对海雷达的动态设计

对海雷达的动态设计

王兵 ,杨洋

南京长江电子信息产业集团有限公司 空军装备部驻南京地区第二军代表室 210038

摘要：本文介绍了对海雷达接收处理通道的动态设计方法，详细描述对海雷达动态设计的实现方式，并分析了不同动态设计方法的优缺点，同时给出了在设计过程中需要注意的问题。

一、引言

随着世界交流的越来越紧密，海运与陆运、空运相比具有极低的运输成本优势，所以被各国作为大宗商品货物的主要运输方式，为保障海运的安全性，需要雷达对海运航线进行监测。在雷达对海面目标探测过程中，海上目标情况十分复杂，既有几十万吨级的巨型轮船，又有几平方甚至更小的渔船等目标，这对雷达的动态设计提出极大的挑战。

二、设计原理

对海雷达动态指雷达在对海面目标探测时雷达系统无失真信号动态范围描述，在动态范围之内雷达接收的信号处于线性状态，不会因目标回波信号及杂波幅度过大而对雷达接收通道产生饱和。

为保证雷达对海面目标几十万平方巨型轮船与几平方的渔船目标进行同时探测，对海雷达在相同作用距离时候的瞬时动态范围需满足50dB动态范围的设计；假设雷达作用距离为10公里至100公里，根据雷达收到的目标回波功率能量与作用距离四次方成正比计算，雷达需要具有40dB的动态范围。对海雷达为满足两项探测要求需要90dB的最大动态设计，对海雷达接收处理通道设计如图1所示。

图1、对海雷达接收通道示意图

在对海雷达大动态范围设计时，需综合考虑对海目标探测所需增益、信号带宽等因素，选用具有大动态的模数转换器。在满足目标探测所需增益、及满足带宽所需的模数转换器后，还可以通过灵敏度时间控制、对数放大器、增加通道等其它设计措施，扩展接收通道在模数转换器之前的信号动态范围。

三、采用措施

3.1灵敏度时间控制（STC）

灵敏度时间控制主要为防止近区大目标信号及杂波干扰使接收通道饱和的射频控制电路。主要通过增加时间灵敏度增益控制的方式，对雷达增益进行控制，根据近区目标回波信号强，雷达对目标检测主要受限信杂比，信噪比足够。通过减小近区回波信号的增益，降低近区回波信号幅度值，保证大目标信号及杂波不饱和雷达接收处理通道；在远区时保持雷达增益，保持远区回波信号幅度不便，提高雷达对远区小目标的检测能力。

采用灵敏度时间控制电路扩展雷达接收通道动态范围时，设置在低噪声放大器前面时，比设置在中频更容易使接收通道动态有更大扩展，因为设置在中频时，中频以前的射频接收通道必须保证其动态范围为线性动态范围与中频扩展的动态范围值和，RFSTC也有不同的设置位置，设置在低噪声放大器之前，可以减低对低噪声放大器饱和电平的要求，但是，RFSTC的插入损耗要影响接收通道的噪声系数；设置在低噪声放大器之后，可以大幅降低RFSTC插入损耗对接收通道噪声系数的影响，但接收通道的动态范围受到低噪声放大器的饱和电平限制。

综合以上因素在设计时雷达接收处理通道时，因为对海雷达探测时，近区主要受到信杂比影响，而不是目标信噪比，所以选用STC前置低噪声放大器的方式，STC选用衰减量为60dB左右的射频信号衰减器，同时选用一个30dB中频信号衰减器，这样就可以满足对海雷达90dB动态需求。

STC可以采用数控衰减器和压控衰减器来实现，数控衰减器衰减值精准受环境温度影响小但存在插入损耗较大、衰竭曲线根据衰竭步进呈阶梯型，压控衰竭器插入损耗小，因衰减量根据控制电压变化变化衰减曲线平滑，单衰减量易受温度起伏影响，衰减精度较数控衰减器略低。亚光电子的VJS1023可实现60dB的衰减，VJBS1060可实现30dB的衰减，结合使用可实现90dB动态。

3.2采用对数放大器

因为对海雷达针对的海面目标速度慢与杂波速度近似，常规情况下不做动目标对消处理，所以对海雷达可以采用对数放大器增加雷达动态范围。

对数放大器时一种常用扩展对海雷达动态一种方式，相对于线性放大器而言，对数放大器振幅特性呈对数曲线，输出信号幅度与输入信号呈对数状态。在信号较弱的时候，对数放大工作在线性区，呈类似线性放大状态；当输入信号增大到一定程度时，输出信号幅度不随输入信号幅度线性增加，类似饱和状态增加。即输入信号按几何平均数增大时，输出按代数评价数增大。

对数放大器工作频率较低，一般主要应用在中频信号处理，四川固体器件研究所的对数放大器SFN852K，可实现90dB的动态范围。

3.3其他措施

在资源充足的情况下，可考虑增加接收处理通道来实现雷达的大动态范围，通过将天线接收到的回波信号进行功分后进行接收处理，在将接收处理通道目标点迹进行融合处理，形成点迹进行输出。

在增加接收处理通道时，可以利用原有接收处理通道低噪声放大器，在低噪声放大器之后，进行射频信号的功分。在射频信号功分两路后分别进行混频，选择其中一路通道在混频器之后通过功分为两路中频信号，最后形成三路不同增益的接收处理通道。对三路接收处理通道设计不同的增益值，按每路接收处理通道间的增益相差

30dB，等效于对海目标动态增加90dB。其中高增益接收处理通道主要针对小目标进行检测，低增益接收处理通道实现对大目标进行检测，在回波信号检测完成后，将另外三路接收处理通道进行点迹融合，可实现接收处理通道90dB的动态范围。

四、设计过程中应注意的问题

在STC设计时，时间灵敏度增益主要在改变的过程中会改变回波信号的相位和幅度，同时由于放置的位置不一样会带来对噪声系数的影响，影响雷达探测性能。同时因为存在相位和幅度的影响，一般该项技术适用于非脉冲压缩体制对海雷达检测。

对数放大器使用过程中，在模数转换后，需将对数曲线还原为线性曲线处理，而曲线还原过程中注意信号的失真问题。

通过增加通道方式，虽然共用了射频部分电路，但是增加了在三个接收处理通道处理时通道之间的隔离难度，同时需注意在三路接收处理通道点迹融合通道间的对齐。

参考文献

1 戈稳，雷达接收机技术，电子工业出版社，2005年，

2 王军等译，雷达手册，电子工业出版社，2003年，

作者简介

王兵   男，1984年，毕业于电子科技大学，本科，雷达设计。

杨洋   男，1983年，毕业于南京航空航天大学，硕士，装备管理。