电子科技大学-雷达原理XXXX课件.pptx

1、雷达原理讲义雷达原理讲义 江朝抒江朝抒2012年8月雷达原理雷达原理主要内容主要内容绪论绪论雷达发射机雷达发射机雷达接收机雷达接收机雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备雷达作用距离雷达作用距离第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论雷达的任务雷达的任务什么是雷达什么是雷达RADAR：Radio Detection and Ranging辐射电磁波辐射电磁波目标反射目标反射接收目标回波接收目标回波目标回波携带目标的信息目标回波携带目标的信息根据接收的回波进行目标检测与目标参数测量根据接收的回波进行目标检测与目标参数测量雷达的基本构成雷达的基本构成绪论绪论雷达的基本构成雷达的基本构成发射

2、机发射机接收机接收机显示器显示器信号处理机信号处理机噪声噪声收发收发开关开关天线天线R目标距离的测量目标距离的测量目标到雷达距离：目标到雷达距离：PRI：脉冲重复间隔：脉冲重复间隔 tr：电磁波往返时间：电磁波往返时间 雷达的距离分辨力为：雷达的距离分辨力为：绪论绪论目标距离的测量目标距离的测量2rctR ttrPRI目标目标回波回波噪声噪声噪声噪声目标目标回波回波噪声噪声噪声噪声噪声噪声目标目标回波回波发射发射脉冲脉冲发射发射脉冲脉冲发射发射脉冲脉冲2cR 雷达波束与目标角位置的测量雷达波束与目标角位置的测量目标回波最强的方向目标回波最强的方向 雷达的角分辨力等于波束宽度雷达的角分辨力等于波

3、束宽度D为天线孔径为天线孔径绪论绪论目标角位置的测量目标角位置的测量t目标回目标回波幅度波幅度0Dkb多普勒效应多普勒效应fr：接收信号频率接收信号频率ft：发射信号频率：发射信号频率绪论绪论目标径向速度的测量目标径向速度的测量vtvrcostrtrdvvfff22目标形状的测量目标形状的测量fr：接收信号频率接收信号频率f ft t：发射信号频率：发射信号频率距离分辨力：信号带宽距离分辨力：信号带宽角分辨力：天线孔径角分辨力：天线孔径绪论绪论目标形状的测量目标形状的测量costrtrdvvfff22RR绪论绪论雷达的工作频率雷达的工作频率频段频段频率频率(MHz)UHF300-1,000L1

4、,000-2,000S2,000-4,000C4,000-8,000X8,000-12,000Ku12,000-18,000K18,000-27,000Ka27,000-40,000mm40,000-300,000THz1000,000按战术来分（军用雷达）按战术来分（军用雷达）预警雷达（地基、机载、天基）预警雷达（地基、机载、天基）搜索和警戒雷达搜索和警戒雷达 引导和指挥雷达引导和指挥雷达火控雷达火控雷达制导雷达制导雷达战场监视雷达战场监视雷达无线电测高仪无线电测高仪雷达引信雷达引信绪论绪论雷达的分类雷达的分类民用雷达民用雷达气象雷达，航空管制雷达，交会对接雷达气象雷达，航空管制雷达，交会对

5、接雷达按信号形式按信号形式常规脉冲雷达，脉冲压缩雷达，脉冲多普勒雷常规脉冲雷达，脉冲压缩雷达，脉冲多普勒雷达，连续波雷达，噪声雷达达，连续波雷达，噪声雷达按角跟踪方式按角跟踪方式单脉冲脉冲雷达，圆锥扫描雷达单脉冲脉冲雷达，圆锥扫描雷达绪论绪论雷达的分类雷达的分类按测量目标的参量按测量目标的参量测高雷达，两坐标雷达，三坐标雷达，测速雷测高雷达，两坐标雷达，三坐标雷达，测速雷达，目标识别雷达达，目标识别雷达按信号处理的方式按信号处理的方式频率分集雷达，极化分集雷达，频率分集雷达，极化分集雷达，MTIMTI雷达，雷达，SARSAR雷达雷达按天线扫描的方式按天线扫描的方式机械扫描雷达，相控阵雷达，频率

6、扫描雷达机械扫描雷达，相控阵雷达，频率扫描雷达绪论绪论雷达的分类雷达的分类绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展1.电磁波理论与电磁波的试验验证电磁波理论与电磁波的试验验证绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展第一个雷达的实际应用第一个雷达的实际应用Christian Huelsmeyer（德）在（德）在1904年用于检年用于检测船只测船只(距离为距离为3km)绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展3.二十世纪早期的技术进展与局限二十世纪早期的技术进展与局限发射机发射机(真空管真空管)/天线天线/接收机（相干接收）接收机（相干接收）局限：局限：低工作频率低工作频率低发射功率低发射功率连续

7、波连续波低接收机灵敏度低接收机灵敏度绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展4.二次世界大战中的雷达二次世界大战中的雷达德国海军德国海军海军用海军用Freya雷达雷达 陆基飞机检测雷达陆基飞机检测雷达 工作频率：工作频率：120 to 130 MHz 脉宽：脉宽：3us，PRF:500 Hz 峰值功率：峰值功率：15 to 20 kW 最大探测距离：最大探测距离：100 nmi 建造数量：建造数量：1000 安装于北海岸安装于北海岸绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展u德国防空用德国防空用Wurzburg雷达雷达 工作频率：工作频率：560 MHz 最大探测距离：最大探测距离：25 nmi

8、 距离分辨力：距离分辨力：100m 测角精度：测角精度：0.2o被英军实施无源干扰被英军实施无源干扰被美军实施有源干扰被美军实施有源干扰绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展u英国英国Chain home雷达网络，近岸防空雷达网络，近岸防空 工作频率工作频率 20 to 30 MHz 功率功率:350 KW(后增至后增至 750)PRF:25 and 12.5 Hz 脉宽脉宽:20 us 探测距离探测距离:200 nmi绪论绪论雷达的历史与发展雷达的历史与发展二次大战中和大战后二次大战中和大战后 微波雷达（微波雷达（1941，英美，英美S/X波段雷达）波段雷达）PPI显示显示 超外差接收超外

9、差接收绪论绪论现代雷达现代雷达AN TPS-75v长程对搜索雷达长程对搜索雷达(台空军东引岛台空军东引岛)绪论绪论现代雷达现代雷达俄罗斯道尔俄罗斯道尔M2E的搜索雷达的搜索雷达可有效拦截飞机、直升机、巡航导弹、制导炸弹和无可有效拦截飞机、直升机、巡航导弹、制导炸弹和无人机等中低空目标人机等中低空目标绪论绪论现代雷达现代雷达俄制对手俄制对手-GE三坐标雷达三坐标雷达l防空系统自动化控制系统和空中防空系统自动化控制系统和空中交通管制系统交通管制系统l在高强度雷达对抗条件下，精确在高强度雷达对抗条件下，精确传送目标信息，为歼击机进行目传送目标信息，为歼击机进行目 标指引。标指引。l同时保障地面防空导

10、弹营目标指同时保障地面防空导弹营目标指示数据。示数据。l最大测高距离最大测高距离200200公里，能发现近公里，能发现近太空近地轨道上的卫星目标。太空近地轨道上的卫星目标。l采用相控阵雷达天线，方向图扇采用相控阵雷达天线，方向图扇区区0-450-45度，超低旁瓣天线，能自度，超低旁瓣天线，能自动抗有源噪声干扰。动抗有源噪声干扰。绪论绪论现代雷达现代雷达APG-77机载雷达机载雷达(用于用于F22)工作波段工作波段 X体制体制 AESA PD 波束锐化波束锐化 SAR ISAR空对空模式：空对空模式：空空搜索与跟踪，空战机动空空搜索与跟踪，空战机动ACM,RWS,VSR,STT,来袭群目标分辨，

11、来袭群目标分辨，改善上视搜索，战情提示，气象探测，非改善上视搜索，战情提示，气象探测，非合作识别等合作识别等空对地模式：空对地模式：增强实波束地形测绘，扩展增强实波束地形测绘，扩展地形测绘，多普勒波束锐化（选用地图冻地形测绘，多普勒波束锐化（选用地图冻结），信标，地面动目标跟踪，地面动目结），信标，地面动目标跟踪，地面动目标显示标显示空对海模式：空对海模式：海面目标探测，固定目标跟海面目标探测，固定目标跟踪，海面动目标显示，海面动目标跟踪踪，海面动目标显示，海面动目标跟踪作用距离：作用距离：160英里（迎头目标大范围搜英里（迎头目标大范围搜索）索）120英里英里(TWS模式，多目标跟踪模式，多

12、目标跟踪)80英里英里(增强实波束测绘探测地面目标增强实波束测绘探测地面目标)40英里英里(用用GMTI方式对陆地和海面目标方式对陆地和海面目标)10英里英里(ACM自动锁定第自动锁定第1个目标个目标)31英里（英里（STT方式自动锁定第方式自动锁定第1个目标）个目标）跟踪目标数量：跟踪目标数量：30(空中目标空中目标)，16（地面（地面目标）目标）绪论绪论现代雷达现代雷达中国炮瞄雷达中国炮瞄雷达绪论绪论现代雷达现代雷达美国炮瞄雷达美国炮瞄雷达绪论绪论现代雷达现代雷达雷神雷神GBR绪论绪论现代雷达现代雷达雷神雷神GBR绪论现代雷达现代雷达AN FPS-85 相控阵空间监视雷达相控阵空间监视雷达

13、绪论绪论现代雷达现代雷达COSMO-SkyMed 雷达卫星雷达卫星绪论绪论现代雷达现代雷达美军天基雷达美军天基雷达绪论现代雷达现代雷达美军美军SBX雷达雷达绪论现代雷达现代雷达长沙气象雷达站长沙气象雷达站绪论绪论现代雷达现代雷达郑州机场雷达站郑州机场雷达站绪论绪论雷达面临的四大威胁雷达面临的四大威胁 电子干扰电子干扰压制式干扰，欺骗式干扰压制式干扰，欺骗式干扰低空飞行器低空飞行器低空由于多径形成雷达盲区低空由于多径形成雷达盲区反辐射导弹反辐射导弹隐身目标隐身目标绪论绪论习题习题1.简述雷达测距、测角和测速的基本原理；简述雷达测距、测角和测速的基本原理；2.已知某常规脉冲雷达的发射信号脉宽为已知

14、某常规脉冲雷达的发射信号脉宽为2s，求其距，求其距离分辨力；离分辨力；3.已知雷达的工作频率已知雷达的工作频率f0=9.5GHz，天线尺寸为，天线尺寸为1m0.5m，求该雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨，求该雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力。力。4.已知雷达工作频率为已知雷达工作频率为f0=3GHz，若一目标以，若一目标以1马赫（马赫（1马赫马赫=1000ft/s，1ft=30.48cm）速度朝雷达飞行，则）速度朝雷达飞行，则雷达收到的回波频率与发射频率之差（即目标的多普雷达收到的回波频率与发射频率之差（即目标的多普勒频率）为多少？勒频率）为多少？5.已知已知f0=9.5GHz，天线尺寸为，天线

15、尺寸为1m0.5m（水平（水平垂直垂直），求雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力，设），求雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力，设k=/4，求天线增益（用，求天线增益（用dB表示）。表示）。第二章第二章第二章第二章 雷达发射机雷达发射机雷达发射机雷达发射机功能功能 功能功能1.产生符合要求的波形产生符合要求的波形2.调制到射频调制到射频3.放大获得要求的发射功率放大获得要求的发射功率类型类型单级振荡式、主振放大式单级振荡式、主振放大式雷达发射机雷达发射机组成组成单级振荡式发射机单级振荡式发射机特点：简单、成本低特点：简单、成本低频率稳定度差、难以实现脉间相参和复杂波形频率稳定度差、难以实现脉间相参和复

16、杂波形脉冲调脉冲调制器制器大功率大功率射频振射频振荡器荡器电源电源定时信号定时信号至天线至天线TrTrTr雷达发射机雷达发射机组成组成主振放大式发射机主振放大式发射机特点：高频稳度、容易实现复杂波形和脉间相参特点：高频稳度、容易实现复杂波形和脉间相参固体微固体微波源波源电源电源主控振荡器主控振荡器至天线至天线中间功率中间功率放大器放大器输出射频功输出射频功率放大器率放大器定时器定时器脉冲调脉冲调制器制器脉冲调脉冲调制器制器脉冲调脉冲调制器制器射频放大链射频放大链触发脉冲触发脉冲雷达发射机雷达发射机组成组成固态发射机固态发射机集成微波功率器件、低噪声放大器、固态发射或收发集成微波功率器件、低噪声

17、放大器、固态发射或收发模块。模块。体积小、重量轻、系统设计灵活体积小、重量轻、系统设计灵活多用于相控阵雷达多用于相控阵雷达雷达发射机雷达发射机主要技术指标主要技术指标工作频率或波段、带宽工作频率或波段、带宽决定了发射管种类决定了发射管种类1GHz，多腔磁控管，大功率速调管，行波管和前向波管，多腔磁控管，大功率速调管，行波管和前向波管输出功率输出功率峰值（脉冲）功率峰值（脉冲）功率Pt与平均功率与平均功率Pav的关系：的关系：/Tr称为工作比或占空比称为工作比或占空比。ravtTPPE雷达发射机雷达发射机主要技术指标主要技术指标总效率总效率发射机输出功率发射机输出功率/总输入功率总输入功率信号形

18、式信号形式常规脉冲、脉冲压缩波形（含常规脉冲、脉冲压缩波形（含LFM和相位编码）、调频连续波和相位编码）、调频连续波信号的稳定度或频谱纯度信号的稳定度或频谱纯度信号的各参数（如幅度、频率、脉宽、脉冲重复频率）随时间的信号的各参数（如幅度、频率、脉宽、脉冲重复频率）随时间的变化变化f0f0+1/1/Tr信号谱线信号谱线离散型寄离散型寄生谱线生谱线分布型寄分布型寄生输出生输出雷达发射机雷达发射机习题习题1.简述雷达发射机选择和设计时应考虑的主要因素。简述雷达发射机选择和设计时应考虑的主要因素。2.简述雷达发射机的主要功能。简述雷达发射机的主要功能。第三章第三章第三章第三章 雷达接收机雷达接收机雷达

19、接收机雷达接收机组成组成发射机发射机接收机保护器接收机保护器收发开关收发开关天天线线LNA混频器混频器中频放大器中频放大器中频增益衰减中频增益衰减线性放大器线性放大器同步检波器同步检波器对数放大器对数放大器包络检波器包络检波器相位检波器相位检波器LCO视频放大器视频放大器AGC中频滤波器中频滤波器近程增益控制近程增益控制STC稳定本振稳定本振雷达接收机雷达接收机主要技术指标主要技术指标灵敏度灵敏度接收机灵敏度定义为最小可检测信号功率接收机灵敏度定义为最小可检测信号功率Si,min，即接收机可以正，即接收机可以正常接收并检测信号的最小信号功率常接收并检测信号的最小信号功率接收机灵敏度主要受噪声电

20、平的限制接收机灵敏度主要受噪声电平的限制发射脉冲发射脉冲噪声噪声目标目标雷达接收机雷达接收机主要技术指标主要技术指标工作带宽工作带宽接收机频率变化范围接收机频率变化范围抗干扰性能：需要大带宽抗干扰性能：需要大带宽高灵敏度：窄带宽高灵敏度：窄带宽动态范围动态范围接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围 从从Si,min-接收机过载时的输入信号功率接收机过载时的输入信号功率中频的选择和滤波特性中频的选择和滤波特性接收机中频的选择：取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器接收机中频的选择：取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器件性能件性能滤波特性：匹配滤波滤

21、波特性：匹配滤波雷达接收机雷达接收机主要技术指标主要技术指标工作稳定性及频率稳定度工作稳定性及频率稳定度工作稳定性：当环境（含电源）发生变化时，接收机性能受影响工作稳定性：当环境（含电源）发生变化时，接收机性能受影响的程度。的程度。频率稳定度（相参本振）：影响相参积累的性能频率稳定度（相参本振）：影响相参积累的性能抗杂波和干扰能力抗杂波和干扰能力杂波抑制、频率捷变。杂波抑制、频率捷变。微电子化和模块化结构微电子化和模块化结构雷达接收机雷达接收机接收机噪声接收机噪声接收机噪声接收机噪声热噪声：功率热噪声：功率N0=kTBn，玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数k，噪声温度，噪声温度T，噪声带宽，噪声带宽B

22、n天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐射电阻匹配时，功率射电阻匹配时，功率NA=kTABn等效噪声带宽：等效噪声带宽：2002)()(nfHdffHB雷达接收机雷达接收机接收机噪声系数接收机噪声系数噪声系数与噪声温度噪声系数与噪声温度噪声系数：噪声系数：N：接收机内部噪声在输出端呈现的功率：接收机内部噪声在输出端呈现的功率等效噪声温度（等效噪声温度（Te）：将）：将N等效为输入热噪声所产生的输出，则等效为输入热噪声所产生的输出，则)K()()(eene29011100FTFTTTFGBkTNniiiiooiooii/B

23、GkTNGNNNNGNGNNSSNSNSF0111雷达接收机雷达接收机接收机噪声系数接收机噪声系数级联电路的噪声系数级联电路的噪声系数12112112112111nnnnGGGTGTTTGGGFGFFFeNiF1,G1,BnSiF2,G2,BnS1N1N2S2雷达接收机雷达接收机接收机灵敏度接收机灵敏度接收机灵敏度接收机灵敏度 为识别系数，即接收机输出端的最小可检测信噪比为识别系数，即接收机输出端的最小可检测信噪比minoonmini,oonooiiooii/NSFBkTSNSFBkTNSFNSNSNSF000000minooNSM雷达接收机雷达接收机接收机的高频部分与本振接收机的高频部分与本

24、振AFC接收机的高频部分接收机的高频部分主要包括收发开关、低噪放（高放），混频器等主要包括收发开关、低噪放（高放），混频器等接收机本振的接收机本振的AFC控制电路控制电路锁相环（锁相环（PLL）雷达接收机雷达接收机接收机的动态范围及控制电路接收机的动态范围及控制电路接收机的动态范围接收机的动态范围自动增益控制（自动增益控制（AGC）用于对目标的自动方向跟踪用于对目标的自动方向跟踪min,imax,imin,imax,ilglgdBin UUPPD2010）（中频放大器中频放大器包络检波包络检波视频放大器视频放大器LPF峰值检峰值检波器波器UAGC雷达接收机雷达接收机接收机的动态范围及控制电路接

25、收机的动态范围及控制电路瞬时自动增益控制（瞬时自动增益控制（IAGC）IAGC的主要作用：使干扰衰减而目标的增益不变的主要作用：使干扰衰减而目标的增益不变干扰持续期为干扰持续期为n，目标脉冲宽度为，目标脉冲宽度为则小时间常数电路的时间常数则小时间常数电路的时间常数i设计为：设计为：i=(520)n中频放大器中频放大器小时间常小时间常数电路数电路控制电压控制电压放大器放大器控制电压控制电压检波器检波器Ec入入出出Ed雷达接收机雷达接收机灵敏度时间控制（灵敏度时间控制（STC）灵敏度时间控制（灵敏度时间控制（STC）STC的主要作用：抑制近程杂波和干扰的主要作用：抑制近程杂波和干扰干扰功率干扰功率

26、距离距离0控制电压控制电压距离距离0雷达接收机雷达接收机滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽匹配滤波器匹配滤波器在所有线性滤波器中，匹配滤波器的输出信噪比最大，为在所有线性滤波器中，匹配滤波器的输出信噪比最大，为2E/N0常规矩形脉冲的匹配滤波器：常规矩形脉冲的匹配滤波器：匹配滤波器输出：匹配滤波器输出：2E/N0=A2/N0实际中，只能实现近似匹配实际中，只能实现近似匹配h(t)=s*(t0-t)s(t)+n(t)so(t)+no(t)20220tttfAts )cos()(雷达接收机雷达接收机接收机带宽的选择接收机带宽的选择接收机带宽的选择接收机带宽的选择1.警戒雷达警戒雷达 要求高灵敏度，但

27、测距精度要求不高。带宽选取为：要求高灵敏度，但测距精度要求不高。带宽选取为：射、中频带宽：射、中频带宽：BRI=Bopt+f;视频带宽：视频带宽：BvBopt/22.跟踪雷达跟踪雷达 要求波形失真小。总带宽选取为：要求波形失真小。总带宽选取为：Bo=25/雷达接收机雷达接收机习题习题1.说明雷达说明雷达AGC、IAGC及及STC在雷达接收机中的作用。在雷达接收机中的作用。2.说明雷达接收机噪声的计算方法及其与接收机参数之间的关系。说明雷达接收机噪声的计算方法及其与接收机参数之间的关系。3.说明雷达接收机灵敏度的定义及其与接收机参数和识别系数之间说明雷达接收机灵敏度的定义及其与接收机参数和识别系

28、数之间的关系。的关系。4.说明匹配滤波器的原理及其在雷达接收机中的作用。说明匹配滤波器的原理及其在雷达接收机中的作用。第四章第四章第四章第四章 雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备主要类型主要类型距离显示器距离显示器1.A型显示器型显示器2.A/R型显示器型显示器3.J型显示器型显示器主波主波目标回波目标回波距离刻度距离刻度主波主波目标回波目标回波RA主波主波目标目标回波回波目标回波雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备主要类型主要类型平面显示器平面显示器1.PPI显示器显示器2.B型显示器型显示器雷达位置雷达位置距离距离方位角方位角距

29、离距离方位角方位角0雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备主要类型主要类型高度显示器（高度显示器（E显）显）综合显示器综合显示器一次画面，二次画面一次画面，二次画面仰角仰角距离距离0高度高度距离距离0雷达终端显示和录取设备习题1.说明常用雷达显示器的类型及其图像的说明常用雷达显示器的类型及其图像的含义含义第五章第五章第五章第五章 雷达作用距离雷达作用距离雷达作用距离雷达作用距离雷达方程雷达方程基本一次雷达方程基本一次雷达方程 发射功率发射功率Pt，全向发射，全向发射距离距离R处的单位面积的功率为处的单位面积的功率为Pt/(4R2)目标目标RCS为为，目标反射的功率为，目标反射的功率为 P

30、t/(4R2)目标反射后回到雷达天线处的单位面积的功率为目标反射后回到雷达天线处的单位面积的功率为Pt/(4R2)2雷达天线的接收功率为雷达天线的接收功率为Si=PtAr/(4R2)2，Ar为天线孔径面积为天线孔径面积考虑雷达发射天线增益为考虑雷达发射天线增益为Gt，则雷达天线的接收功率为，则雷达天线的接收功率为Si=PtGtAr/(4R2)2，天线增益与天线孔径面积之间的关系：，天线增益与天线孔径面积之间的关系：G=4 A/2最大作用距离最大作用距离Rmax对应接收机灵敏度对应接收机灵敏度Si,min（即最小可检测信号）（即最小可检测信号）412413222444/min,irtt/min,

31、irttmaxmaxettmin,i)(sAAPsGGPRRAGPs雷达作用距离雷达作用距离雷达方程雷达方程目标的雷达截面积（目标的雷达截面积（RCS）目标的目标的RCS由目标的后向散射系数由目标的后向散射系数0和目标的几何面积和目标的几何面积A确定。确定。目标的后向散射系数目标的后向散射系数0定义为单位面积的定义为单位面积的RCS。后向散射系数由雷达的工作频率、目标材料、形状、姿态角等因后向散射系数由雷达的工作频率、目标材料、形状、姿态角等因素共同确定。素共同确定。对双多基地雷达，采用目标的前向对双多基地雷达，采用目标的前向RCS和前向散射系数。和前向散射系数。A/0雷达作用距离雷达作用距离

32、雷达方程雷达方程接收机灵敏度（最小可检测信号接收机灵敏度（最小可检测信号Si,min）与最小可检测信噪比有关。与最小可检测信噪比有关。最小可检测信噪比：最小可检测信噪比：接收机噪声系数：接收机噪声系数：M为识别系数，与发现概率和检测概率有关为识别系数，与发现概率和检测概率有关匹配接匹配接收机收机Si,minkT0BnFn识别系数识别系数M检波检波积累积累检测检测门限门限MFBkTNSFBkTSNSFBkTNSNFSNSNSFNSMnnmino,nnmini,onnoinioinmino,/000雷达作用距离雷达作用距离雷达方程雷达方程用最小可检测信噪比表示的雷达方程用最小可检测信噪比表示的雷达

33、方程考虑到系统损耗考虑到系统损耗L和带宽校正银子和带宽校正银子CB(1)，雷达方程为：，雷达方程为：41024/nnettmaxMFBkTAGPR4102410324102444/nnrtt/nnrtt/nnettmaxLMCFBkTAAPLMCFBkTGGPLMCFBkTAGPRBBB雷达作用距离雷达作用距离门限检测门限检测检测方法检测方法1.与门限电平进行比较与门限电平进行比较2.四种判断及其概率四种判断及其概率3.N-P准则：准则：Pfa恒定，恒定，Pd达到最大达到最大目标回波目标回波噪声噪声虚警虚警门限电平门限电平描述描述名称名称概率概率关系关系有信号而判决为无信号有信号而判决为无信号

34、漏警漏警漏警概率漏警概率 PlaPla+Pd=1有信号而判决为有信号有信号而判决为有信号发现发现发现概率发现概率 Pd无信号而判决为无信号无信号而判决为无信号正确不发现正确不发现正确不发现概率正确不发现概率 PanPan+Pfa=1无信号而判决为无信号无信号而判决为无信号虚警虚警漏警概率漏警概率 Pfa雷达作用距离雷达作用距离检测性能与信噪比检测性能与信噪比检测性能与信噪比检测性能与信噪比1.虚警概率虚警概率Pfa的计算的计算含载波噪声（即检波前）为高斯噪声，其电压含载波噪声（即检波前）为高斯噪声，其电压pdf为：为：检波后，噪声电压服从瑞利分布，其检波后，噪声电压服从瑞利分布，其pdf为：为

35、：虚警概率虚警概率Pfa为：为：虚警时间虚警时间Tfa：发生虚警的平均时间间隔：发生虚警的平均时间间隔22221vvpexp)(022220rrrrp exp)H(expexp)H(TfaTT22222022vdrrrdrrpPvvPdfv0vT 1limfaNkkNTNT1BTTtTNtNPkkNkkNkkfaav,av,fa11 111雷达作用距离雷达作用距离检测性能与信噪比检测性能与信噪比2.发现概率发现概率Pd的计算的计算有信号时，信号有信号时，信号+噪声的电压分布的噪声的电压分布的pdf为：为：发现概率发现概率Pd：为修正贝塞尔函数22022222221nnnnnxxrAArrrp!

36、)(I )(I exp)H|(00 )H|(TdvdrrpP1Pdfv0vT雷达作用距离雷达作用距离检测性能与信噪比检测性能与信噪比3.检测曲线检测曲线虚警概率恒定时，发现概率与信噪比之间的关系。虚警概率恒定时，发现概率与信噪比之间的关系。相互关系：相互关系：SNR不变，不变，vT Pfa Pd vT不变，噪声功率不变不变，噪声功率不变 Pfa不变，不变，SNR Pd恒虚警（恒虚警（CFAR）技术：当噪声起伏（功率变化）时，欲使）技术：当噪声起伏（功率变化）时，欲使Pfa不不变，则变，则vT应随噪声功率而自适应变化。故应随噪声功率而自适应变化。故CFAR技术也是自适应技术也是自适应门限技术门限

37、技术PdSNR（dB）00.913Pfa=10-6雷达作用距离雷达作用距离脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善积累的定义积累的定义对一个目标发射多个脉冲，则雷达受到该目标的多个回波，对回对一个目标发射多个脉冲，则雷达受到该目标的多个回波，对回波进行叠加。波进行叠加。相参（干）积累与非相参（干）积累相参（干）积累与非相参（干）积累1.相参积累相参积累包括中频相参积累和包括中频相参积累和I、Q正交双通道零中频相参积累正交双通道零中频相参积累将相位对齐后进行叠加（一般采用将相位对齐后进行叠加（一般采用DFT）。）。n个脉冲相参积累后，信号幅度提高到个脉冲相参积累后，信号幅度提高到n倍，信

38、号功率提高到倍，信号功率提高到n2倍倍噪声具有随机相位，噪声具有随机相位，n个噪声脉冲叠加，噪声功率提高到个噪声脉冲叠加，噪声功率提高到n倍倍因此因此SNR提高提高n倍。倍。2.非相参积累非相参积累由于检波器造成信噪比的损失，由于检波器造成信噪比的损失，n个脉冲非相参积累后，个脉冲非相参积累后，SNR提提高高n1/2n倍。倍。雷达作用距离雷达作用距离脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善3.积累性能的表征积累性能的表征积累效率：积累效率：(So/No)1：单个脉冲检测多需信噪比：单个脉冲检测多需信噪比(So/No)n：n个脉冲积累后检测多需信噪比个脉冲积累后检测多需信噪比4.积累对雷

39、达作用距离的影响：积累对雷达作用距离的影响：MM/n )/()/()(ooooinNSnNSnE11max/nnettmaxRnLCnMFBkTAGPRB4141024雷达作用距离雷达作用距离脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善积累脉冲数的确定积累脉冲数的确定1.机械扫描（机械扫描天线）机械扫描（机械扫描天线）2.相位扫描（相控阵天线）相位扫描（相控阵天线）相位扫描的积累脉冲数取决于波束驻留的时间相位扫描的积累脉冲数取决于波束驻留的时间Ts。r.fn50 rsfTn雷达作用距离雷达作用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性脉冲雷达截面积及其起伏特性点目标与分布式目标点目标与分布式目标三维分

40、辨单元：三维分辨单元：R三维分辨单元大小：三维分辨单元大小：R R R 点目标：目标尺寸点目标：目标尺寸三维分辨单元三维分辨单元点目标特性与波长的关系点目标特性与波长的关系对球体：对球体：2r ，光学区，光学区，=r2一般要求处于远场，光学区一般要求处于远场，光学区0振荡区振荡区瑞利区瑞利区光学区光学区 02r r2雷达作用距离雷达作用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性脉冲雷达截面积及其起伏特性目标特性与极化的关系目标特性与极化的关系极化散射矩阵极化散射矩阵复杂目标的雷达截面积复杂目标的雷达截面积分解成独立散射体，然后相干合成分解成独立散射体，然后相干合成2expdjkKkk41雷达作用距离雷达作

41、用距离脉冲雷达截面积及其起伏特性脉冲雷达截面积及其起伏特性目标起伏模型目标起伏模型描述描述起伏的统计规律起伏的统计规律1.斯威林模型斯威林模型I型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅瑞利分布；型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅瑞利分布；II型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅瑞利分布；型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅瑞利分布；III型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅2分布；分布；IV型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅2分布。分布。2.目标起伏对检测性能的影响目标起伏对检测性能的影响影

42、响检测性能与最优检测方式影响检测性能与最优检测方式3.起伏模型的改进起伏模型的改进对数正态、对数正态、RICE分布、分布、K分布、分布、Weibull分布、复合高斯分布分布、复合高斯分布雷达作用距离雷达作用距离传播过程中各种因素的影响传播过程中各种因素的影响大气传播的影响大气传播的影响1.大气衰减大气衰减氧气和水蒸气衰减：主要对氧气和水蒸气衰减：主要对 10cm氧气：氧气：22.24GHz，184GHz；水蒸气：水蒸气：60GHz，118GHz2.雨雾衰减雨雾衰减设晴天雷达接收的功率为设晴天雷达接收的功率为Pr0电波单程传播衰减：电波单程传播衰减：dB/km设雨天雷达的接收功率为设雨天雷达的接

43、收功率为Prmax.maxmax.lgRRrrrreRRPPRPP01150004600010210雷达作用距离雷达作用距离大气折射与雷达直视距离大气折射与雷达直视距离大气折射的影响大气折射的影响1.引起测角误差和测距误差引起测角误差和测距误差2.大气密度随高度的增加而下降大气密度随高度的增加而下降电磁波方向向下弯曲（反射率电磁波方向向下弯曲（反射率下降、折射率上升）下降、折射率上升）等效增加视线距离等效增加视线距离等效地球曲率半径等效地球曲率半径增加增加 最大直视距离：最大直视距离：km849034aaed0aehaht）（14）（1302220km)m()m(.km)km()km()()(

44、tatataeeteeaehhhhhhaahaahad雷达作用距离雷达作用距离大气折射与雷达直视距离大气折射与雷达直视距离地面或水面反射对作用距离的影响地面或水面反射对作用距离的影响直达波与镜面反射波干涉，引起直达波与镜面反射波干涉，引起1.雷达的作用距离随目标仰角呈周期性变化；雷达的作用距离随目标仰角呈周期性变化；2.某些方向某些方向Rmax=0，该方向构成盲区。，该方向构成盲区。措施措施1.采用垂直极化，仅在仰角采用垂直极化，仅在仰角cTr/2，出现距离模糊，出现距离模糊，R=c(mTr+tr)/2，判定模糊度，判定模糊度m。1.多重复频率判距离模糊多重复频率判距离模糊重复频率之间满足关系

45、：重复频率之间满足关系：，取，取m=1。有：。有：解得：解得：mNfNffr2r1rfr1fr2trtr1tr2Tr2Tr1 or r2r1r2r2r1r1rr2r1r2r2r1r1rffftfttffftftt1 r2r2r1r1rfntfntt21目标距离的测量目标距离的测量脉冲法测距脉冲法测距三重复频率判距离模糊三重复频率判距离模糊中国余数定理中国余数定理设设fr1:fr2:fr3=m1:m2:m3，用三个重复频率分别测得目标的距离单，用三个重复频率分别测得目标的距离单元号为元号为A1，A2，A3，则目标所在的真实的距离单元为：，则目标所在的真实的距离单元为：b1、b2、b3为满足条件的

46、最小整数。目标的真实距离为：为满足条件的最小整数。目标的真实距离为：1 )(mod 1 )(mod 1 )(mod)(mod)(c321332312213211321332211mmmbCmmmbCmmmbCmmmACACACR c2cRR 目标距离的测量目标距离的测量脉冲法测距脉冲法测距2.舍脉冲法判距离模糊舍脉冲法判距离模糊发射高重复频率脉冲，每发射发射高重复频率脉冲，每发射M个脉冲舍弃一个，则回波脉冲个脉冲舍弃一个，则回波脉冲每隔每隔M个脉冲缺少一个，根据缺失回波脉冲的位置判断模糊数个脉冲缺少一个，根据缺失回波脉冲的位置判断模糊数从缺失发射脉冲位置开始，计数发射脉冲个数至某一发射脉冲从缺

47、失发射脉冲位置开始，计数发射脉冲个数至某一发射脉冲后没有回波脉冲结束，该计数值即为模糊度后没有回波脉冲结束，该计数值即为模糊度trNTr目标距离的测量调频法测距调频连续波测距调频连续波测距主要思路：频率调制主要思路：频率调制时间的变化对应于频率的变化时间的变化对应于频率的变化测量收测量收发的频差等效于测量收发的延时发的频差等效于测量收发的延时收发的延时对应于目标的距收发的延时对应于目标的距离。离。混频器混频器发射天线发射天线放大放大限幅限幅频率计频率计调频发调频发射机射机接收天线接收天线耦合信号耦合信号目标距离的测量目标距离的测量调频法测距调频法测距1.三角波调制三角波调制不考虑多普勒频率：不

48、考虑多普勒频率：Tmff0+ftf00ftfr2R/c0fbfb-fb+fbavtmbavmmbbavmrtbmrmt/,/fffcRTfffcTfRfffcRtTffftTfff81824400目标距离的测量目标距离的测量调频法测距调频法测距考虑多普勒频率：考虑多普勒频率：LFMCW性能：性能：距离分辨力：取决于调频带宽距离分辨力：取决于调频带宽最大不模糊距离：最大不模糊距离：对调频非线性度的限制：非线性度对调频非线性度的限制：非线性度U1时，时，22211tUutUucoscos22222121/uuuuuudd22122121/UUuUUuddsin12121UKUUKUUUddddoo

49、oU1/2U1/2U2Ud1Ud2Uo/2-/20求出真实22，然后代入取整获得2将131212131212131312131213NdNddddddsin目标角度的测量目标角度的测量测角方法及其比较测角方法及其比较3.测角误差与多值性问题测角误差与多值性问题相位差测量误差与测角误差之间的关系。相位差测量误差与测角误差之间的关系。天线间距天线间距d越大，相位测量误差对测角误差的影响越小。越大，相位测量误差对测角误差的影响越小。d2，相位检波器测量相位差，相位检波器测量相位差02，即：，即：=0+2k，从，从而出现测角模糊。而出现测角模糊。兼顾测角精度和测角模糊问题的解决办法：兼顾测角精度和测角

50、模糊问题的解决办法：三天线测角三天线测角 dcosdsindd22接收机接收机相位检相位检波器波器接收机接收机d1212接收机接收机相位检相位检波器波器13221212sindNd221313sin目标角度的测量目标角度的测量测角方法及其比较测角方法及其比较u 振幅法测角振幅法测角 主要包括最大信号法和等信号法主要包括最大信号法和等信号法1.最大信号法最大信号法利用天线波束作圆周扫描时输出脉冲串受到天线方向图的调制利用天线波束作圆周扫描时输出脉冲串受到天线方向图的调制的特点，找出脉冲串的最大值出现时刻波束的指向的特点，找出脉冲串的最大值出现时刻波束的指向两脉冲间的天线转角为：两脉冲间的天线转角