作为多普勒天气雷达的重要组成部分，接收
机主要功能是对天线接收到的微弱信号进行预选、 放大、变频、滤波、解调和数字化处理，同时抑 制外部的干扰、杂波以及机内噪声[1]。
1 天气雷达接收机
1.1 接收机基本原理 多普勒天气雷达接收机由频率源、公共接收
通道、测试通道、故障检测、接收机接口、干扰 检测等部分组成，其组成及简要工作工程如图 1 所示。
摘 要： 随着民航业的不断发展，机场多普勒天气雷达系统在飞行与管制活动中发挥着越来越 重要的作用。接收机是多普勒天气雷达的重要组成部分，本文介绍了其基本原理，并结合民航 现有标准和法规，对灵敏度、噪声系数、动态范围、频率稳定度等接收机主要性能参数的测试 技术进行了探讨。 关键词： 多普勒天气雷达 ；灵敏度 ；噪声系数 ；动态范围 ；频率稳定度
F=ENR-101g(Y-1)+X
（3）
式中 ：X 为接收机有镜频输出时，X=3 dB ；
X 为接收机无镜频输出时，X=0 dB。
此方法适宜用在微波波段的雷达接收机测试，
采用气体放电管噪声发生器或固体噪声发生器，
其输出的超噪比是不变的。值得注意的是，随着
电子测量仪器的发展，出现了专门用于噪声系数
自动测量的噪声系数分析仪，使用该测试仪可以
带法，典型的宽带法用各类噪声源作为测试信号 源，窄带法则用调制或非调制的连续波信号发生 器作为测试信号源。宽带法包括 Y 系数法、二倍 功率法（又称功率倍增法）、自动测量法和增益控 制法四种 ；窄带法包括采用了非调制信号的连续 波法、正切法和比较法。本文以中频衰减法为例， 介绍运用宽带法测试噪声系数的具体步骤，测试 方法如图 3 所示[4]。
接收机将天线接收到的微弱回波信号，经过 低噪声放大、射频到中频的变换、滤波、自动增
图 1 接收机框图
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益控制、中频到视频的变换，以及模数变换，把 射频信号处理成信号处理器所需的 I、Q 和 LOG 视频信号。接收机的频率源还为发射机提供射频 驱动信号 ；并产生射频测试信号，用于接收机的 故障检测和系统定标校准[2]。 1.2 主要性能参数
快速、方便地测量出雷达接收机的噪声系数，同
样采用噪声源作为测试信号源，自动仪器测量法
如图 4 所示。
图 5 动态范围测试框图
首 先， 按 照 接 收 机 灵 敏 度 的 测 试 方 法 测 出 接 收 机 灵 敏 度 值 ；然 后， 打 开 RF 信 号 源， 将 其 输 出 频 率 设 定 为 接 收 机 RF 频 率， 幅 度 设 定 为 -30dBm ；接着，将频谱仪中心频率设为雷达中 频频率，SPAN 设置为 2MHz，RBW 为 1MHz；之后， 按 1dB 步进逐渐增大 RF 信号源输出功率，在频 谱仪上逐一读取信号功率值 ；最后，比较读出的 信号功率值，找出 1dB 压缩点，记录注入功率值， 根据 1dB 压缩点注入功率值和接收机灵敏度，计 算出接收机动态范围。 2.4 频率稳定度测试
动态范围表示接收机工作时所允许的输入信 号强度变化的范围，接收机应具有大的动态范围， 以保证信号不论强弱都能正常接收。
频率稳定度直接影响到雷达系统在强杂波中 对运动目标的检测和识别能力，主要是短期频率 稳定度，一般是 mS 量级。
《民用机场多普勒天气雷达系统技术规范》针 对以上参数提出了相应的指标，如表 1 所示 [3]。
由于频率源的短期稳定度有时域和频域两种 表征方法，所以它的测量也分为时域测量和频域 测量。波形散开度测量法是典型的时域测量法， 而相位噪声法则是典型的频域测量法。短期稳定 度通常用相位噪声来表征，相位噪声是衡量频率 源信号纯度的主要依据，故本文从频域测量的角 度展开频率稳定度测试方法的论述 [5]。测试方法 如图 6 所示 ：
图 2 灵敏度测试框图
首先，按图 2 连接测试设备，将信号发生器
和被测雷达接收机调谐到标准的试验频率上 ；
其次，把雷达接收机“增益旋钮”置于适当
位置（一般在最大增益位置），使指示器上得到规
定的噪声指示值 A1（功率值）； 然后，将信号发生器接到雷达接收机输入端，
微调手频控，使指示器指示最大 ；
接着，调节信号发生器的输出或调整衰减器
工作 10min 后测一次灵敏度，作好记录，接
收机工作 1h 后再测灵敏度，二者之差应满足灵敏
度稳定性要求。
间接测量法即根据所测得的接收机噪声系数
和接收机带宽来计算接收机灵敏度，其计算公式
如下 ：
Psmin=KT0BRIF0
（1）
式中 ：Psmin 为接收机灵敏度（W）；k 为玻耳 兹曼常数，k=1.38×10-23J/K ；T0 为标准噪声温度，
（2）
式 中 ：Psmin[dBm] 为 接 收 机 灵 敏 度（dBm）；BRI
为接收机的通频带（MHZ）；NF 为接收机噪声系
数（dB）。
需要说明的是 ：在间接测量法中，需要对接
收机噪声系数和带宽进行测量。
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2.2 噪声系数测试 噪声系数的测量方法一般可分为宽带法和窄
0 引言
天气雷达是机场气象观测重要技术手段之一， 在探测云、雨、降水、监测强对流天气以及突发性、 灾害性天气的监测、预报和警报中发挥着极为重 要的作用。多普勒天气雷达作为新一代天气雷达 在民航气象业务探测中得到更多的应用 , 它不仅 提供降水分布和定量估测，而且可以测出机场附 近及航线上的雷暴、湍流与冰雹，增添了预示天 气未来变化的信息，对保障飞行安全具有重要的 意义。
图 3 中频衰减法测试框图
首先，按图 3 连接线路 ；
其次，把中频衰减器的衰减量置于零值，然
后记下不启动噪声源时接收机输出端指示为 A（1 功 率值）；
然后，启动噪声源并增加中频衰减器的衰减
量，使接收机输出端指示器的指示仍为 A1 值 ； 此时，读出中频衰减器的衰减值 Y(dB) 并把
Y(dB) 换算成 Y 系数，则接收机噪声系数为 ：
根 据 L(foffset) 的 定 义，PSSB(foffset) 为 1Hz 带 宽 的 单边带功率，而实际上频谱分析仪的噪声带宽不
等于 1Hz，一般大于 1Hz。这样，测得的 PSSB(foffset) 将大于实际值，这是需要修正的第一项，修正值
为
S1=-101gBn/B1Hz
（5）
式中 ：Bn 为频谱分析仪的噪声带宽 ；B1Hz 为
衡量多普勒天气雷达接收机性能优劣的主要 性能参数包括灵敏度、噪声系数、动态范围、频 率稳定度等。
接收机灵敏度表示接收机接收微弱信号的能 力，灵敏度越高，能接收到的信号越弱，雷达系 统的作用距离越远。接收机的灵敏度常用最小可 检查信号功率表示。
噪声系数是表征电路噪声特性的一个重要参 量。雷达接收机噪声系数是衡量雷达接收机性能 的重要指标之一，它表征接收机内部噪声的大小 及接收机检测微弱信号的能力，可以确定接收机 线性部分的极限灵敏度。
除了需要对带宽进行修订外，另一项需要修
订的是由于测量随机噪声的存在而产生的误差。
大多数频谱分析仪属于扫频式频谱分析仪，在扫
频式频谱分析仪中普遍采用对数中频放大器和均
值检波器。由于对数放大器对噪声信号中大信号
的放大作用要小于其余的噪声信号，从而使噪声
功率电平的测量值偏低。此外，以正弦有效值校
准的均值检波器，在测量噪声时，其测量值也低
民航科技 Civil Aviation Science & Technology
民用机场多普勒天气雷达接收机测试技术探讨
Research on Test Technology of Doppler Weather Radar Receiver of Civil Airport
彭笑非 张怀才 杨雨航
（民航第二研究所，成都 610041）
的衰减量，使接收机的输出指示值为 A2（功率值）， 且 A2/A1=2 ；
此时，加到接收机输入端的信号功率或电压
即为雷达接收机的灵敏度 ；
在用直接法测量接收机灵敏度时，需要注意
以下两点 ：
实际测试时，指示器监视的是检波电压或检
波电流，若检波器工作在线性区则 I2/I1=1.45，若 检波器工作在平方律检波区时则 I2/I1=2，即对应 A2/A1=2，可重复测量几次，取其平均值，作为接 收机灵敏度 ；
1Hz 噪声带宽。
频谱分析仪的噪声带宽 Bn 与频谱分析仪的分
辨力带宽 B3dB 相关，可根据下式求解 ：
Bn ≈ k×B3dB
（6）
式 中 ：k 为 带 宽 系 数，k 大 于 1， 其 值 取 决
Байду номын сангаас
于一起的型号和厂家，例如 HP 的频谱分析仪，
k=1.2 ；B3dB 为频谱分析仪的分辨力带宽（即 3dB 带宽）。
图 4 自动仪器测量法测试框图
方法步骤较为简单，按上述方法连接噪声系
图 6 频率稳定度测试框图
首先，将被测频率源的信号输出直接加到频 谱分析仪测量端，并通过测量得到被测频率源的 载波功率 Pc 和偏离载频 foffset 处的边带噪声功率
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带宽内信号的功率谱密度 PSSB，之后按下式来计
算偏移载波 foffset 频偏的信号相位噪声 ：
L(foffset)=PSSB(foffset)-Pc
（8）
3 结束语
本文介绍了多普勒天气雷达接收机的基本原 理，同时结合笔者实际工作经验，就其重要性能 参数的测试技术进行了较为深入的探讨，为多普 勒天气雷达的运行及其状态评估提供了一定的依 据。笔者正在以本文工作为基础，继续研究和完 善现有测试技术，搭建多普勒天气雷达移动测试 平台。
T0=290K ；BRI 为接收机系统噪声带宽，一般认为