LFM連續波雷達信道設計及關鍵技術研究

摘要：LFM連續波雷達系統中，從發射通道泄露的強發射信號、近距離目標的強回波信號和天線罩的強反射信號會對接收機性能造成嚴重影響。低相噪高線性度的發射信號會顯著提升雷達系統性能。介紹了LFM連續波雷達信道的設計。對其中的低相噪高線性度信號產生、收發隔離度控制和頻率靈敏度控制(SFC)等關鍵技術進行了研究，這些技術在工程上有較高的應用價值。
關鍵詞：線性調頻；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，發射機可用固態的，因而具有重量體積輕小的特點，使得LFM連續波雷達在探測技術中獲得廣泛應用。連續波單天線雷達在使用中，接收通道和發射通道的隔離度如果比較低，強發射信號泄露入接收機，會嚴重影響雷達性能，甚至損壞接收機，導致雷達無法工作。近距離的目標的回波幅度大，會使接收機飽和無法工作或淹沒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，與發射信號帶寬有關，與信號調頻線性度成正比。而發射信號調頻線性度往往是限制LFM連續波雷達距離分辨力的關鍵因素。

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射信號通常有三角波和鋸齒波。本設計發射信號采用鋸齒波調制線性調制掃頻信號，如圖1所示。信號掃頻帶寬為B，調制周期為T，信號頻率表示為：

其中τ為回波信號和發射信號對應距離R處的時延。R為點目標到達天線的距離，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。本設計選用超外差接收方案。

如圖2所示，頻率合成部分產生本振和系統時鐘，LFM信號產生部分生成中頻信號，一路到收發前端作為發射信號，一路到中頻接收和接收信號做作差拍，收發前端完成發射信號上變頻、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信號一路經收發前端上變頻為射頻信號后，作為發射信號由天線輻射出去，一路到中頻接收部分，和經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芯片產生LFM信號，DDS芯片輸出103 MHz時相噪：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節，少產生無用頻率，保證發射信號具有較低相噪。
LFM信號的線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產生LFM信號，其線性度主要取決于DDS掃頻步進與掃頻帶寬，DDS掃頻步進與DDS的頻率最小駐留時間和最小步進性能直接相關，選用的DDS頻率最小駐留時間和最小步進為8 ns和0．12 Hz。