1.4　宽带数字接收机面临的复杂信号环境

宽带数字接收机面临的复杂信号环境，主要体现为三个方面。

（1）电磁环境中信号密度的增加。战场环境多种雷达及对抗设备的应用，要求信号处理的能力必须提高，如信号检测与参数提取的实时性需要提高。

（2）雷达信号本身形式的复杂。表现为信号的脉间调制复杂多变，包括脉宽、重频、载频都可能发生随机变化，对传统的信号分选提出了严峻的挑战。同时，目前普遍采用LPI雷达信号，使得脉内也进行了多种调制，如频率调制、相位调制、脉内复合调制等。

（3）各种干扰信号的增加。除了各种无意的自然干扰，如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁爆等产生的自然电磁干扰；还包括人为的各种电磁干扰，如广播、电视及各种通信信号等，都可能覆盖雷达侦测频段。同时，各种电子对抗等人为有意干扰，如电子对抗中的各种压制及欺骗干扰等，存储转发式干扰系统、反辐射雷达诱饵系统等，这些系统可以人为产生模拟主雷达的脉冲信号，这些信号的存在使得真假难辨，增大了信号处理的难度。

1.4.1　复杂电磁环境

复杂性是对战场电磁环境最本质的特性描述。一般认为，在一定的空间、时间、频谱上，电磁信号纵横交叉、连续交错、密集重叠，能量分布参差不齐，对相应的电磁活动产生重大影响的电磁环境，就称为复杂电磁环境。这种复杂性主要表现在电磁活动在空间、时间、频谱、能量域、调制域、极化域6大域的分布上。

在空间上，电磁波辐射是纵横交错的，战场上的每一个阵地将同时受到多种功能和样式的电磁波照射，表现为来自不同方向、不同功能的信号，如导航信号、战术电台、通信电台、战术雷达、警戒雷达及各种数据链。这些信号来自不同的载体，如战斗人员随身携带、车载、机载、舰载、固定站、卫星、弹载等。

在频谱上，电磁信号的工作频率是密集交叠的。尽管电磁频谱的范围可以从零延伸到无穷大，但可供人们使用的电磁频谱还是集中于相对狭小的区域内，就在这狭小的区域内，信号覆盖的频段不断增加。仅就雷达而言，原先的电子侦察范围一般设置为2～18 GHz。而现在随着技术的发展，要求电子侦察向频带两边发展，低频到P波段及米波波段，高端到W波段，因此射频范围约为0.2～100 GHz。另一方面，通信的频段不断向高端发展，如S、C波段，甚至更高，对雷达侦察构成了强烈的干扰，使得信号频谱交叠更加严重，即出现同频电磁辐射信号的同时、同地工作，从而相互干扰、相互影响。

在时间上，电磁辐射活动是集中连续的。由于信息作战方式的日益复杂多变，信号密集度也在增加，其脉冲流密度可高达数百万脉冲/秒。在战争关键时期，各种备用电子设备和火控制导系统集中使用，再加上电子战的相互攻击，同时工作的电子设备数量呈爆炸性增长。以空中雷达辐射信号为例，在1～18 GHz范围内，20世纪70年代，雷达脉冲密度是 4万脉冲/秒，20世纪80年代是100万脉冲/秒，20世纪90年代已达到100万～200万脉冲/秒。20世纪90年代的海湾战争中，美军通过对战区电子战的电磁信号测试，发现信号环境密度高达120万～150万脉冲/秒。

引用美国海军水面战中心有关电子战的一份报告给出的数字：当前脉冲密度为100～1000万脉冲/秒。一般情况下，对复杂电磁环境下脉冲的重叠密度进行分析，认为现代战场上雷达信号密度约为100万脉冲/秒，并认为高脉冲密度下会有大量脉冲交叠。同时还指出，脉冲密度每10年提高了一个数量级。同时指出中等信号密度为10万～20万脉冲/秒，高信号密度为100万～200万脉冲/秒。

一般认为电子侦察中，雷达的脉冲流模型符合泊松分布，即在任意时间间隔内出现个雷达脉冲（随机泊松点）的概率为

其中，即为平均脉冲流密度，则相邻脉冲间隔为的概率为

考虑到电子侦察接收机一般只是在固定地点、固定频段、固定区域内接收，因此相对于高密度、高交叠的脉冲环境，只需考虑电子侦察在接收天线口面接收到的信号流密度，这个密度实际决定着接收机需要的信号处理能力。

这里假设，接收机带宽为1 GHz，则相对于百万脉冲环境，每秒出现个脉冲是较为合理的。因此，利用式（1-26）可以进一步计算出1 GHz带宽内侦察接收机面临的雷达脉冲个数的概率，如表1.4所示。

如果进一步考虑接收机的天线观测范围空域约为120°，则可取，重新计算，得到的数据见表1.5。

由表1.4可以看出，1 μs时间里不出现下一个脉冲的概率约为90%，而出现一个脉冲的概率约为9%。出现脉冲的概率已经很小，表明如果我们信号处理时间较快，可以有90%的正确信号的测量概率，考虑到表1.5的情况，重合概率会进一步降低。但这个前提要求是窄脉冲。然而，随着LPI等长脉冲雷达信号的应用，信号重合的概率会变高，因此，目前同时到达的多信号的分离与识别问题也是研究的热点问题。

1.4.2　雷达信号环境描述

描述接收机所面对的复杂信号环境时，要考虑其所在的时间、空间、接收带宽等因素，不同时间段信号的环境会有区别；不同的空间，即接收机所在位置不同，接收机所能接收信号的来波方向、接收的信号会有所不同；再考虑接收机的带宽、接收机的灵敏度等因素，信号环境都会有所不同。因此，在考虑接收机的接收环境时，要具体问题具体分析。

在综合考虑这些因素后，信号环境是雷达对抗设备所在地域内辐射源、散射源信号的全体。

对典型脉冲雷达

其中，：脉冲幅度序列，与雷达发射功率、天线增益及扫描状态、相对距离、运动姿态、传播衰减等有关。

：脉冲发射时刻、脉宽序列，与雷达信号调制有关。

：雷达数字角频率。

：雷达信号的相位调制序列。

常规雷达辐射简单的射频脉冲信号，脉冲持续时间在数十纳秒到数百微秒之间，脉冲重复频率（PRF）范围一般为几十赫兹到几百千赫兹。最为常用的频率范围集中在0.4～40 GHz。脉间采用参差、抖动、捷变或随机PRF技术。LPI雷达为了躲避侦察，采用超低副瓣、辐射功率控制、捷变频、脉冲压缩等技术。脉冲压缩雷达信号往往采用调制连续波信号或大占空比的准连续波信号，其脉冲宽度从纳秒级到几百毫秒；脉内多采用伪随机相位编码信号、频率调制信号、频率编码信号等，脉冲内部包含丰富的调制信息。

1.4.3　宽带数字接收机面临的技术挑战

现代电磁环境的变化，特别是具有LPI特性的脉冲压缩雷达的出现，对宽带数字接收机的发展提出了新要求。

（1）跨信道问题

电子侦察接收机接收信号的宽带性、瞬时性、被动性盲接收，即接收前一般无法确定要侦收的信号出现在哪个频段及带宽；但由于目前的接收机多采用均匀信道化接收，这都使得一个信号可能被划分到多个子带中。即信道化数字接收机在接收大带宽信号时存在严重的跨信道问题，致使接收机在信道判决和提取脉冲时出现错误，如一个脉冲信号在时域上被截成多个脉冲信号，即针对跨信道问题增加了后续信号参数提取和处理的难度。

（2）灵敏度需求高

接收机的灵敏度越高，处理微弱信号的能力越强，接收机的作用距离就越远。同时，脉冲压缩雷达辐射功率低，降低了被动接收机作战平台的作用距离。而宽带接收机是决定系统灵敏度的重要部件，这也就要求宽带数字接收机具有高灵敏度。特别是针对LPI信号，如何实现匹配接收，从而提高系统灵敏度，是研究的难点。目前雷达电子侦察系统的灵敏度一般设计在-50～-80 dBmW之间。

（3）动态范围需求大

接收机动态范围越大，相同灵敏度下，接收强信号的能力越强，可以避免大功率干扰信号对接收机的影响。对反辐射导引头而言，大动态范围意味着更远的作用距离、更小的失效距离，意味着反辐射导弹既可以跟踪高强度的雷达主瓣，也可以跟踪低强度的雷达副瓣。同时，大的动态范围也可实现多信号的同时处理能力。目前，宽带数字接收机的动态范围主要取决于ADC的水平，以1 GHz带宽、10 bit量化能力的ADC来测试，动态范围可设计在40 dB左右。整机的被动雷达接收机动态范围一般大于90 dB，因此在微波前端需配合使用双态衰减器，从而满足动态范围要求。

（4）频率选择性好

频率选择性是指接收机选择所需的信号而抑制邻近信道干扰的能力，选择性与接收机内部的频率合成器（如本振频率）以及滤波器性能有关，在数字信道化接收机中，还与数字滤波器的特性有关。理想滤波器无法实现，使得接收机在设计时需在滤波器阶数和过渡带带宽之间寻找平衡。

（5）实时性高

为了实现对信号的全概率截获，宽带数字接收机的ADC必须连续工作，这将产生高速数据流。数字信号处理必须对高速数据流进行实时处理，给出脉冲参数测量值，形成信号信息序列，同时要防止产生数据帧丢失或者数据拥堵现象。因此，接收机的短延时、参数的实时提取是设计的关键。短延时一般主要取决于滤波器的阶数和后续的信号处理流程；脉冲参数的实时提取则是目前具有挑战性的工作，一般可做到微秒级。

（6）能处理同时到达信号

在电子战接收机中，同时到达的脉冲不止一个，如果一个以上的脉冲在相同的时段到达接收机，那么接收机应该获得所有这些脉冲的信息。数字信道化接收机具有处理同时到达信号的能力，可以解决宽带监视下的窄带接收和多信号接收等问题。

（7）灵活性

随着软件无线电技术、微波及ADC技术的发展，人们希望ADC的位置更接近天线，从而及早地进入数字处理模式，使接收机的灵活性更高。

（8）低信噪比环境下的信号处理能力

现代电子战战场的电磁环境日益复杂，雷达信号在传输过程中多被大量噪声淹没，接收机接收到的雷达信号往往处在一个很低的信噪比水平，因此要求接收机具有处理低信噪比环境下雷达信号的能力，这也是提高接收机灵敏度的关键。

（9）信号分析能力

脉冲压缩雷达信号多为线性调频信号、非线性调频信号、二相编码信号、四相或多相编码，甚至是复合调制信号。现有体制的电子战接收机一般设计为检测脉冲信号、连续波信号、脉冲多普勒信号，因此与脉压信号是失配的。电子战接收机为了正确地识别雷达，必须具有脉压信号分析能力，能够在低信噪比条件下对信号的脉内调制参数进行高精度的参数估计。

（10）高度的灵活性在线可配置

信号及侦察任务具有随机性，而系统的资源是确定的，在线可配置是解决该问题的较好的手段。即面对不同的任务、不同的作战环境，可灵活修改接收机的配置项，不需断电，直接修改，能根据不同辐射源的中心频率和带宽实时改变数字滤波器的特性，完成滤波器的在线可配置，从而适应复杂的战场环境、实现灵活的多功能配置，适应未来战场的需求。