現(xiàn)代雷達系統(tǒng)理論1PPT優(yōu)秀課件

1、1 王一丁王一丁 中國科學院電子學研究所中國科學院電子學研究所 2 l第一章第一章 緒論緒論 l第二章第二章 信號檢測與參數(shù)估計信號檢測與參數(shù)估計 l第三章第三章 目標分辨與模糊函數(shù)目標分辨與模糊函數(shù) l第四章第四章 脈沖壓縮脈沖壓縮 l第五章第五章 合成孔徑成像雷達合成孔徑成像雷達 3 根據(jù)雷達分機和雷達測根據(jù)雷達分機和雷達測 量方法分別介紹雷達的組成量方法分別介紹雷達的組成 和測量原理。前者包括雷達和測量原理。前者包括雷達 發(fā)射機、雷達接收機、終端發(fā)射機、雷達接收機、終端 顯示和數(shù)據(jù)錄取設備的組成、顯示和數(shù)據(jù)錄取設備的組成、 基本工作原理及主要指標；基本工作原理及主要指標； 后者包括雷達的

2、測距、測角后者包括雷達的測距、測角 和測速的基本原理和各種實和測速的基本原理和各種實 現(xiàn)方法。現(xiàn)方法。 4 雷達的基本任務是發(fā)現(xiàn)雷達的基本任務是發(fā)現(xiàn) 目標并測定其坐標。通常目目標并測定其坐標。通常目 標的回波信號中總是混雜著標的回波信號中總是混雜著 噪聲和各類干擾，而噪聲和噪聲和各類干擾，而噪聲和 各種干擾信號均具有隨機特各種干擾信號均具有隨機特 性，在這種條件下發(fā)現(xiàn)目標性，在這種條件下發(fā)現(xiàn)目標 的問題屬于信號檢測的范疇，的問題屬于信號檢測的范疇， 而測定目標坐標則是參數(shù)估而測定目標坐標則是參數(shù)估 計問題。計問題。 5 設計和研究雷達波形設計和研究雷達波形 的主要數(shù)學工具是模糊函的主要數(shù)學工具

3、是模糊函 數(shù)。模糊函數(shù)最初雖由分數(shù)。模糊函數(shù)最初雖由分 辨問題引出，但是它不僅辨問題引出，但是它不僅 能描述雷達信號的分辨特能描述雷達信號的分辨特 性和模糊度，還可以描述性和模糊度，還可以描述 由雷達信號決定的測量精由雷達信號決定的測量精 度和雜波抑制特性。度和雜波抑制特性。 6 近年來，從改進雷達體制方面近年來，從改進雷達體制方面 來擴大作用距離和提高距離分辨力來擴大作用距離和提高距離分辨力 方面已有很大進步。這種體制就是方面已有很大進步。這種體制就是 脈沖壓縮雷達體制，它采用寬脈沖脈沖壓縮雷達體制，它采用寬脈沖 發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證 足夠的最大作用距

4、離，而接收時則足夠的最大作用距離，而接收時則 采用相應的脈沖壓縮方法獲得窄脈采用相應的脈沖壓縮方法獲得窄脈 沖，以提高距離分辨力，因而較好沖，以提高距離分辨力，因而較好 地解決作用距離和分辨力之間的矛地解決作用距離和分辨力之間的矛 盾。盾。 7 深入了解合成孔徑成深入了解合成孔徑成 像雷達的原理、多普勒分像雷達的原理、多普勒分 辨理論、脈沖壓縮技術、辨理論、脈沖壓縮技術、 雷達信號模型、非聚焦合雷達信號模型、非聚焦合 成孔徑雷達和聚焦合成孔成孔徑雷達和聚焦合成孔 徑雷達成像處理方法。徑雷達成像處理方法。 8 l雷達原理雷達原理丁鷺飛丁鷺飛 等著等著 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社

5、 l雷達成像技術雷達成像技術劉永坦劉永坦 等著等著 哈爾濱工業(yè)大學出版社哈爾濱工業(yè)大學出版社 9 l電磁波特性電磁波特性 l電磁波頻段電磁波頻段 l雷達概念雷達概念 l雷達基本組成雷達基本組成 l雷達基本指標雷達基本指標 l雷達參數(shù)選擇雷達參數(shù)選擇 l雷達分類雷達分類 l現(xiàn)代雷達技術發(fā)展趨勢現(xiàn)代雷達技術發(fā)展趨勢 10 l光波特性光波特性 牛頓的光微粒學說牛頓的光微粒學說 惠更斯的光波動學說惠更斯的光波動學說 11 l光波特性光波特性 光的量子學說光的量子學說 麥克斯韋爾理論麥克斯韋爾理論 12 l電磁波特性電磁波特性 方向性方向性 直線性直線性 13 l電磁波產(chǎn)生電磁波產(chǎn)生 =C/f 14 l

6、電磁波與物體的作用電磁波與物體的作用 反射反射 透射透射 吸收吸收 15 16 17 18 19 l電磁波傳輸電磁波傳輸 空氣中傳輸空氣中傳輸 天線天線 微波傳輸線中傳輸微波傳輸線中傳輸 波導波導, 電纜電纜 20 1. 功率功率 2. 穿透能力穿透能力 3. 設備體積設備體積 4. 系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能 21 22 lRadio Detection and Ranging 1. 目標斜距的測量目標斜距的測量 2. 目標角位置的測量目標角位置的測量 3. 相對速度的測量相對速度的測量 4. 目標尺寸和形狀的測量目標尺寸和形狀的測量 23 24 25 26 27 l雷達方程雷達方程 1 2 21 2

7、 r2 24 1 / 4 m a x 2 m i n 4 4 P ( 4) ( 4) t te e te GP S R SS R P G A AS R P G A R S 28 l發(fā)射機發(fā)射機 l天線天線 l接收機接收機 l數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 l顯示顯示 l定時定時 l信號處理信號處理 l控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) l通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng) 29 發(fā) 射 機 收 發(fā) 開 關 接 收 機 電 源 定 時 數(shù) 據(jù) 采 集 信 號 處 理 顯 示 通 訊 控 制 操 作 員 傳 輸 雷達原理框圖 30 雷達發(fā)射機工作原理：雷達發(fā)射機工作原理： 脈沖調(diào)制器 功率放大 電源 振蕩源 31 雷達發(fā)射機主要指標：雷達發(fā)射機主

8、要指標： 1. 工作頻率或波段工作頻率或波段 2. 輸出功率輸出功率 3. 效率效率 4. 信號形式信號形式 5. 信號頻譜純度信號頻譜純度 32 使用器件使用器件 l真空電子管發(fā)射機真空電子管發(fā)射機 l晶體管固態(tài)發(fā)射機晶體管固態(tài)發(fā)射機 工作方式工作方式 l單級振蕩式發(fā)射機單級振蕩式發(fā)射機 l主振放大式發(fā)射機主振放大式發(fā)射機 雷達發(fā)射機分類：雷達發(fā)射機分類： 33 磁控管發(fā)射機：磁控管發(fā)射機： 磁控管磁控管 調(diào)制器調(diào)制器 34 行波管發(fā)射機：行波管發(fā)射機： 35 固態(tài)發(fā)射機：固態(tài)發(fā)射機： 36 雷達天線的工作原理：雷達天線的工作原理： B k D 37 l雷達天線的主要指標：雷達天線的主要指標

9、： 1. 方向圖方向圖 2. 增益增益 3. 帶寬帶寬 4. 極化極化 5. 副瓣電平副瓣電平 38 方位向方向圖方位向方向圖 39 高低向方向圖高低向方向圖 40 l雷達天線的分類：雷達天線的分類： 1. 直接輻射類型直接輻射類型 2. 間接反射類型間接反射類型 41 42 43 雷達接收機組成：雷達接收機組成： 接 收 機 保 護 器 低 噪 高 放 混 頻 器 本 振 中 頻 放 大 檢 波 視 放 高 頻 輸 入 顯 示 44 雷達接收機主要指標：雷達接收機主要指標： 1. 靈敏度靈敏度 2. 頻帶寬度頻帶寬度 3. 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 4. 濾波特性濾波特性 5. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度

10、 45 雷達接收機分類：雷達接收機分類： 1. 直接混頻方式直接混頻方式 2. 前級放大方式前級放大方式 46 1. 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 2. 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲 3. 數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)形成 4. 高速數(shù)據(jù)采集高速數(shù)據(jù)采集 47 1. 角度信息處理角度信息處理 2. 距離信息處理距離信息處理 3. 速度信息處理速度信息處理 4. 目標特性處理目標特性處理 5. 綜合信息處理綜合信息處理 48 1. 雷達工作的中樞神經(jīng)雷達工作的中樞神經(jīng) 2. 參數(shù)測量的基礎參數(shù)測量的基礎 3. 信號產(chǎn)生的源頭信號產(chǎn)生的源頭 49 1. 目標跟蹤功能目標跟蹤功能 2. 天線控制功能天線控制功能 50 1. 指令傳遞指令傳

11、遞 2. 數(shù)據(jù)傳遞數(shù)據(jù)傳遞 51 52 53 54 55 56 l戰(zhàn)術指標戰(zhàn)術指標 l技術指標技術指標 57 l戰(zhàn)術指標：戰(zhàn)術指標： 1. 雷達的探測范圍雷達的探測范圍 2. 測量目標參數(shù)的精度測量目標參數(shù)的精度 3. 分辨力分辨力 4. 數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 5. 抗干擾能力抗干擾能力 6. 工作可靠性工作可靠性 7. 體積和重量體積和重量 8. 功耗及展開時間功耗及展開時間 9. 測量目標坐標或參數(shù)的數(shù)目測量目標坐標或參數(shù)的數(shù)目 58 l雷達的探測范圍雷達的探測范圍 雷達對目標進行連續(xù)觀測的空域，叫做雷達對目標進行連續(xù)觀測的空域，叫做 探測范圍，又稱為力范圍，它決定于雷達探測范圍，又稱為力范圍，它

12、決定于雷達 的最小可探測距離和最大作用距離，仰角的最小可探測距離和最大作用距離，仰角 和方位角的探測范圍雷達的探測范圍。和方位角的探測范圍雷達的探測范圍。 59 l測量目標參數(shù)的精度測量目標參數(shù)的精度 精確度的高低是以測量誤差的大小來精確度的高低是以測量誤差的大小來 衡量的。測量方法不同精確度也不同。誤衡量的。測量方法不同精確度也不同。誤 差越小，精度度越高。雷達測量精確度的差越小，精度度越高。雷達測量精確度的 誤差通常可分為系統(tǒng)誤差、隨即誤差。所誤差通?？煞譃橄到y(tǒng)誤差、隨即誤差。所 以往往對測量結(jié)果規(guī)定一個誤差范圍。以往往對測量結(jié)果規(guī)定一個誤差范圍。 60 l分辨力分辨力 分辨力是指對兩個相

13、鄰目標的區(qū)分能力。分辨力是指對兩個相鄰目標的區(qū)分能力。 兩個目標在同一角度但處在不同距離上，其兩個目標在同一角度但處在不同距離上，其 最小可區(qū)分的距離稱為距離分辨力；兩個目最小可區(qū)分的距離稱為距離分辨力；兩個目 標處在相同距離上，但角位置有所不同，最標處在相同距離上，但角位置有所不同，最 小能夠區(qū)分的角度稱為角分辨力。小能夠區(qū)分的角度稱為角分辨力。 61 l數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 數(shù)據(jù)率是雷達對整個探測范圍完成一數(shù)據(jù)率是雷達對整個探測范圍完成一 次探測所需時間的倒數(shù)。也是單位時間內(nèi)次探測所需時間的倒數(shù)。也是單位時間內(nèi) 雷達對每個目標提供數(shù)據(jù)的次數(shù)，它表征雷達對每個目標提供數(shù)據(jù)的次數(shù)，它表征 雷達的工作速

14、度。雷達的工作速度。 62 l抗干擾能力抗干擾能力 雷達通常在各種自然干擾和人為干擾的雷達通常在各種自然干擾和人為干擾的 條件下工作，其中主要是敵方施放的無源干條件下工作，其中主要是敵方施放的無源干 擾和有源干擾。這些干擾最終作用于雷達終擾和有源干擾。這些干擾最終作用于雷達終 端設備，嚴重時可能使雷達失去工作能。所端設備，嚴重時可能使雷達失去工作能。所 以現(xiàn)代雷達必須具有一定程度的抗干擾能力。以現(xiàn)代雷達必須具有一定程度的抗干擾能力。 63 l工作可靠性工作可靠性 雷達需要可靠地工作。通常用兩次故雷達需要可靠地工作。通常用兩次故 障之間的平均時間間隔來表示，稱為平均障之間的平均時間間隔來表示，稱

15、為平均 無故障時間無故障時間MTBF。可靠性的另一個標志是。可靠性的另一個標志是 發(fā)生故障以后平均修復時間發(fā)生故障以后平均修復時間MTTR。 64 l體積和重量體積和重量 體積和重量決定于雷達的任務要體積和重量決定于雷達的任務要 求、所用器件和材料。機載和空基雷求、所用器件和材料。機載和空基雷 達對體積和重量的要求很嚴格。達對體積和重量的要求很嚴格。 65 l功耗和展開時間功耗和展開時間 這兩項性能對雷達的機動性很重要。這兩項性能對雷達的機動性很重要。 66 l測量目標坐標或參數(shù)的數(shù)目測量目標坐標或參數(shù)的數(shù)目 目標的方位、斜距和仰角目標的方位、斜距和仰角 目標的速度和性質(zhì)目標的速度和性質(zhì) 67

16、 l技術指標技術指標: 1. 工作頻率及工作帶寬工作頻率及工作帶寬 2. 發(fā)射功率發(fā)射功率 3. 調(diào)制波形、脈沖寬度和重復頻率調(diào)制波形、脈沖寬度和重復頻率 4. 天線的波束形狀、增益和掃描方式天線的波束形狀、增益和掃描方式 5. 接收機的靈敏度接收機的靈敏度 6. 終端裝置和雷達輸出數(shù)據(jù)的形式終端裝置和雷達輸出數(shù)據(jù)的形式 7. 電源供應電源供應 68 l工作頻率及工作帶寬工作頻率及工作帶寬 雷達的工作頻率主要根據(jù)目標的特性、雷達的工作頻率主要根據(jù)目標的特性、 電磁波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性電磁波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性 能、雷達的測量精度和功能等要求來決定。能、雷達的測量精度和

17、功能等要求來決定。 工作帶寬主要根據(jù)抗干擾的要求來決定。工作帶寬主要根據(jù)抗干擾的要求來決定。 69 l發(fā)射功率發(fā)射功率 發(fā)射功率的大小影響作用距離。發(fā)射功率的大小影響作用距離。 發(fā)射功率分為脈沖功率和平均功率。發(fā)射功率分為脈沖功率和平均功率。 70 l調(diào)制波形、脈沖寬度和重復頻率調(diào)制波形、脈沖寬度和重復頻率 脈沖寬度指發(fā)射脈沖信號的持續(xù)時間脈沖寬度指發(fā)射脈沖信號的持續(xù)時間 脈沖重復頻率指雷達每秒鐘發(fā)射的射頻脈沖的脈沖重復頻率指雷達每秒鐘發(fā)射的射頻脈沖的 個數(shù)個數(shù) 71 l天線的波束形狀、增益和掃描方式天線的波束形狀、增益和掃描方式 方位波束形狀、高低波束形狀方位波束形狀、高低波束形狀 掃描方式

18、：機械掃描、電掃描掃描方式：機械掃描、電掃描 72 l接收機的靈敏度接收機的靈敏度 接收機的靈敏度是指雷達接收微弱信號的能力接收機的靈敏度是指雷達接收微弱信號的能力 73 l終端裝置和雷達輸出數(shù)據(jù)的形式終端裝置和雷達輸出數(shù)據(jù)的形式 終端裝置是顯示器終端裝置是顯示器 雷達輸出數(shù)據(jù)形式雷達輸出數(shù)據(jù)形式 74 l電源供電電源供電 電源供應：電源供應： 50Hz, 400Hz 75 l工作波長的選擇工作波長的選擇 l脈沖重復頻率的選擇脈沖重復頻率的選擇 l脈沖寬度的選擇脈沖寬度的選擇 l天線方向圖和功率增益系數(shù)的選擇天線方向圖和功率增益系數(shù)的選擇 l接收機噪聲系數(shù)和通頻帶的確定接收機噪聲系數(shù)和通頻帶的

19、確定 l發(fā)射脈沖功率的計算發(fā)射脈沖功率的計算 l雷達波形的選擇雷達波形的選擇 76 l工作波長的選擇工作波長的選擇 l從提高接收機靈敏度考慮從提高接收機靈敏度考慮 l從提高作用距離考慮從提高作用距離考慮 l從雷達的用途考慮從雷達的用途考慮 l從地面或水面的反射影響考慮從地面或水面的反射影響考慮 l從雜波干擾的影響考慮從雜波干擾的影響考慮 77 l脈沖重復頻率的選擇脈沖重復頻率的選擇 l從天線掃描引起的干擾考慮從天線掃描引起的干擾考慮 l從測距的單值性考慮從測距的單值性考慮 l從脈沖積累個數(shù)考慮從脈沖積累個數(shù)考慮 l從發(fā)射平均功率考慮從發(fā)射平均功率考慮 78 l脈沖寬度的選擇脈沖寬度的選擇 l從工作帶寬考慮從工作帶寬考慮 l從距離分辨力考慮從距離分辨力考慮 l從穩(wěn)定性考慮從穩(wěn)定性考慮 79 l天線方向圖和功率增益