数字阵列雷达（三）——系统工作原理（接收）
接《数字阵列雷达（二）——系统工作原理（发射）https://blog.csdn.net/m0_37751247/article/details/153770969?spm=1011.2124.3001.6209》，下面，我们分析数字阵列雷达系统的接收信号流程，见图1、图2所示。
图1 数字阵列雷达简易结构框图
图2 数字阵列雷达系统的一般组成框图
接收流程：
在接收时，N个数字T/R组件接收阵列天线对应阵元的射频回波信号。经过限幅器与低噪声放大器（LNA）对信号进行限幅放大，抑制噪声干扰；经下变频形成中频信号，对中频信号进行A/D采样和数字鉴相后输出正交的I/Q数字信号。多路数字 T/R 组件输出的大量回波信号数据通过高速数据传输系统，例如低压差分传输器(LVDS)或光纤传输系统，最后送至数字波束形成器和实时信号处理器，数字波束形成器完成单波束、多波束形成以及自适应波束形成，实时信号处理器完成软件化信号处理，例如脉冲压缩、动目标显示(MT)、动目标检测(MTD)和脉冲多普勒(PD)信号处理。
接收流程的目标是从空间接收目标回波信号，抑制干扰与噪声，提取目标的距离、速度、角度等参数，可细分为以下7个关键步骤：
1. 天线接收与低噪声放大（数字收发层前端）
天线阵元接收目标反射的回波信号（功率通常为-100dBm至-130dBm，极其微弱），同时可能混入干扰信号（如敌方电子干扰）与杂波信号（如地面、海面反射）。限幅器可以有效防止敌方强电子干扰烧穿雷达内部电子器件设备，降低对电子器件的影响。
为避免信号被噪声淹没，回波信号首先送入低噪声放大器（LNA）放大。LNA的核心指标是噪声系数（NF），通常需控制在1-2dB（噪声系数越低，接收灵敏度越高），同时需具备足够的线性度（三阶交调点IP3≥10dBm），避免强干扰信号导致失真。
2. 下变频（数字收发层执行）
放大后的射频回波信号通过混频器与本振信号混频，下变频至中频（与发射流程的中频一致，便于后续统一处理）。下变频过程中，通过镜像抑制滤波器抑制镜像频率干扰，确保仅目标频段的信号进入后续链路。
下变频后的中频信号经带通滤波器（BPF）滤波，进一步抑制带外干扰，滤波器的带宽需匹配发射信号的带宽（如1GHz带宽信号对应1GHz滤波器）。
3. 模数转换（ADC）（数字收发层核心）
滤波后的模拟中频信号送入模数转换器（ADC），转换为数字中频信号。ADC是接收链路的“瓶颈”，其性能直接决定雷达的接收动态范围与信号保真度：
采样频率：需≥2倍中频信号带宽（如2GHz带宽信号需4GSps ADC）；
有效位数（ENOB）：通常14-16位，动态范围可达84-96dB，确保同时接收微弱回波与强干扰信号而不失真；
采样时钟：需与发射端的DAC时钟同步（同步精度≤1ns），避免相位误差影响波束形成精度。
4. 数字正交解调（波束形成层预处理）
接收波束形成后的数字中频信号需通过数字正交解调转换为基带I/Q信号（同相分量与正交分量），便于后续信号处理。解调过程通过数字混频与低通滤波实现，解调后的I/Q信号保留了原信号的幅度与相位信息。
5. 数字波束形成（接收加权）（波束形成层核心）
各通道的数字信号送入FPGA，执行接收数字波束形成。与发射波束形成不同，接收DBF更注重“自适应干扰抑制”，通常采用自适应波束形成（ABF）算法，如最小均方误差（MMSE）算法、采样矩阵求逆（SMI）算法。
对于多目标场景，FPGA可通过并行处理生成多个独立接收波束，分别指向不同目标，实现多目标同时跟踪。
6. 目标信号处理（信号处理层核心）
对I/Q基带信号执行一系列高阶处理，提取目标信息，核心步骤包括：
（1）脉冲压缩
通过与发射信号匹配的数字滤波器对I/Q信号进行脉冲压缩，将宽脉冲信号压缩为窄脉冲，提升距离分辨率。以LFM信号为例，压缩后的脉冲宽度约为，距离分辨率
（c为光速）。例如，2GHz带宽信号的距离分辨率可达7.5cm，可区分近距离的多个目标。
（2）恒虚警率（CFAR）检测
在噪声背景下，通过CFAR算法（如单元平均CFAR、有序统计CFAR）设定自适应阈值，区分“目标信号”与“噪声/杂波”，控制虚警率（通常为10⁻⁶-10⁻⁸），避免误判。
（3）参数估计
距离估计：根据目标回波的延迟时间计算距离
，延迟时间通过脉冲压缩峰值的位置确定，精度可达采样周期的1/10（如1GSps采样率下精度为0.1ns，对应距离精度1.5cm）；
速度估计：通过多普勒效应计算目标速度，通过对多脉冲回波的相位变化进行傅里叶变换（FFT）提取；
角度估计：通过多个接收波束的幅度比较（比幅法）或相位干涉（比相法），估计目标的方位角与俯仰角，精度可达0.1°-0.01°。
（4）多目标跟踪
采用卡尔曼滤波、粒子滤波等算法，对连续多帧的目标参数进行关联与预测，生成目标航迹，实现对多个运动目标的稳定跟踪（可同时跟踪数十至数百个目标）。
7. 数据输出与交互（系统控制层收尾）
处理后的目标航迹数据（距离、速度、角度、目标属性等）经系统控制层整合后，通过数据总线（如以太网、光纤）传输至外部指挥控制系统（C4ISR），为决策提供支撑。同时，系统控制层根据目标运动状态，动态调整下一轮发射的波束参数（如调整PRF跟踪高速目标），形成“探测-跟踪-调整”的闭环。