雷達(dá)考試總結(jié)講解

1、CHAPTER 、1 空管監(jiān)視技術(shù)一、監(jiān)視的概念 監(jiān)視：為空中交通管理系統(tǒng)提供航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛的活動(dòng)信息， 是進(jìn)行空中交通管理的 基礎(chǔ)。 空中交通管制等運(yùn)行單位利用監(jiān)視信息判斷、 跟蹤航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛位置， 獲取 航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛識(shí)別信息 , 掌握航空器飛行軌跡和意圖，調(diào)整航空器間隔及監(jiān)視機(jī)場(chǎng) 場(chǎng)面運(yùn)行態(tài)勢(shì)，提高空中交通安全的保障能力。二、監(jiān)視技術(shù)分類(lèi)1、獨(dú)立非協(xié)作式監(jiān)視 無(wú)需依靠機(jī)載電子系統(tǒng)，計(jì)算飛機(jī)二維位置 監(jiān)視者：獨(dú)立，被監(jiān)視者（目標(biāo)） ：被動(dòng) e.g.PSR2、獨(dú)立協(xié)作式監(jiān)視提供計(jì)算的飛機(jī)三維位置和識(shí)別、機(jī)載參數(shù)等其他信息 監(jiān)視者：獨(dú)立，被監(jiān)視者（目標(biāo)） ：被動(dòng)e.g.SS

2、R （A/C、S），MLAT3、非獨(dú)立協(xié)作式監(jiān)視 提供機(jī)載設(shè)備（ GPS/INS）獲得的位置信息和識(shí)別、機(jī)載參數(shù)等其他信息 監(jiān)視者：非獨(dú)立，被監(jiān)視者（目標(biāo)） ：主動(dòng)（自動(dòng)）e.g.ADS （A/C、B）CHAPTER 2一次雷達(dá)（ PSR）一、工作原理及基本組成1、工作原理由雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能 , 經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)后傳輸給天線(xiàn) , 再由天線(xiàn)將此電磁能定向輻 射于大氣中。電磁能在大氣中以光速 （約 3108m/s）傳播 , 如果目標(biāo)恰好位于定向天線(xiàn)的波 束內(nèi) , 則它將要截取一部分電磁能。 目標(biāo)將被截取的電磁能向各方向散射 , 其中部分散射的 能量朝向雷達(dá)接收方向。 雷達(dá)天線(xiàn)搜集到這部分散射的電磁

3、波后 , 就經(jīng)傳輸線(xiàn)和收發(fā)開(kāi)關(guān)饋 給接收機(jī)。接收機(jī)將這微弱信號(hào)放大并經(jīng)信號(hào)處理后即可獲取所需信息 , 并將結(jié)果送至終端噪聲噪聲 接收機(jī)信號(hào) 處理機(jī)顯示器二、優(yōu)缺點(diǎn)1、一次雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)： 非協(xié)作式：所有可以反射電磁波的物體都有可能被探測(cè)到 獨(dú)立：一次雷達(dá)不依賴(lài)于任何機(jī)載設(shè)備2、一次雷達(dá)缺點(diǎn)： 所有可以反射電磁波的物體都有可能被探測(cè)到，因此，不感興趣的物體也可能被探 測(cè)到，如地面反射電磁波所形成的回波不能獲取高度信息三、任務(wù)( R、v) 當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到目標(biāo)后 , 就要從目標(biāo)回波中提取有關(guān)信息 : 可對(duì)目標(biāo)的距離和空間角度 定位 , 目標(biāo)位置的變化率可由其距離和角度隨時(shí)間變化的規(guī)律中得到， 并由此建立對(duì)目

4、標(biāo)跟 蹤; 雷達(dá)的測(cè)量如果能在一維或多維上有足夠的分辨力 , 則可得到目標(biāo)尺寸和形狀的信息 采用不同的極化， 可測(cè)量目標(biāo)形狀的對(duì)稱(chēng)性。 原理上， 雷達(dá)還可測(cè)定目標(biāo)的表面粗糙度及介 電特性等。1、 目標(biāo)斜距的測(cè)量( R)雷達(dá)工作時(shí) , 發(fā)射機(jī)經(jīng)天線(xiàn)向空間發(fā)射一串重復(fù)周期一定的高頻脈沖。 如果在電磁波傳 播的途徑上有目標(biāo)存在 , 那么雷達(dá)就可以接收到由目標(biāo)反射回來(lái)的回波。 由于回波信號(hào)往返, 即 R ctr于雷達(dá)與目標(biāo)之間 , 它將滯后于發(fā)射脈沖一個(gè)時(shí)間 tr。 我們知道電磁波的能量是以光速傳 播的 , 設(shè)目標(biāo)的距離為 R, 則傳播的距離等于光速乘上時(shí)間間隔式中, R為目標(biāo)到雷達(dá)站的單程距離 ,

5、單位為 m; tr 為電磁波往返于目標(biāo)與雷達(dá)之間的8時(shí)間間隔 , 單位為 s; c 為光速， c=3 108m/s能測(cè)量目標(biāo)距離是雷達(dá)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn) , 測(cè)距的精度和分辨力與發(fā)射信號(hào)帶寬 ( 或處理 后的脈沖寬度 ) 有關(guān)。脈沖越窄 , 性能越好。2、目標(biāo)角位置的測(cè)量 ( ) 目標(biāo)角位置指方位角或仰角 , 在雷達(dá)技術(shù)中測(cè)量這兩個(gè)角位置基本上都是利用天線(xiàn)的 方向性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 雷達(dá)天線(xiàn)將電磁能量匯集在窄波束內(nèi) , 當(dāng)天線(xiàn)波束軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí) , 回波信 號(hào)最強(qiáng) , 如圖實(shí)線(xiàn)所示。 當(dāng)目標(biāo)偏離天線(xiàn)波束軸時(shí)回波信號(hào)減弱 , 如圖虛線(xiàn)所示。 根據(jù)接收 回波最強(qiáng)時(shí)的天線(xiàn)波束指向 , 就可確定目標(biāo)的方向 , 這

6、就是角坐標(biāo)測(cè)量的基本原理。 天線(xiàn)波束指向?qū)嶋H上也是輻射波前的方向。圖：角坐標(biāo)測(cè)量3、相對(duì)速度的測(cè)量（ v）有些雷達(dá)除確定目標(biāo)的位置外 , 還需測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)速度 , 例如測(cè)量飛機(jī)或?qū)?飛行時(shí)的速度。 當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)站之間存在相對(duì)速度時(shí) , 接收到回波信號(hào)的載頻相對(duì)于發(fā)射信 號(hào)的載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移 , 這個(gè)頻移在物理學(xué)上稱(chēng)為多卜勒頻移 , 它的數(shù)值為 f2vr式中 , f d 為多卜勒頻移， 單位為 Hz; vr 為雷達(dá)與目標(biāo)之間的徑向速度， 單位為 m/s; 為載波波長(zhǎng)，單位為 m。當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)站運(yùn)動(dòng)時(shí) , vr 0, 回波載頻提高 ; 反之 vr 0), 因此 F1, 只有當(dāng)接收機(jī)是“理

7、想接收機(jī)”時(shí) , 才會(huì)有 F=1。 下面對(duì)噪聲系數(shù)作幾點(diǎn)說(shuō)明 : 噪聲系數(shù)只適用于接收機(jī)的線(xiàn)性電路和準(zhǔn)線(xiàn)性電路 , 即檢波器以前部分。 檢波器 是非線(xiàn)性電路 , 而混頻器可看成是準(zhǔn)線(xiàn)性電路 , 因其輸入信號(hào)和噪聲都比本振電壓小 很多 , 輸入信號(hào)與噪聲間的相互作用可以忽略。To=290K 時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn) 接收機(jī)本身參數(shù)確定。 為使噪聲系數(shù)具有單值確定性 , 規(guī)定輸入噪聲以天線(xiàn)等效電阻RA 在室溫所以由式 F 1 N 可以看出 , 噪聲系數(shù)只由 kT0BnGa 噪聲系數(shù) F是沒(méi)有單位的數(shù)值 , 通常用分貝表示 F=10 lg F(dB) 噪聲系數(shù)的概念與定義 , 可推廣到任何無(wú)源或有源的四

8、端網(wǎng)絡(luò)。 接收機(jī)的饋線(xiàn)、放電器、移相器等屬于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò) , 圖中 Ga 為額定功率傳輸 系數(shù)。由于具有損耗電阻 , 因此也會(huì)產(chǎn)生噪聲 , 下面求其噪聲系數(shù)。無(wú)源四端 網(wǎng) 絡(luò)Ga從網(wǎng)絡(luò)的輸入端向左看是一個(gè)電阻為 RA 的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò) , 它輸出的額定噪聲功NiGa kT0 BnGa率為 Ni kT0 Bn經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸 , 加于負(fù)載 RL 上的外部噪聲額定功率為從負(fù)載電阻 RL向左看 , 也是一個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò) , 它是由信號(hào)源電阻 RA和無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)組合而成的 , 同理 , 這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率仍為kToBn, 它也就是無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)輸出的總額定噪聲功率 , 即 No kT0BnNoNo

9、1根據(jù)式 F 可得： F 根據(jù)式NiGa 可得：NiGa Ga由于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)額定功率傳輸系數(shù)Ga 1, 因此其噪聲系數(shù) F1。2)級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)兩級(jí)電路的級(jí)聯(lián)2總噪聲系數(shù) ：F0 F1 FG2 11n 級(jí)電路級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)：F0F1F2 1F3 1 Fn1G1G1G2G1G2Gn1上式給出了重要結(jié)論 : 為了使接收機(jī)的總噪聲系數(shù)小 , 要求各級(jí)的噪聲系數(shù)小、 額 定功率增益高。 而各級(jí)內(nèi)部噪聲的影響并不相同 , 級(jí)數(shù)越靠前 , 對(duì)總噪聲系數(shù)的影響越高增益低噪聲高頻放大。所以總噪聲系數(shù)主要取決于最前面幾級(jí) , 這就是接收機(jī)要采用大器 的主要原因。典型雷達(dá)接收機(jī)的高、中頻部分GR FRGIF

10、IGf1/GfGl 1/GlGcFcGg1/Gg將圖中各級(jí)的額定功率增益和噪聲系數(shù)代入n 級(jí)電路級(jí)聯(lián)公式, 即可求得接收機(jī)的1 Gf GgG1 般都采用高增益 ( GR20dB)低噪聲高頻放大器 , 因此上式可簡(jiǎn)化為 ：F0FR總噪聲系數(shù) :FR Fc 1 F1 1 GRGRGcGfGgG1 t F 1 若不采用高放 , 直接用混頻器作為接收機(jī)第一級(jí) , 則可得： F0c 1Gf Gg G1Gc 式中 t c 為混頻器的噪聲比 , 本振噪聲的影響一般也計(jì)入在內(nèi)。 f g 1 c4) 接收機(jī)靈敏度(1) 靈敏度噪聲總是伴隨著微弱信號(hào)同時(shí)出接收機(jī)的靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力?，F(xiàn) , 要能檢

11、測(cè)信號(hào) , 微弱信號(hào)的功率應(yīng)大于噪聲功率或者可以和噪聲功率相比。因此靈敏度用接收機(jī)輸入端的最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si min 來(lái)表示。在噪聲背景下檢測(cè)目標(biāo) ,接收機(jī)輸出端不僅要使信號(hào)放大到足夠的數(shù)值 , 更重要的是使其輸出信號(hào)噪聲比 So/ No 達(dá)到所需的數(shù)值。通常雷達(dá)終端檢測(cè)信號(hào)的質(zhì)量取決于信噪比。為了保證雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的質(zhì)量(如在虛警概率為 10-6 的條件下發(fā)現(xiàn)概率是SoNo min50 %或 90 %等), 接收機(jī)的中頻輸出必須提供足夠的信號(hào)噪聲比 , 令 So/ No( So/ No) min 時(shí)對(duì)應(yīng)的接收機(jī)輸入信號(hào)功率為最小可檢測(cè)信號(hào)功率 , 即接收機(jī)實(shí)際靈敏度為 Si min

12、 kT0BnF0通常,我們把 ( So/ No) min稱(chēng)為“識(shí)別系數(shù)” , 并用 M表示 , 所以靈敏度又可以寫(xiě)成Si minkT0BnF0M為了提高接收機(jī)的靈敏度 , 即減少最小可檢測(cè)信號(hào)功率 Si min , 應(yīng)做到 : 盡量 降低接收機(jī)的總噪聲系數(shù) Fo, 所以通常采用高增益、低噪聲高放 ; 接收機(jī)中頻放大 器采用匹配濾波器 , 以便得到白噪聲背景下輸出最大信號(hào)噪聲比 ; 式中的識(shí)別系數(shù) M 與所要求的檢測(cè)質(zhì)量、 天線(xiàn)波瓣寬度、掃描速度、雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率及檢測(cè)方法等 因素均有關(guān)系。在保證整機(jī)性能的前提下 , 盡量減小 M的數(shù)值。 (2)臨界靈敏度為了比較不同接收機(jī)線(xiàn)性部分的噪聲系數(shù)Fo

13、 和帶寬 Bn 對(duì)靈敏度的影響 , 需要排除接收機(jī)以外的諸因素 , 因此通常令 M=1, 這時(shí)接收機(jī)的靈敏度稱(chēng)為“臨界靈敏度”， 其 為 Si min kT0Bn F0雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度以額定功率表示 , 并常以相對(duì) 1 mW的分貝數(shù)計(jì)值 , 即Simin (dBmW ) 10lg Sim1i0n (W3 )(dBmW)一般超外差接收機(jī)的靈敏度為 -90-110 dBmW。對(duì)米波雷達(dá) , 可用最小可檢測(cè)電壓 ESi min 表示靈敏度 ESimin 2 SiminRA 對(duì)一般超外差式接收機(jī) , ESi min 為 10-6 10-7V。將 kTo 的數(shù)值代入式 S i m i n k ,T S

14、0BnF0i min 仍取常用單位 dBmW, 則可得到簡(jiǎn)便計(jì)算公式為： Si min (dBmW)=-114dB+10 lgBn(MHz)+10 lgF o不同噪聲帶寬 （Bn=BRI） 時(shí)接收機(jī)靈敏度與噪聲系數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)0.1 MHz 0.5 M Hz 1 MHz 2 MHz3 MHz4 MHz5 MHz6 MHz7 MHz8 MHz9 MHz10 MHz5）接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍對(duì)一般放大器 , 當(dāng)信號(hào)電平較小時(shí) , 輸出電壓 Uom隨輸入電壓 Uim 線(xiàn)性增大 , 放大器工作正常。 但信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí) , 放大器發(fā)生飽和現(xiàn)象 , 失去正常的放大能力 , 結(jié)果輸出電壓 Uom 不再增大 , 甚至反而

15、會(huì)減小 , 致使輸出 - 輸入振幅特性出現(xiàn)彎曲下 降, 見(jiàn)下圖。 這種現(xiàn)象稱(chēng)為放大器發(fā)生“過(guò)載”。 圖中表示寬脈沖干擾與回波信 號(hào)共同通過(guò)中頻放大器的情況 （ 為了簡(jiǎn)便起見(jiàn) , 僅畫(huà)出它們的調(diào)制包絡(luò) ）: 當(dāng)干擾電 壓振幅 Unm較小時(shí) , 輸出電壓中有與輸入信號(hào) Uin 相對(duì)應(yīng)的增量 ; 但當(dāng) Unm較大時(shí) , 由于放大器飽和 , 致使輸出電壓中的信號(hào)增量消失 , 即回波信號(hào)被丟失。同理 , 視 頻放大器也會(huì)發(fā)生上述的飽和過(guò)載現(xiàn)象。信號(hào)與寬脈沖干擾共同通過(guò)中頻放大器的示意圖 （輸出 - 輸入振幅特性）因此 , 對(duì)于疊加在干擾上的回波信號(hào)來(lái)說(shuō) 示, 它是放大器振幅特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)的斜率其放大量應(yīng)

16、該用增量增益”表KddUom dUim由上圖所示的振幅特性 , 可求得 Kd- Uim的關(guān)系曲線(xiàn) , 如下圖所示。 可知, 只要接收機(jī)中某一級(jí)的增量增益 Kd 0, 接收機(jī)就會(huì)發(fā)生過(guò)載 , 即丟失目標(biāo)回波信號(hào)接收機(jī)抗過(guò)載性能的好壞 , 可用動(dòng)態(tài)范圍 D來(lái)表示 , 它是當(dāng)接收機(jī)不發(fā)生過(guò)載Pimax 時(shí)允許接收機(jī)輸入信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍 , 其定義式如下 : D 10lg Pimax (dB) UPimin或：D 20lg UU i max (dB)U i min式中 , Pi min 、Ui min 為最小可檢測(cè)信號(hào)功率、電壓 ; Pi max、 Ui max 為接收機(jī) 不發(fā)生過(guò)載所允許接收機(jī)輸入

17、的最大信號(hào)功率、電壓。Acos 0t si (t)0|t | 2|t|2時(shí)刻可以達(dá)到最大。(2)單個(gè)矩形中頻脈沖的匹配濾波器多數(shù)常規(guī)雷達(dá)采用簡(jiǎn)單矩形脈沖調(diào)制 , 所以有必要研究一下矩形包絡(luò)的單個(gè)中頻脈沖的匹配濾波器。設(shè)矩形脈沖的幅度為 A, 寬度為 , 信號(hào)波形的表達(dá)式為 傅里葉變換可求得信號(hào)頻譜 Si ()由 H()= S*() 可得匹配濾波器的傳輸函數(shù) H( )(c)匹配濾波器輸出的最大信噪比為NS max理想匹配濾波器的特性一般比較難于實(shí)現(xiàn)2E A2N0 N0, 例如對(duì)于單個(gè)矩形中頻脈沖來(lái)說(shuō)圖 (c) 所示的頻率特性 H( ) 就不易實(shí)現(xiàn)。因此需要考慮它的近似實(shí)現(xiàn) , 即采用準(zhǔn)匹配濾波器

18、。五、雷達(dá)作用距離1、最大作用距離 Rmax1) 當(dāng) Pr 正好等于 Si min 時(shí),就可得到雷達(dá)檢測(cè)該目標(biāo)的最大作用距離Rmax，雷達(dá)距離方程的 兩種基本形式 ：RmaxPt Ar224Si minRPtG2 2Rmax(4 )3Si miPt 為雷達(dá)發(fā)射功率 , Gt 為雷達(dá)天線(xiàn)的增益， Ar 為雷達(dá)接收天線(xiàn)的有效接收面積(單i min基地脈沖雷達(dá)通常收發(fā)共用天線(xiàn) , 即 Gt= Gr= G, At=Ar )，為目標(biāo)的散射截面積， Si min為最小可檢測(cè)信號(hào)功率 ， 為所用波長(zhǎng)4A2) 天線(xiàn)增益和有效面積之間有以下關(guān)系 : G3) 雷達(dá)方程雖然給出了作用距離和各參數(shù)間的定量關(guān)系, 但因

19、未考慮設(shè)備的實(shí)際損耗和環(huán)境因素 , 而且方程中還有兩個(gè)不可能準(zhǔn)確預(yù)定的量 : 目標(biāo)有效反射面積 和最小可檢測(cè)信號(hào) Si min , 因此它常用來(lái)作為一個(gè)估算的公式 , 考察雷達(dá)各參數(shù)對(duì)作用距離影響的程度。 4) 接收信號(hào)處理框圖N o min DoSi min檢測(cè)門(mén)限1/4 2 1/4REtGt ArPt GtGr 2用檢測(cè)因子 Do 表示的雷達(dá)方程 為 ： Rmax(4 )2kT0FnD0CBL(4 )3kT0FnD0CBL上式中增加了帶寬校正因子CB 1, 它表示接收機(jī)帶寬失配所帶來(lái)的信噪比損失 , 匹配時(shí) CB=1；L表示雷達(dá)各部分損耗引入的損失系數(shù)；Fn 為接收機(jī)的噪聲系數(shù)； T0為標(biāo)

20、準(zhǔn)室溫 , 一般取 290K； 檢測(cè)因子 Do= ( S/N) o min5) 環(huán)境因素：大氣傳播影響(大氣衰減、大氣折射和雷達(dá)直視距離)、地面或水面反射對(duì)作用距離的影響2、門(mén)限檢測(cè)檢測(cè)時(shí)門(mén)限電壓的高低影響以下兩種錯(cuò)誤判斷的多少 :有信號(hào)而誤判為沒(méi)有信號(hào) （ 漏警） 只有噪聲時(shí)誤判為有信號(hào) （ 虛警） 應(yīng)根據(jù)兩種誤判的影響大小來(lái)選擇合適的門(mén)限。 1） 虛警概率 Pfa虛警是指沒(méi)有信號(hào)而僅有噪聲時(shí) , 噪聲電平超過(guò)門(mén)限值被誤認(rèn)為信號(hào)的事件。 噪聲超過(guò) 門(mén)限的概率稱(chēng)虛警概率。包絡(luò)檢波器輸出端噪聲電壓振幅的概率密度函數(shù)為P（ r）發(fā)現(xiàn)概率就是信號(hào)加噪聲電壓超過(guò)門(mén)限的概率。2、目標(biāo)的雷達(dá)截面積 （RC

21、S） 雷達(dá)是通過(guò)目標(biāo)的二次散射功率來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。 為了描述目標(biāo)的后向散射特性 , 在雷達(dá) 方程的推導(dǎo)過(guò)程中 , 定義了“點(diǎn)”目標(biāo)的雷達(dá)截面積 。目標(biāo)的后向散射特性除與目標(biāo)本身 的性能有關(guān)外 , 還與入射波的 波長(zhǎng) 、極化和視角 有關(guān)。1）點(diǎn)目標(biāo)特性與波長(zhǎng)的關(guān)系目標(biāo)的后向散射特性與波長(zhǎng)的關(guān)系最大 , 常以相對(duì)于波長(zhǎng)的目標(biāo)尺寸來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分 類(lèi)。為了討論目標(biāo)后向散射特性與波長(zhǎng)的關(guān)系 , 比較方便的辦法是考察一個(gè) 各向同性的球 體 。 因?yàn)榍蛴凶詈?jiǎn)單的外形 , 而且理論上已經(jīng)獲得其截面積的嚴(yán)格解答 , 其截面積與視角 無(wú)關(guān), 因此常用 金屬球來(lái)作為截面積的標(biāo)準(zhǔn) , 用于校正數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)定。球體截面積

22、與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖所示。當(dāng)球體周長(zhǎng)2r 的區(qū)域稱(chēng)為 光學(xué)區(qū) , 截面積振蕩地趨于某一固定值 , 它就是幾何光學(xué)的投影面積2r 。目標(biāo)的尺寸相對(duì)于波長(zhǎng)很小時(shí)呈現(xiàn) 瑞利區(qū) 散射特性 , 即 -4-4 。絕大多數(shù)雷達(dá)目標(biāo)都不處在這個(gè)區(qū)域中, 但氣象微粒對(duì)常用的雷達(dá)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是處在這一區(qū)域的 （ 它們的尺寸遠(yuǎn)小于波 長(zhǎng)） 。處于瑞利區(qū)的目標(biāo) , 決定它們截面積的主要參數(shù)是體積而 不是形狀 , 形狀不同的影響只作較小的修改即可。通常，雷達(dá)目 標(biāo)的尺寸較云雨微粒要大得多 , 因此降低雷達(dá)工作頻率可減小 云雨回波的影響而又不會(huì)明顯減小正常雷達(dá)目標(biāo)的截面積。實(shí)際上大多數(shù)雷達(dá)目標(biāo)都處在 光學(xué)區(qū) 。光學(xué)區(qū)名稱(chēng)的來(lái)源是

23、因?yàn)槟繕?biāo)尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí), 如果目標(biāo)表面比較光滑 , 那么幾何光學(xué)的原理可以用來(lái)確定目標(biāo)雷達(dá)截面積。 按照幾何光學(xué)的原理 , 表面最強(qiáng)的反射區(qū)域是對(duì)電磁波波前最突出點(diǎn)附近的小的區(qū)域 , 這個(gè)區(qū)域的大小與該點(diǎn)的曲率半徑成正比。 曲率半徑越大， 反射區(qū)域越大 , 這一反射區(qū)域在光學(xué)中稱(chēng)為“亮斑”?？梢宰C明2, 當(dāng)物體在“亮斑”附近為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)時(shí) , 其截面積為 2, 故處于光學(xué)區(qū)球體的截面積為2 r , 其截面積不隨波長(zhǎng) 變化。在光學(xué)區(qū)和瑞利區(qū)之間是振蕩區(qū) , 這個(gè)區(qū)的目標(biāo)尺寸與波長(zhǎng)相近 , 在這個(gè)區(qū)中， 截面積 隨波長(zhǎng)變化而呈振蕩 , 最大點(diǎn)較光學(xué)值約高 5.6dB, 而第一個(gè)凹點(diǎn)的值又較光學(xué)值

24、約低 5.5dB 。實(shí)際上雷達(dá)很少工作在這一區(qū)域。2）目標(biāo)特性與極化的關(guān)系目標(biāo)的散射特性通常與入射場(chǎng)的極化有關(guān)。 先討論天線(xiàn)幅射 線(xiàn)極化 的情況。 照射到遠(yuǎn)區(qū) 目標(biāo)上的是線(xiàn)極化平面波 , 而任意方向的線(xiàn)極化波都可以分解為兩個(gè)正交分量 , 即垂直極 化分量和水平極化分量 , 分別用 ETH和 ETV 表示在目標(biāo)處天線(xiàn)所幅射的水平極化和垂直極化電場(chǎng) , 其中上標(biāo) T 表示發(fā)射天線(xiàn)產(chǎn)生的電場(chǎng) , 下標(biāo) H 和 V分別代表水平方向和垂直方向。S般, 在水平照射場(chǎng)的作用下 , 目標(biāo)的散射場(chǎng) E 將由兩部分 （ 即水平極化散射場(chǎng) E H, 和垂直S極化散射場(chǎng) EV）組成 , 并且有ESETHHH HESE

25、TVHV H；式中， HH表示水平極化入射場(chǎng)產(chǎn)生水平SH VH 同理 , 在垂直照射場(chǎng)作用下 , 目標(biāo)的散射場(chǎng)也有兩部分 : SEVS 式中 , VH 表示垂直極化入射場(chǎng)產(chǎn)生水平極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)；, 垂直散射場(chǎng)可被垂顯然 , 這四種散射成分中 , 水平散射場(chǎng)可被水平極化天線(xiàn)所接收EHHH EHVH EVr直極化天線(xiàn)所接收 , 所以有 HrHH HTVH VT，式中 E H,EHHV EHVV EV收到的目標(biāo)散射場(chǎng)中的水平極化成分和垂直極化成分，可得出散射矩陣： ej HHej VH： HH e VH eHV ej HVVV ej VV由于雷達(dá)截面積嚴(yán)格表示應(yīng)該是一個(gè)復(fù)數(shù) , 其中 HH 等

26、表示散射矩陣單元的幅度散射矩陣還可以表示成如下形式：E V 分別表示接收天線(xiàn)所EHrEVrHHVHHVVVHHEHTT極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)； HV表示水平極化入射場(chǎng)產(chǎn)生垂直極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)。 ST EHVH EVVV EV VV 表示垂直極化入射場(chǎng)產(chǎn)生垂直極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)。表示相對(duì)應(yīng)的相位。天線(xiàn)的互易 原理告訴我們 , 不論收發(fā)天線(xiàn)各采用什么樣的極化 , 當(dāng)收發(fā)天線(xiàn)互易時(shí) 可以得到同樣效果。 特殊情況 , 比如發(fā)射天線(xiàn)是垂直極化 , 接收天線(xiàn)是水平極化 , 當(dāng)發(fā)射 天線(xiàn)作為接收而接收天線(xiàn)作為發(fā)射時(shí) , 效果相同 , 可知 HV=VH, 說(shuō)明散射矩陣交叉項(xiàng)具 有對(duì)稱(chēng)性。散射矩陣表明了目標(biāo)

27、散射特性與極化方向的關(guān)系 , 因而它和目標(biāo)的 幾何形狀 間有密切 的聯(lián)系。同理，如果我們采用相同極化的 圓極化 天線(xiàn)作為發(fā)射和接收天線(xiàn) , 那么對(duì)于一個(gè)近似為 球體的目標(biāo) , 接收功率很小或?yàn)榱恪?我們知道， 氣象微粒如雨等就是球形或橢圓形 , 為了 濾除雨回波的干擾 , 收發(fā)天線(xiàn)常采用同極化的圓極化天線(xiàn)。 不管目標(biāo)是否對(duì)稱(chēng) , 根據(jù)互易 原理，都有 LR= RL。3) 復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積諸如飛機(jī)、 艦艇、地物等復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積 , 是 視角和工作波長(zhǎng) 的復(fù)雜函數(shù)。 尺寸 大的復(fù)雜反射體常?？梢越品纸獬稍S多獨(dú)立的散射體 , 每一個(gè)獨(dú)立散射體的尺寸仍處于 光學(xué)區(qū) , 各部分沒(méi)有相互作用

28、, 在這樣的條件下， 總的雷達(dá)截面積就是各部分截面積的矢量2和： k exp j4 dkk這里， k是第 k個(gè)散射體的截面積； dk是第k個(gè)散射體與接收機(jī)之間的距離 , 這一公式對(duì)確定散射器陣的截面積有很大的用途。各獨(dú)立單元的反射回波由于其相對(duì)相位關(guān)系可以是相加 , 給出大的雷達(dá)截面積 , 也可能相減而得到小的雷達(dá)截面積。 對(duì)于復(fù)雜目標(biāo)，各 散射單元的間隔是可以和工作波長(zhǎng)相比的 , 因此當(dāng)觀察方向改變時(shí) , 在接收機(jī)輸入端收到 的各單元散射信號(hào)間的相位也在變化 , 使其矢量和相應(yīng)改變 , 這就形成了起伏的回波信號(hào)。復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積是 視角的函數(shù) , 通常雷達(dá)工作時(shí) , 精確的目標(biāo)姿態(tài)及視角

29、是不 知道的 , 因?yàn)槟繕?biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí) , 視角隨時(shí)間變化。因此 , 最好是用統(tǒng)計(jì)的概念來(lái)描述雷達(dá)截面 積，所用統(tǒng)計(jì)模型應(yīng)盡量和實(shí)際目標(biāo)雷達(dá)截面積的分布規(guī)律相同。大量試驗(yàn)表明 , 大型飛機(jī)截面積的概率分布接近瑞利分布 , 當(dāng)然也有例外 , 小型飛機(jī) 和各種飛機(jī)側(cè)面截面積的分布與瑞利分布差別較大。 導(dǎo)彈和衛(wèi)星的表面結(jié)構(gòu)比飛機(jī)簡(jiǎn)單 , 它 們的截面積處于簡(jiǎn)單幾何形狀與復(fù)雜目標(biāo)之間 , 這類(lèi)目標(biāo)截面積的分布比較接近對(duì)數(shù)正態(tài) 分布。船舶是復(fù)雜目標(biāo) , 它與空中目標(biāo)不同之處在于海浪對(duì)電磁波反射產(chǎn)生多徑效應(yīng) , 雷達(dá) 所能收到的功率與天線(xiàn)高度有關(guān) , 因而目標(biāo)截面積也和天線(xiàn)高度有一定的關(guān)系。 在多數(shù)場(chǎng)合 船舶截

30、面積的概率分布比較接近對(duì)數(shù)正態(tài)分布。 六、測(cè)距測(cè)量目標(biāo)的距離是雷達(dá)的基本任務(wù)之一。 無(wú)線(xiàn)電波在均勻介質(zhì)中以固定的速度直線(xiàn)傳5 播（在自由空間傳播速度約等于光速 c=3105 km/s） 。雷達(dá)位于 A點(diǎn), 而在 B點(diǎn)有一目標(biāo) , 目標(biāo)至雷達(dá)站的距離 （即斜距 ）R可以通過(guò)測(cè)量電波往返一次所需的時(shí)間tR得到， 即而時(shí)間 t R也就是回波相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的延遲 , 因此, 目標(biāo)距離測(cè)量就是要精確測(cè)定延遲時(shí)則tR2RcR 2ctR間 t R。根據(jù)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的不同 ,測(cè)定延遲時(shí)間通?？梢圆捎妹}沖法, 頻率法和相位法。1、脈沖法測(cè)距1）基本原理在常用的脈沖雷達(dá)中 , 波出現(xiàn)的時(shí)刻滯后于主波 , 延遲時(shí)間 t R通常是很短促的其中 t R的單位為s,回波信號(hào)是滯后于發(fā)射脈沖 t R的回波脈沖。在熒光屏上目標(biāo)回滯后的時(shí)間就是 t R, 測(cè)量距離就是要測(cè)出時(shí)間 t R ?；夭ㄐ盘?hào)的發(fā)射