雷达接收机灵敏度的决定因素及计算

雷达接收机主要进行的是滤波、放大、频率转换等信号处理，而固有噪声存在于整个接收机前端系统，从而对接收的雷达信号产生影响，降低了输入射频信号的信噪比。

接收机的性能关系到雷达的正常工作，接收机根据系统架构可以分成：超外差接收机、宽带中频接收机、零中频接收机、数字中频接收机等。接收机在朝着高集成度、低功耗、射频前端的软件化、数字化发展。

所有接收机的灵敏度都受到热噪声的限制，而在雷达中，主要是来自接收机的热噪声(而不是外部噪声源)。所以，系统的噪声系数决定了最小可检测有用信号或者叫接收机的灵敏度。噪声系数的线性描述：噪声因子，是一个无单位的量，它是接收机所有的输出噪声(包括输入信号引入的噪声和接收器本身产生的噪声)和仅有输入噪声产生的输出噪声之比。级联系统的噪声系数可由如下公式表征：假设在一系列放大器链路中，第一级放大器的增益是G1、噪声系数为F1，第二级放大器的的增益是G2、噪声系数为F2，第三级放大器的增益是G3、噪声系数为F3，以此类推，那么总的噪声系数F如下式所示：

如果G1值很高，那么除了F1之外，其他项的贡献都可以忽略不计，这是一个良好设计系统追求的目标。因此，系统噪声系数很大程度上取决于接收机链路的第一级。 在大多数现代雷达系统中，采用基于砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)的半导体低噪声放大器(LNA)。这些部件彻底改变了雷达接收机的设计，使雷达接收机噪声系数轻松提高1dB，这比以前的系统好10倍左右。 当然，做任何事情都是需要代价的，避免失真也是至关重要的，因此低噪声放大器具有线性是至关重要的。一个非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏线性度，因此，在线性度和噪声系数之间进行权衡是接收机设计的一个重要方面。系统所能接收的信号越微弱，则表示接收机的灵敏度越高。常温下的接收机灵敏度由噪声系数、匹配带宽和所需信噪比决定。下面是案例计算： 低PRF的C波段雷达工作频率为6.0GHz，抛物面天线直径2m，发射脉冲串的峰值功率为1MW，脉冲宽度2us，PRF是250Hz。假设等效噪声温度为600K，总的信号损失为20dB，目标的RCS为10m2，请计算：当目标在最大无模糊距离一半的位置时，求接收机的输出信噪比。目标距离为R，雷达接收到的回波功率：

当接收到的回波功率等于最小可检测信号时，雷达达到最大作用距离。

其中F为噪声系数，也就是接收机输入端信号噪声比与输出端信噪比的比值，表示由于接收机内部噪声的影响。T0为室温290K。理想情况下F=1，但实际总不会理想，这里给出的是等效噪声温度为600K。这里也默认了噪声带宽与信号的半功率带宽一样。

在噪声背景下检测目标，接收机输出端的信噪比要达到所需的数值，该最低要求决定了输入端的最小可检测信号，从而确定了最大探测距离。也就是目标距离如果超过了该距离，雷达虽然可能也接收到了回波信号，但是雷达已经检测不出来了。 这个最小可检测信号功率即接收机的灵敏度，表示接收机接收微弱信号的能力，取决于输出信噪比(SNR)和内部噪声。为了提高接收机灵敏度，具体的方法有：1，降低接收机的总噪声系数，也就是降低等效噪声温度，可采用高增益、低噪声高频放大器。 2，接收机的中频放大器采用匹配滤波，以便在白噪声背景下能输出最大信噪比。