讨论用于评估DREX的五种DR指标

概要

动态范围是已经使用了近一个世纪的用于评估接收机性能的参数。这里介绍五种动态有关指标的定义及测试方法，用于评估数字接收激励器（DREX，digital receiver exciters）。DREX是构成雷达的关键整部件，其瞬时带宽（Instantaneous Bandwidth）、处理速度（Processing Speed）、动态范围（Dynamic Range）等指标直接会影响系统指标。给出五种DR的定义，并讨论了其对于DREX和RADAR评估的适用性，根据实例计算了不同DR的结果。

基本定义

典型的数字接收激励器DREX如图1所示。

图1 典型的DREX架构

三阶截点 IP3-DR，Third-Order Intercept DR

1dB压缩点，P-1dB-DR，1dB Compression Point

双音动态范围，TT-DR，Two Tone Dynamic Range

瞬时动态范围，WM-DR，Wingman Interferer

输入限制动态范围，IL-DR Input Limited Dynamic Range

这五种动态范围都是以噪底为参考来进行定义和测试的，所以要讨论上述动态范围，需要首先明确噪底的定义为。

其中k为Boltzmann’s常数1.38×10-23J/K，T为以开尔文计的系统工作温度，NF为噪声系数，BW以Hz计的系统带宽。

IP3-DR定义为三阶截点与噪底的差，特点是用一个指标能够衡量非线性特性与噪声特性，同时能够评估接收当外界有大信号干扰时的性能；

图2 IP3-DR定义的示意图

P-1dB-DR定义为P-1dB与噪底的差值，该指标利用接收机的基本功能定义，及以无失真的状态方法和变换接收信号频率；

图3 P-1dB-DR定义的示意图

TT-DR与三阶截点和噪底密切相关，定义为等幅双音信号产物与噪底相当时双音信号与噪底的的能量差；

图4 TT-DR定义的示意图

WM-DR与TT-DR类似，只是输入信号为不等幅双音信号，其描述现实场景中僚机雷达主信号干扰主机雷达造成三阶交调产物影响雷达探测灵敏度的场景。

IL-DR使采样器饱和的输入信号与输入噪底间的差值，假定模拟部分不会饱和。

适用性对比

表1从可测试性、DREX适用性和雷达适用性三个角度来评估上述五种动态指标。

表1 五种DR定义的对比

可测试性：由于IP3-DR、TT-DR和WM-DR三种动态都涉及到双音信号，需要两个独立控制的信号源，因此测试复杂度相对较高，IL-DR需要数字部分因此测试复杂度中等，P-1dB-DR只需要一个信号源因此测试最简单；

DREX适用性：前四个指标都没有充分考虑采样器是否饱和，只有最后一个指标包含了ADC的特性，在实际测试与实现中，前四个指标的测试都需要假定ADC没有饱和；

Radar适用性：由于WM-DR模拟了真实机载雷达的使用场景，因此该测试指标对于雷达评估更合适。

测试对比

假定输入噪底为-93dBm，增益为42dB，输出噪底为-51dBm。五种动态范围的测试结果如图2所示。

表2 五种DR定义的测试结果对比

P3-DR，输入三阶截点为-10dBm，那么IP3-DR=-10-（-93）=83dB；

P-1dB-DR，输入1dB压缩点，-26dBm输入P-1dB，P-1dB-DR = -26-（-93）=67dB；

TT-DR，大致为IP3-DR的2/3，及有TT-DR = 55.3dB；

WM-DR，一个输出大信号+4dBm，一个输出小信号-23dBm输出大交调为-78dBm，输出噪底为-51dBm，相差26dB，小信号需要幅度增加26从而使大交调幅度涨到输出噪底，这时WM-DR即变为TT-DR；

IL-DR，ADC输入噪底-51dBm，饱和输入10dBm，10-（-51）=61dB。

小结

给出五种DR的定义，并讨论了其对于DREX和RADAR评估的适用性，根据实例计算了不同DR的结果。

参考文献：Dynamic Range Definitions and Measurement Applied To Radar Digital Receiver Exciter（DREX）2021