在查看雷達資料過程中,經常看到許多技術指標的描述,對于新手來說,這些指標往往很難理解,甚至不知為何物。接下來將在一個小系列《雷達指標》中分別進行解釋說明。本篇關于接收機動態范圍的相關內容。
一、動態范圍定義
接收機動態范圍定義為:接收機能夠接收的最大信號和最小信號的功率比。
它是一個比值,雷達中也用dB值來表示,典型的雷達接收機靈敏度可以達到120dB,這個接收機的指標對于整個雷達系統非常重要,它反映了雷達能夠工作的場景,對于處于復雜電磁環境中的雷達而言,這個指標自然是越大越好,但是,過大的靈敏度并不容易實現,同時也昂貴。
一句話:雷達的指標要和使用場景匹配,一味追求高指標是不科學的。
二、動態范圍的解讀
(一)動態范圍的意義
首先說明一下接收機中的信號放大和增益控制。雷達中都會使用對接收信號進行放大系數控制的增益控制技術。來拆解這句話:雷達對于不同距離目標的回波,其信號強度區別很大,遠距離的目標回波信號弱,近距離目標的回波信號很強,在雷達接收機接收回波后,需要將這些信號進行放大,在放大的過程中,容易出現失真的問題(關于這個問題可以看之前的文章),所以需要對回波信號進行增益控制(也就是控制不同信號的放大系數),使遠距離的小信號正常放大,近距離的大信號少量放大甚至衰減,最終達到所有的回波信號都在一個合理的范圍之內,以便后續的信號處理。這些技術包括STC、AGC等。
理解了以上增益控制的問題,那么其中就提到了回波信號的有大有小問題,動態范圍越高的雷達,能夠處理的回波范圍就越大,那么其能夠工作的復雜場景就越多,自然雷達性能就更好。如果動態范圍較小,那么可能有信號超出了兩端的范圍:太小的信號收不到,太大的信號在接收機中放大時可能產生了失真,后續的信號處理處理這種失真的信號,會得出完全不同的結論甚至完全無法處理,這種問題就極其嚴重。
動態范圍反映的是雷達接收機在不同場景下能否正常工作的能力,它是實實在在的指標,可以有效反應雷達接收機的性能。
(二)關于兩個最小
在基本雷達方程的公式中,有一個最小可檢測信號功率的參數。雖然在實際雷達中,這個參數并不直接存在,它是通過轉換成信噪比來實現的。
從動態范圍的定義可以看出,其有一個下限,也就是最小信號,那么這個“最小信號”怎么定義呢:它在雷達中一般會定義為噪聲基底(簡稱噪底)。
那么,動態范圍的“最小信號”和最小可檢測信號有什么關系呢?
總結起來說:
1.最小可檢測信號是一種理論分析的概念,單獨提出這個指標并沒有意義,因為它和接收機的噪聲有關(而接收機噪聲和選用的器件、設計因素等均有關)。涉及雷達檢測的問題,都是通過信噪比SNR來進行描述和設計。
2.從某種意義上來說,這個“最小信號”可以認為是最小可檢測信號。
(三)大動態的意義
上面說了動態范圍比值中的分母——最小值,現在再來說說分子——最大值,也就是接收機收能夠正確收到到信號幅度(和功率等價)最大值可以到多少。
動態范圍是一個比值,它不單獨說最小值和最大值,因為對于不同接收機來說,其最小值是不同的。但是采用動態范圍這個比值后,不同的接收機都可以統一到一種類似于歸一化的維度下,就可以進行比較了。
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