【雷达原理】第三章：接收机
《雷达原理》各章内容与链接
第一章：绪论
第二章：发射机
第三章：接收机
第四章：显示器
第五章：
第六章：距离测量
第七章：角度测量
第八章：速度测量
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1.射频、中频、视频信号
图为锯齿波调制的FMCW雷达中频回波信号。雷达通常情况下通过发射机发射射频信号，同时接收机接收到的信号也是射频信号。接收到的回波信号，与本振信号经过混频器混频得到中频信号。再对中频信号进行处理得到视频信号。下图为脉冲信号的从射频到中频再到视频的过程。
发射信号和回波信号二者的频率并未发生变化，都是射频信号。其中回波信号只是相对于发射信号有一个时延tr,其频率并未改变。接收机接收到的回波信号和本振信号进行混频得到中频信号。再对中频信号进行相应的处理得到其视频信号。
关于混频得到的中频信号，过程大致如下：（LFMCW）
调制信号和载波（参考通信原理）
锯齿波调制的FMCW：就是载波的频率随着调制信号的幅度变化
下图为FMCW雷达的简易框图：
发射信号（本振信号）经过通过发射天线辐射出去，遇到障碍物之后发生反射，反射的信号被雷达接收机接收。将发射信号和接收信号相混频，得到中频信号（差拍信号）。
2.超外差雷达放大器
外差技术：使接收机能够保持恒定中频输出的技术。
超外差技术：接收机输出的中频低于射频结果、高于信号带宽。
3.灵敏度
灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。例如飞机距离雷达较远，在距离为Rmax时，雷达的回波信号处于失效和有效的临界值，高于灵敏度才可正常工作。最小可检测信号功率：
4.动态范围和增益
动态范围表示接收机工作时所允许的输入信号强度变化的范围。所允许的最小输入信号强度通常取最小可检测信号功率 Smn，而所允许的最大输入信号强度则根据正常工作的要求而定。当输入信号太强时，接收机将发生过载饱和，从而使较小的目标回波显著减小，甚至丢失。因此要求接收机具有大的动态范围，以保证信号不论强弱都能正常接收。在实际应用中，对数放大器是扩展接收机动态范围的一项重要措施。
接收机的增益表示对回波信号的放大能力，通常表示为输出信号功率与输入信号功率之比，称为“功率增益。有时(如在米波或分米波)也用输出信号与输入信号的电压比表示，称为“电压增益”。接收机的增益应根据接收机的系统要求来确定。接收机的增益直接确定了输出信号的幅度。为了防止接收机饱和、扩展动态范围和保持接收机增益的稳定性，应增加灵敏时间控制(STC)和自动增益控制(AGC)。
5.噪声系数
噪声类别详见噪声链接。
电阻热噪声
天线噪声
二极管噪声
噪声系数
定义为输入端的信号噪声功率比与输出端的信号噪声功率比的比值：
注意：
（1）噪声功率是按照点频定义的，也可用整段带宽；
（2）Ni规定为T=290K时，信源内阻上的热噪声（定值）；
（3）NF与输入端输出端是否匹配无关，依赖于信号源内阻，与负载无关；
（4）噪声系数的定义只适用于线性或者准线性电路
级联网络噪声系数
噪声系数与灵敏度
根据以上Si的公式可知Si越小，灵敏度越高，所以提高灵敏度的方式可以通过：
（1）采用好的解调方式，降低S/N的门限
（2）降低前端温度，T减小
（3）采用窄带宽 ，B减小
灵敏度越高，能接收到的信号越微弱。
6.接收机的动态增益控制
引入增益控制电路的原因：
我们知道接收机的动态范围，其表示接收机能够正常工作所容许输入信号的强度范围。信号太弱，则不能检测出来；信号太强，接收机会发生饱和过载。为了防止信号太强引起的过载，需要引入增益控制电路来增大接收机的动态范围。一般雷达都有增益控制，增益控制电路通常由多个中频（IF）放大器组成。
除此之外，地物反射的杂波干扰、敌方施放的噪声调制干扰等，往往远大于有用信号，会使接收机过载而不能正常工作。为使雷达具有良好的抗干扰性能，通常都要求接收机应有专门的抗过载电路，例如瞬时自动增益控制电路、灵敏度时间控制电路、对数放大器等。
自动增益控制（Automatic Gain Control,AGC）
自动增益控制（AGC）采用反馈技术，根据接收到信号的平均幅度（功率）调整 IF 放大器的偏置（放大），进而达到自动调整接收机的增益。
上图为一种简单的 AGC 电路方框图，其由峰值检波器和低通滤波器组成。接收机输出的视频脉冲信号经过峰值检波。再由低通滤波器滤除高频成分之后，得到自动增益控制电压 EAGG ，将它加到被控的中频放大器中去，就完成了增益的自动控制作用。当输入信号增大时，视频放大器 输出也随之增大，则控制电压也增加，使受控中频放大器的增益 EAGG降低。当输人信号减小时，则起相反作用，中频放大器的增益 EAGG将要增大，所以自动增益控制电路是一个负反馈系统
瞬时自动增益控制（Instantaneous Automatic Gain Control,IAGC）
瞬时自动增益控制电路的组成方框图如下图所示，它和一般的 AGC 电路原理相似，也是利用负反馈原理将输出电压检波后去控制中放级，自动地调整放大器的增益。
瞬时自动增益控制的目的是使干扰电压受到衰减（即要求控制电压Ec能瞬时地随着干扰电压变化），而维持目标信号的增益尽量不变。
干扰电压一般都很强，所以中频放大器不仅末级有过载的危险，前几级也有可能发生过载。为了得到较好的抗过载效果，增大允许的干扰电压范围，可以在中放的末级和相邻的前几级都加上瞬时自动增益控制电路。AGC 的范围受到控制增益的 IF 放大器级数量的限制。当只控制一个 IF 级时，AGC 的范围被限制在大约 20 dB。当控制不止一个 IF 级时，iagc 范围可以增加到大约 40 dB。
7.匹配滤波器
对应于不同的输入信号和噪声干扰，为了使接收机输出端的信号噪声比最大，波形失真最小，要求滤波器有一个最佳的频带宽度和频率特性形状，以实现最佳滤波。匹配滤波器即为使滤波器输出信噪比SNR在某一特定时刻达到最大。
当输入端有信号加噪声（假设噪声为高斯白噪声）时，匹配滤波器在其输出端产生最大可达到的瞬时信噪比。达到最高的SNR对于所有雷达应用而言都是至关重要的。
公式推导看不懂，详见链接。