检波器前的增益不够高，则检波器和视放的噪声对接收机输出端的信噪比影响较大，这时接收机的灵敏度称为增益限制灵敏度。
动态范围：是指在保证精确测频条件下输入信号功率的变化范围。在测频接收机中，被测信号的功率变化会影响测频精度，信号过强会使测频精度下降，过弱则被测信号信噪比低，也会使测频精度降低。我们把这种强信号输入功率和弱信号输入功率之比称为噪声限制动态范围。如果在强信号的作用下，测频接收机内部所产生的寄生信号遮盖了同时到达的弱信号，这就会妨碍对弱信号的测频。这时，强信号输出功率与寄生信号的输出功率之比称为瞬时动态范围。它的数值的大小，也是测频接收机处理同时到达信号能力的一种量度。
4、最小测频和频谱分析脉宽、频谱分析时间、时频分辨力
最小测频和频谱分析脉宽：是指系统可以进行测频和频谱分析的最小输入信号脉宽；
频谱分析时间：是指完成一次频谱分析所需要的时间；
时频分辨力：是指相邻两次频谱分析之间的最小时间间隔。
5、测频时间、频域截获概率、频域截获时间
测频时间：是指信号输入到输出测频结果所需要的时间；测频时间是接收机从截获信号到输出测频结果所用的时间。对侦察接收机来说,一般要求瞬时测频。对于脉冲信号来说,应在脉冲持续时间内完成测频任务,输出频率测量值fRF。为了实现这个目标,首先必须有宽的瞬时频带,如一个倍频程,甚至几个倍频程;其次要有高的处理速度,应采用快速信号处理。测频时间直接影响到侦察系统的截获概率和截获时间。
频域截获概率：是指在给定的时间内正确地发现和识别给定信号的概率。截获概率既与辐射源特性有关，也与电子侦察系统的性能有关。如果在任一时刻接收空间都能与信号空间完全匹配，并能实时处理，就能获得全概率，即截获概率为1，这种接收机是理想的电子侦察接收机。实际的侦察接收机的截获概率均小于1。频域的截获概率，即通常所说的频率搜索概率。对于脉冲雷达信号来说，根据给定时间不同，可定义为单个脉冲搜索概率、脉冲群搜索概率以及在某一给定的搜索时间内的搜索概率。单个脉冲的频率搜索概率为
式中，Δfr为测频接收机的瞬时带宽；f2-f1为测频范围，即侦察频段。譬如Δfr=5MHz，f2-f1=1GHz，则PIF1=5×10-3，可见是很低的。若能在测频范围内实现瞬时测频，即Δfr=f2-f1，于是PIF1=1。
频域截获时间：是指达到给定截获概率所需要的时间。它也与辐射源特性及侦察系统的性能有关。对于脉冲雷达信号来说，在满足侦察基本条件的情况下，若采用非搜索的瞬时测频，单个脉冲的截获时间
式中，Tr为脉冲重复周期；tth为电子侦察系统的通过时间，即信号从接收天线进入到终端设备输出所需要的时间。
6、对大同时到达信号的频率测量和频谱分析能力
对同时到达信号的频率测量和频谱分析能力是指在有两个或者两个以上不同频率的信号同时到达测频系统时，系统能够按照指标同时测量这些信号的能力和性能。
对于脉冲信号来说，两个以上的脉冲前沿严格对准的概率是很小的，因而理想的同时到达信号是没有实际意义的。这里所说的同时到达信号是指两个脉冲的前沿时差Δt<10ns或10ns<Δt<120ns，称前者为第一类同时到达信号，后者为第二类同时到达信号。由于信号环境的日益密集，两个以上信号在时域上重叠概率日益增大，这就要求测频接收机能对同时到达信号的频率进行分别精确测量，而且不得丢失其中弱信号。
7、测频的信号形式
现代雷达的信号种类很多，可分为两大类：脉冲信号和连续波信号。在脉冲信号中，有常规的低工作比的脉冲信号、高工作比的脉冲多普勒信号、重频抖动信号、各种编码信号以及各种扩谱信号；强信号频谱的旁瓣往往遮盖弱信号，引起频率测量模糊，使频率分辨力降低。对于扩谱信号，特别是宽脉冲线性调频信号的频率测量和频谱分析，不仅传统测频接收机无能为力，而且有些新的测频接收机也有困难，这有待于新型的数字化接收机来解决。
允许的最小脉冲宽度τmin要尽量窄。被测信号的脉冲宽度上限通常对测频性能影响不大,而脉冲宽度的下限往往限制测频性能。脉冲宽度越窄，频谱越宽，频率模糊问题越严重，截获概率和输出信噪比越小。
二、雷达信号测频技术
对于雷达信号频率测量技术的基本分类如下图所示。
对雷信号频率的测量可以采用模拟接收机、数字接收机和模拟/数字混合接收机以及信号处理技术实现。
第一类测频技术是直接在频域进行，叫频域取样法，其中包括搜索频率窗和毗邻频率窗。
搜索频率窗为搜索法测频，是通过接收机的频带扫描，连续对频域进行取样的，是一种顺序测频。其主要优点是：原理简单，技术成熟，设备紧凑。其严重缺点是频率截获率和频率分辨力的矛盾难以解决。
毗邻频率窗为非搜索法测频，较好地解决了截获概率和频率分辨力的矛盾，但为了获得足够高的频率分辨力，须增加信道路数。现代集成技术的发展使信道化接收机得到了迅速推广并具有较好的前景。
第二类测频技术不是直接在频域进行的，是将信号频率单调变换到相位、时间、空间等其它物理域（其中包括相关/卷积器和傅立叶变换），在通过对变换域信号的测量得到原信号频率。这些方法的共同特点是：既能获得宽瞬时带宽，实现高截获概率，又能获得高频率分辨力,较好地解决了截获概率和频率分辨力之间的矛盾。由于对信号的载波频率的测量是在包络检波器之前进行的,这就对器件的工作频率和运算速度提出了苛刻要求。这类接收机主要包括用Chirp变换处理机构成的压缩接收机，用声光互作用原理和空间傅立叶变换处理机构成的声光接收机，它们不仅解决了截获概率和频率分辨力之间的矛盾，而且对同时到达信号的分离能力很强。
在时域利用相关器或卷积器也可以构成测频接收机。其中利用微波相关器构成的瞬时测频接收机，成功地解决了瞬时测频范围和测频精度之间的矛盾，使得传统的测频接收机大为逊色。由于能够单脉冲测频，故称为瞬时测频接收机。
随着超高速大规模集成电路的发展，数字式接收机已经成为可能。它通过对射频信号的直接或间接采样，将模拟信号转变成数字信号，实现信号的存贮和再现,能够充分利用数字信号处理的优点，尽可能多地提取信号的信息。比如，利用FFT算法组成的数字式快速傅立叶变换处理机构成高性能测频接收机，不仅能解决截获概率和频率分辨力之间的矛盾，对同时到达信号的滤波性能也很强，而且测频精度很高，使用灵活。
三、雷达信号频谱分析技术
对雷达信号的频谱分析主要采用数字接收机和信号处理技术实现，所以对雷达信号频谱分析技术能力比较受采样率和数字信号处理速率的影响。
下图为雷达信号频谱分析数字接收机的基本组成，接收天线收到的雷达信号经过低噪声放大器和带通滤波器后送到混频器，与频率为fL的调谐本振信号混频，输出固定中频频率的基带中频信号，分别送到包络检波/对数视放电路和ADC采样电路，最后送给数字信号机进行调制分析。
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