相位噪声对频率步进雷达的影响仿真相位噪声对频率步进雷达的影响仿真
本文采用ADS和Matlab工具，对毫米波频率步进雷达系统进行建模和性能评价。着重分析了频率源重点参数之
一的相位噪声对雷达系统一维距离成像的影响。
1 引言
作为高分辨率雷达之一，毫米波频率步进雷达因具有极好的距离分辨率，而被越来越广泛的使用。利用傅立叶逆变换(IFFT)实
现频率步进雷达一维成像的过程是：在自由空间中，发射机发射n个脉宽为t，载频步长为Df的脉冲串，各载频分别
为fi=f0+iDf，其中i=0，1，2，…，n-1，重复周期为T，这n个脉冲的步进总带宽B=(n-1)Df。发射的信号遇到距离为R并且径向
速度为v的目标后反射回超外差结构的接收机，经过一次或多次下变频后，对每个回波脉冲脉宽中心点进行正交采样，最后对
采样数据作n点IFFT，即可获得目标的一维距离像(Range Profile)。
在噪声中检测信号的能力是检验雷达系统性能好坏的关键，雷达系统只有从噪声中有效地获取回波信号的信息才能对目标进行
检测，而频率源的相位噪声是决定系统信噪比好坏及性能的关键要素之一。本文利用仿真工具Agilent ADS，对频率步进雷达
系统射频部分进行建模，并使用Mathworks Matlab对模型输出数据进行分析，通过这种数值仿真的方式能够对雷达系统的各
种参数进行量化分析。随后，利用该仿真平台对频率源重要参数之一的相位噪声对频率步进雷达系统的影响进行，进一步给出
对频率源相位噪声的要求，对实际系统的设计有一定参考价值。
2 频率步进雷达模型构建
频率步进雷达按照功能机构划分可以分为天馈（Antenna）、频率源（Frequency Synthesizer）、接收机（Receiver）和信号
处理机（Signal Processer）四个部分，如图1所示。其中的频率源又包含为系统所需的发射机信号（Tx）和接收机所需的本
振信号（LO）两个部分。
图1 频率步进雷达构造
根据频率步进雷达的构造，我们设计了如图2所示的仿真平台对其进行建模，通过对它的参数仿真结果的分析，达到对其性能
评估的目的。
图2 仿真平台构造
该仿真平台，主要由ADS和Matlab两个工具软件组成。其中ADS对频率步进雷达的射频部分进行模拟，主要包含发射机
（Transmitter）、本振（Local Oscillator）、信道（Signal Channel）和接收机（Receiver）四个模块构成，其输出为基带回
波信号。该基带回波信号，再由Matlab仿真平台，根据频率步进雷达信号处理的方式进行信号处理，便能够得到目标的一维距
离像。该仿真平台的特点是将射频电路与信号处理结合在一起，能够对射频电路中的参数对于系统的影响进行直接分析，更接
近于真实系统情况，有利于实际系统的设计。
3 相位噪声影响分析
频率步进雷达的性能好坏，由很多因素决定，仅分析其输出噪声部分，就包含大气噪声、幅度起伏、频率误差以及本振相位噪
声等[6]。以下将就相位噪声对雷达系统的影响进行量化分析。
相位噪声是衡量频率短期稳定度的一个重要指标，目前主要用阿伦方差和相噪功率谱密度，分别从时域和频域两个角度来描
述。作为频率稳定度频域表征的五幂律法，基本上适用于一切实际的振荡源，包括最常见的白噪声、闪烁噪声和随机游走等类
型的噪声效应。幂律噪声表示法如图3所示。
图3 用幂律噪声表示相位噪声谱
图3除了表述相位噪声的来源以外，还表示出相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了噪声边
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