雷達(dá)原理及系統(tǒng)復(fù)習(xí)

1、雷達(dá)原理與系統(tǒng)雷達(dá)原理與系統(tǒng) 課程復(fù)習(xí)課程復(fù)習(xí) 什么是雷達(dá)（什么是雷達(dá)（radar）？）？Radio Detection and Ranging無線電探測與測距無線電探測與測距測量目標(biāo)的距離、方位和仰角測量目標(biāo)的距離、方位和仰角測量目標(biāo)的速度測量目標(biāo)的速度提供目標(biāo)的其他信息，如：形態(tài)、表面信息等提供目標(biāo)的其他信息，如：形態(tài)、表面信息等 雷達(dá)坐標(biāo)系雷達(dá)坐標(biāo)系球（極）坐標(biāo)系球（極）坐標(biāo)系斜距斜距R R，雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離方位角方位角，目標(biāo)斜距，目標(biāo)斜距R在水平面上在水平面上的投影的投影OB與某以起始方向（參考與某以起始方向（參考方向）在水平面上的夾角方向）在水平面上的夾角仰角

2、仰角，目標(biāo)斜距，目標(biāo)斜距R與與其在水平面上的投影其在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角在鉛垂面上的夾角 雷達(dá)的基本工作原理雷達(dá)的基本工作原理單基地脈沖雷達(dá)單基地脈沖雷達(dá)收發(fā)開關(guān)收發(fā)開關(guān)天線天線大氣大氣目標(biāo)反射目標(biāo)反射大氣大氣天線天線收發(fā)開關(guān)收發(fā)開關(guān)發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)電信號電信號電磁波電磁波回波回波測距測距tr 2rctR2rRtcC ：光速，：光速，利用發(fā)射信號回波時(shí)延求得利用發(fā)射信號回波時(shí)延求得例：一單基地脈沖雷達(dá)目標(biāo)回波時(shí)延為例：一單基地脈沖雷達(dá)目標(biāo)回波時(shí)延為1s，求，求目標(biāo)離雷達(dá)的距離。目標(biāo)離雷達(dá)的距離。解：由公式解：由公式2rctR代入?yún)?shù)可得代入?yún)?shù)可得150Rm常見時(shí)延與距離

3、：常見時(shí)延與距離：1s0.15km， 6.67s1km， 12.3s1.852km（1海里），海里），10s1.5km， 100s15km， 1ms150km，測距精度與發(fā)射信號（時(shí)寬）帶寬（或處理后脈沖寬度）有關(guān)，測距精度與發(fā)射信號（時(shí)寬）帶寬（或處理后脈沖寬度）有關(guān)，脈沖越窄、性能越好脈沖越窄、性能越好測角測角利用天線方向性實(shí)現(xiàn)利用天線方向性實(shí)現(xiàn)目標(biāo)角位置：方位角目標(biāo)角位置：方位角 仰角仰角接收回波最強(qiáng)時(shí)的天線波束指向接收回波最強(qiáng)時(shí)的天線波束指向天線尺寸增加，波束變窄，測角精度和角分辨力提高天線尺寸增加，波束變窄，測角精度和角分辨力提高角位置還可以利用兩個(gè)分離接收天線收到信號的相位差來決定

4、角位置還可以利用兩個(gè)分離接收天線收到信號的相位差來決定2弧度弧度3606000密位，密位，1密位密位0.06 測速測速利用回波多普勒頻移測相對速度利用回波多普勒頻移測相對速度2rdvfrvvcosrvv fd ：多普勒頻移（多普勒頻移（Hz）vr ：雷達(dá)與目標(biāo)之間的徑向速度（雷達(dá)與目標(biāo)之間的徑向速度（m/s）：載波波長（載波波長（m）當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 0 vr ，回波載頻提高；，回波載頻提高；反之反之0 時(shí)，目標(biāo)對電磁波以散射為主，以繞射為輔，時(shí)，目標(biāo)對電磁波以散射為主，以繞射為輔，RCS大；大；當(dāng)目標(biāo)尺寸當(dāng)目標(biāo)尺寸 時(shí)，目標(biāo)對電磁波以繞射為主，以散射時(shí)，目標(biāo)對電磁

5、波以繞射為主，以散射為輔，為輔，RCS??；對隱身目標(biāo)，波長在兩個(gè)極端即米波或毫??；對隱身目標(biāo)，波長在兩個(gè)極端即米波或毫米波為好。米波為好。從地面或水面的反射影響來看：水平極化的米波雷達(dá)，從地面或水面的反射影響來看：水平極化的米波雷達(dá)，由于地面反射，波瓣分裂；地面反射對厘米波影響較小，由于地面反射，波瓣分裂；地面反射對厘米波影響較小，故中等作用距離的引導(dǎo)雷達(dá)均采用厘米波段。故中等作用距離的引導(dǎo)雷達(dá)均采用厘米波段。從雜波干擾的影響來看：在目標(biāo)（飛機(jī)）與云、雨相混從雜波干擾的影響來看：在目標(biāo)（飛機(jī)）與云、雨相混的情況下，由于飛機(jī)的尺寸遠(yuǎn)大于水滴的尺寸，依目標(biāo)的情況下，由于飛機(jī)的尺寸遠(yuǎn)大于水滴的尺寸，

6、依目標(biāo)的反射特性，采用大的的反射特性，采用大的可以提高輸入信雜比。當(dāng)目標(biāo)可以提高輸入信雜比。當(dāng)目標(biāo)（飛機(jī)）以地物為背景時(shí)，由于飛機(jī)的尺寸遠(yuǎn)小于地物（飛機(jī)）以地物為背景時(shí)，由于飛機(jī)的尺寸遠(yuǎn)小于地物的尺寸，依目標(biāo)的反射特性，采用小的的尺寸，依目標(biāo)的反射特性，采用小的較好。較好。雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成 任務(wù)任務(wù)產(chǎn)生大功率的特定調(diào)制的電磁振蕩即射頻信號產(chǎn)生大功率的特定調(diào)制的電磁振蕩即射頻信號 組成組成單級振蕩式單級振蕩式主振放大式主振放大式大功率電磁振蕩產(chǎn)生與調(diào)制在一個(gè)器件中同時(shí)完成大功率電磁振蕩產(chǎn)生與調(diào)制在一個(gè)器件中同時(shí)完成先產(chǎn)生小功率的先產(chǎn)生小功率的CW 振蕩，再分多

7、級調(diào)制和放大振蕩，再分多級調(diào)制和放大 輸出功率輸出功率輸出信號功率輸出信號功率平均功率平均功率峰值功率峰值功率單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的功率能量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的功率能量Pav ，脈沖重復(fù)周，脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出平均功率。期內(nèi)的輸出平均功率。脈沖發(fā)出時(shí)間點(diǎn)的功率脈沖發(fā)出時(shí)間點(diǎn)的功率Pt，脈沖期間射頻振蕩，脈沖期間射頻振蕩的平均功率。的平均功率。 總效率總效率輸入發(fā)射機(jī)的總平均功率輸入發(fā)射機(jī)的總平均功率輸出和輸入的功率比輸出和輸入的功率比工作比，占空比工作比，占空比雷達(dá)發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)習(xí)題習(xí)題 某雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率為某雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率為800kW，矩形脈，矩形脈沖寬度為沖寬度為3s，脈

8、沖重復(fù)頻率為，脈沖重復(fù)頻率為1000Hz，求，求該發(fā)射機(jī)的平均功率和工作比。該發(fā)射機(jī)的平均功率和工作比。雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)作用：通過適當(dāng)?shù)臑V波將天線上接收到的微弱高頻信號從噪作用：通過適當(dāng)?shù)臑V波將天線上接收到的微弱高頻信號從噪聲和干擾中選擇出來，并經(jīng)放大和檢波后，送至顯示器、信聲和干擾中選擇出來，并經(jīng)放大和檢波后，送至顯示器、信號處理器或由計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)終端設(shè)備中。號處理器或由計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)終端設(shè)備中。超外差技術(shù)超外差技術(shù) 如圖所示，當(dāng)接收的電波頻率如圖所示，當(dāng)接收的電波頻率fRF變化時(shí)，本振頻率變化時(shí)，本振頻率fL和選頻濾和選頻濾波器的中心頻率波器的中心頻率f0= fRF能夠同步改變，

9、從而使輸出的能夠同步改變，從而使輸出的fIF固定不固定不變，這種技術(shù)稱為外差技術(shù)，當(dāng)變，這種技術(shù)稱為外差技術(shù)，當(dāng)fIF低于低于fRF而高于信號帶寬而高于信號帶寬B時(shí)時(shí)就稱為超外差技術(shù)。超外差技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、工就稱為超外差技術(shù)。超外差技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、工作穩(wěn)定、中頻部分可標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。作穩(wěn)定、中頻部分可標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。選頻濾波選頻濾波混頻器混頻器本振本振濾波濾波 解調(diào)解調(diào)濾波濾波無線電波無線電波解調(diào)輸出解調(diào)輸出fLfIF fRF 接收機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)1.靈敏度：靈敏度：Simin ，用最小可檢測信號功率，用最小可檢測信號功率Simin 表示，表示，檢測靈敏度，

10、給定虛警概率檢測靈敏度，給定虛警概率 Pfa ，達(dá)到指定檢測概，達(dá)到指定檢測概率率Pd 時(shí)的輸入端的信號功率：時(shí)的輸入端的信號功率：通常所需接收機(jī)通常所需接收機(jī) gain = 120 160 dB ， Simin-120-140dbw 主要由中頻完成。主要由中頻完成。2.動(dòng)態(tài)范圍：表示接收機(jī)能夠正常工作所允許的輸入動(dòng)態(tài)范圍：表示接收機(jī)能夠正常工作所允許的輸入信號強(qiáng)度的變化范圍。信號強(qiáng)度的變化范圍。 過載時(shí)的過載時(shí)的Si /Si min，80120 dB 接收機(jī)的噪聲系數(shù)接收機(jī)的噪聲系數(shù) 接收機(jī)輸入端信號噪聲比與輸出端信號噪聲比接收機(jī)輸入端信號噪聲比與輸出端信號噪聲比的比值。其公式為：的比值。其

11、公式為：規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻 RA在室溫在室溫T 0 = 290 K 時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)顯示器的主要類型雷達(dá)顯示器的主要類型 距離顯示器。距離顯示器。A顯，顯，J顯顯 平面顯示器。平面顯示器。PPI顯示器顯示器 高度顯示器。高度顯示器。E顯顯距離距離R 處任一點(diǎn)的雷達(dá)發(fā)射信號功率密度：處任一點(diǎn)的雷達(dá)發(fā)射信號功率密度：考慮到定向天線增益考慮到定向天線增益G：基本雷達(dá)方程推導(dǎo)基本雷達(dá)方程推導(dǎo)目標(biāo)散射截面積設(shè)為目標(biāo)散射截面積設(shè)為，則其接收的功率為，則其接收的功率為S1以目標(biāo)為圓心，雷達(dá)處散射的功率密度：以目標(biāo)為圓心，雷達(dá)處散射的功率密度：雷達(dá)

12、收到功率：雷達(dá)收到功率：Ar：雷達(dá)天線接收面積：雷達(dá)天線接收面積rr雷達(dá)接收到的回波功率反比于目雷達(dá)接收到的回波功率反比于目標(biāo)與雷達(dá)站間距離標(biāo)與雷達(dá)站間距離R的四次方的四次方 收發(fā)不同天線時(shí)收發(fā)不同天線時(shí) 收發(fā)同天線時(shí)收發(fā)同天線時(shí) 收發(fā)不同天線時(shí)，最大作用距離收發(fā)不同天線時(shí)，最大作用距離 收發(fā)同天線時(shí)，最大作用距離收發(fā)同天線時(shí)，最大作用距離雷達(dá)實(shí)際作用距離受目標(biāo)后向散射截面積雷達(dá)實(shí)際作用距離受目標(biāo)后向散射截面積、 Simin、噪聲、噪聲和其他干擾的影響，具有不確定性，服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。和其他干擾的影響，具有不確定性，服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。當(dāng)接收功率為接收機(jī)最小檢測功率當(dāng)接收功率為接收機(jī)最小檢測功率S

13、imin時(shí)：時(shí)： 信噪比表示的雷達(dá)方程信噪比表示的雷達(dá)方程最小可檢測信噪比最小可檢測信噪比匹配接收機(jī)匹配接收機(jī)檢波器檢波器檢波后積累檢波后積累檢測裝置檢測裝置檢測門限檢測門限SiminKT0BnFnD0i由由可得，可得，min則則識別系數(shù)識別系數(shù)M作用距離作用距離靈敏度靈敏度 檢測準(zhǔn)則檢測準(zhǔn)則門限檢測采用奈曼門限檢測采用奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則要求在給定的皮爾遜準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則要求在給定的信噪比條件下，在滿足一定的虛警概率時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率信噪比條件下，在滿足一定的虛警概率時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率最大，或者漏警概率最小。最大，或者漏警概率最小。降低門限的缺點(diǎn)：只要有噪聲存在，其尖峰超過門限降低門限的缺點(diǎn)：只要有噪聲

14、存在，其尖峰超過門限電平的概率增加，虛警相應(yīng)增加。電平的概率增加，虛警相應(yīng)增加。 恒虛警恒虛警虛警概率一定時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率虛警概率一定時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率Pd才隨信噪比的增加才隨信噪比的增加而增加，因此檢測系統(tǒng)要求虛警保持一個(gè)恒定的而增加，因此檢測系統(tǒng)要求虛警保持一個(gè)恒定的值；但隨著噪聲電壓的變化，其包絡(luò)振幅的概率值；但隨著噪聲電壓的變化，其包絡(luò)振幅的概率密度可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致一定門限值的虛警概密度可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致一定門限值的虛警概率率Pfa發(fā)生變化，從而使得在給定信噪比下得不到發(fā)生變化，從而使得在給定信噪比下得不到所需的發(fā)現(xiàn)概率。所以，噪聲電平變化時(shí)，系統(tǒng)所需的發(fā)現(xiàn)概率。所以，噪聲電平變化時(shí)，系統(tǒng)

15、門限電平應(yīng)相應(yīng)變化以獲得恒虛警。門限電平應(yīng)相應(yīng)變化以獲得恒虛警。積累對作用距離的改善積累對作用距離的改善 積累的作用：增加信號功率，提高檢測性能積累的作用：增加信號功率，提高檢測性能 積累的方法：相干積累，非相干積累積累的方法：相干積累，非相干積累在檢波前完成，亦稱檢波前積累或中頻在檢波前完成，亦稱檢波前積累或中頻積累，相干積累要求信號間有嚴(yán)格的相積累，相干積累要求信號間有嚴(yán)格的相位關(guān)系，即信號是相干的。位關(guān)系，即信號是相干的。M個(gè)脈沖的中頻理想積累可使信噪比提高為原來的個(gè)脈沖的中頻理想積累可使信噪比提高為原來的M倍倍M個(gè)脈沖的視頻理想積累對信噪比的改善為原來的個(gè)脈沖的視頻理想積累對信噪比的改

16、善為原來的 MM倍之間倍之間習(xí)題習(xí)題 某雷達(dá)波長某雷達(dá)波長 ，最小，最小可檢測信號可檢測信號 ，已知探測目標(biāo)的有，已知探測目標(biāo)的有效反射面積效反射面積 ；求雷達(dá)的最大作用距離。求雷達(dá)的最大作用距離。若該雷達(dá)為相干脈沖體制雷達(dá)，其他條件不若該雷達(dá)為相干脈沖體制雷達(dá)，其他條件不變時(shí)，變時(shí)，10個(gè)等幅相參中頻脈沖信號進(jìn)行相參個(gè)等幅相參中頻脈沖信號進(jìn)行相參積累，如果作用距離要求不變，發(fā)射功率積累，如果作用距離要求不變，發(fā)射功率Pt可以降低為多少？可以降低為多少？由于由于M個(gè)等幅相參中頻脈沖可以提高輸出信噪比個(gè)等幅相參中頻脈沖可以提高輸出信噪比M倍，則達(dá)到原來要求的作用距離只需原來發(fā)射功率倍，則達(dá)到原來

17、要求的作用距離只需原來發(fā)射功率的的1/M。 大氣折射和雷達(dá)直視距離大氣折射和雷達(dá)直視距離改變雷達(dá)的測量距離，產(chǎn)生測距誤差；引起仰角測量誤差改變雷達(dá)的測量距離，產(chǎn)生測距誤差；引起仰角測量誤差原因：原因：大氣成分隨時(shí)間、地點(diǎn)而改變，且不同高度的空大氣成分隨時(shí)間、地點(diǎn)而改變，且不同高度的空氣的密度也不相同，大氣密度隨高度變化的結(jié)果氣的密度也不相同，大氣密度隨高度變化的結(jié)果使折射系數(shù)對高度增加而減小。因此電磁波在正使折射系數(shù)對高度增加而減小。因此電磁波在正常大氣下的傳播折射常使電波射線向下彎曲。常大氣下的傳播折射常使電波射線向下彎曲。 雷達(dá)直視距離的計(jì)算雷達(dá)直視距離的計(jì)算與大氣折射系數(shù)與大氣折射系數(shù)n

18、隨高度的變化率有隨高度的變化率有關(guān)。關(guān)。P159習(xí)題習(xí)題 假定要設(shè)計(jì)一部低空目標(biāo)探測雷達(dá)，將雷假定要設(shè)計(jì)一部低空目標(biāo)探測雷達(dá)，將雷達(dá)安裝在海拔達(dá)安裝在海拔1000 米的山頂上，目標(biāo)飛行米的山頂上，目標(biāo)飛行高度高度100 米，則該雷達(dá)的作用距離選取多米，則該雷達(dá)的作用距離選取多少為宜？少為宜？用信號能量表示的雷達(dá)方程用信號能量表示的雷達(dá)方程當(dāng)信號為簡單脈沖，且檢波器輸入端信噪比用檢測因子表示當(dāng)信號為簡單脈沖，且檢波器輸入端信噪比用檢測因子表示時(shí)，雷達(dá)方程可表示為：時(shí)，雷達(dá)方程可表示為：由于檢測因子由于檢測因子可得能量形式的雷達(dá)方程：可得能量形式的雷達(dá)方程：計(jì)入中頻濾波器失配影響后：計(jì)入中頻濾波器

19、失配影響后： 例：例：已知雷達(dá)參數(shù)已知雷達(dá)參數(shù)Pt1MW，5.6cm，Bn1.6MHz，G44dB，S0/N0=0dB， Fn10dB，L4dB，目標(biāo)的雷達(dá)截面積，目標(biāo)的雷達(dá)截面積 1 1m，求雷達(dá)作用距離。，求雷達(dá)作用距離。解：解： 得：得：R54.5dB282km目標(biāo)距離的測量2rctR2rRtc 測距范圍：最小可測距離、最大單值測距范圍測距范圍：最小可測距離、最大單值測距范圍最小可測距離最小可測距離雷達(dá)可測量的最近目標(biāo)的距離雷達(dá)可測量的最近目標(biāo)的距離最大單值測距范圍最大單值測距范圍由脈沖重復(fù)周期由脈沖重復(fù)周期Tr確定確定特殊場合，雷達(dá)重復(fù)頻率不能滿足單值測距要求，此時(shí)特殊場合，雷達(dá)重復(fù)頻

20、率不能滿足單值測距要求，此時(shí)通常選擇：通常選擇：出現(xiàn)測距模糊出現(xiàn)測距模糊 解距離模糊的方法：多重復(fù)頻率法、舍脈沖法解距離模糊的方法：多重復(fù)頻率法、舍脈沖法 調(diào)頻連續(xù)波測距原理調(diào)頻連續(xù)波測距原理設(shè)發(fā)射信號頻率設(shè)發(fā)射信號頻率 ft 在一定時(shí)間在一定時(shí)間T 內(nèi)線性增加，內(nèi)線性增加，則回波信號則回波信號fr 頻率和發(fā)射信號頻率變化相同，頻率和發(fā)射信號頻率變化相同，只在時(shí)間上延遲了只在時(shí)間上延遲了tR （回波時(shí)延）。如圖：（回波時(shí)延）。如圖：Bf0TtRtRf（t）tfb（t）t差拍頻率差拍頻率調(diào)頻周期調(diào)頻周期調(diào)頻帶寬調(diào)頻帶寬人工距離跟蹤人工距離跟蹤 原理原理采用移動(dòng)的電刻度作為時(shí)間基準(zhǔn)，操作員按顯示采

21、用移動(dòng)的電刻度作為時(shí)間基準(zhǔn)，操作員按顯示器上的畫面，將電刻度對準(zhǔn)目標(biāo)回波，從控制器器上的畫面，將電刻度對準(zhǔn)目標(biāo)回波，從控制器度盤或計(jì)數(shù)器上讀出移動(dòng)電刻度的準(zhǔn)確時(shí)延即可度盤或計(jì)數(shù)器上讀出移動(dòng)電刻度的準(zhǔn)確時(shí)延即可代表目標(biāo)距離。代表目標(biāo)距離。 關(guān)鍵關(guān)鍵產(chǎn)生移動(dòng)的電刻度，且其時(shí)延可精確讀出。產(chǎn)生移動(dòng)的電刻度，且其時(shí)延可精確讀出。習(xí)題習(xí)題角度測量角度測量 測角的物理基礎(chǔ)：電波在均勻介質(zhì)中傳播測角的物理基礎(chǔ)：電波在均勻介質(zhì)中傳播的直線性，雷達(dá)天線的方向性。的直線性，雷達(dá)天線的方向性。 測角的性能參數(shù)：測角范圍、測角速度、測測角的性能參數(shù)：測角范圍、測角速度、測角精度或準(zhǔn)確度、角分辨力。角精度或準(zhǔn)確度、角分

22、辨力。 測角的方法：相位法，振幅法。測角的方法：相位法，振幅法。天線對于不同方向到達(dá)的電磁波具天線對于不同方向到達(dá)的電磁波具有不同的振幅和相位的響應(yīng)有不同的振幅和相位的響應(yīng)利用振幅響應(yīng)進(jìn)行測角利用振幅響應(yīng)進(jìn)行測角利用相位響應(yīng)進(jìn)行測角利用相位響應(yīng)進(jìn)行測角利用多個(gè)天線所接收到的回波信號間的相位差測角利用多個(gè)天線所接收到的回波信號間的相位差測角實(shí)現(xiàn)方法：將兩天線收到的高頻信號與同一本振差實(shí)現(xiàn)方法：將兩天線收到的高頻信號與同一本振差頻后在中頻上比相。頻后在中頻上比相。 相位法測角原理相位法測角原理 測角誤差與多值性問題測角誤差與多值性問題測角誤差測角誤差當(dāng)當(dāng) ，此時(shí)，此時(shí) ， 可能超出可能超出2，實(shí)際

23、讀數(shù)實(shí)際讀數(shù)解決方法解決方法三天線測角三天線測角 測角原理：利用天線收到的回波信號幅度測角原理：利用天線收到的回波信號幅度來做角度測量。幅度變化規(guī)律取決于天線來做角度測量。幅度變化規(guī)律取決于天線方向圖以及天線的掃描方式。方向圖以及天線的掃描方式。 測角方法：最大信號法，等信號法。測角方法：最大信號法，等信號法。振幅法測角振幅法測角天線的波束形狀及掃描方式天線的波束形狀及掃描方式 波束形狀：針狀波束、扇形波束波束形狀：針狀波束、扇形波束雷達(dá)波束通常以一定的方式依次照射給定空域，以進(jìn)雷達(dá)波束通常以一定的方式依次照射給定空域，以進(jìn)行目標(biāo)探測和目標(biāo)坐標(biāo)測量。行目標(biāo)探測和目標(biāo)坐標(biāo)測量。 掃描方式：機(jī)械掃

24、描、電子掃描掃描方式：機(jī)械掃描、電子掃描 相位掃描法：相位掃描法：在陣列天線元采用控制移相器相在陣列天線元采用控制移相器相移量的方法改變激勵(lì)相位，從而實(shí)現(xiàn)電掃描。移量的方法改變激勵(lì)相位，從而實(shí)現(xiàn)電掃描。目標(biāo)高度測量目標(biāo)高度測量 方法：由目標(biāo)斜距和仰角得到，并考慮大氣折射方法：由目標(biāo)斜距和仰角得到，并考慮大氣折射圓錐掃描自動(dòng)測角系統(tǒng)圓錐掃描自動(dòng)測角系統(tǒng)目標(biāo)方向目標(biāo)方向x 方位方位y 仰角仰角等信號軸等信號軸A0波束中心波束中心波束截面波束截面波束中心波束中心運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡天線最大輻射方向偏離等信天線最大輻射方向偏離等信號軸號軸OO，當(dāng)波束以一定角，當(dāng)波束以一定角速度速度s繞軸繞軸OO旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋

25、轉(zhuǎn)時(shí)， OB在空間畫出一個(gè)圓錐，在空間畫出一個(gè)圓錐，故稱圓錐掃描。故稱圓錐掃描。A目標(biāo)回波信號強(qiáng)弱變化規(guī)律目標(biāo)回波信號強(qiáng)弱變化規(guī)律0/s2/s順序波瓣測角法順序波瓣測角法s思考思考習(xí)題習(xí)題 一雷達(dá)系統(tǒng)采用三天線法測角，已知：一雷達(dá)系統(tǒng)采用三天線法測角，已知：雙天線測角精度低于三天線雙天線測角精度低于三天線多卜勒信息的提取d與0相比很小 d / 0 = 2v / C 提取 d 要用差拍方法。即： r 、d 的差值1、連續(xù)波多卜勒雷達(dá)連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相檢器多卜勒濾波器指示器000 d由于相位檢波器參考電壓遠(yuǎn)大于回波電壓，矢量合成如圖8.1連續(xù)波多普勒雷達(dá)多普勒差拍矢量tud0 cos0rUUU

26、勻速目標(biāo)，回波信號圍繞基準(zhǔn)點(diǎn)等wd 旋轉(zhuǎn)，合成矢量振幅為：)cos(00 drwUUUwdutU0固定目標(biāo)，無交流分量輸出；000 +d020d0 d0 dd maxd濾波器頻率特性連續(xù)波多普勒雷達(dá)各主要點(diǎn)頻譜變化圖連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相檢器多卜勒濾波器指示器000 d2. 脈沖工作時(shí)的多卜勒效應(yīng)功率放大器接收機(jī)脈沖調(diào)制器連續(xù)振蕩器顯示系統(tǒng)00 +d利用多普勒效應(yīng)的脈沖雷達(dá)的原理框圖發(fā)射信號按一定脈發(fā)射信號按一定脈寬和重復(fù)周期工作寬和重復(fù)周期工作由連續(xù)振蕩器取出由連續(xù)振蕩器取出電壓作為基準(zhǔn)電壓作為基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓在每一重復(fù)周期均和發(fā)射信號有相同起始相位。UrUkUinTrut0Ur1Ur2Uk ?u

27、t0cos(dt?0 )脈沖多普勒雷達(dá)相位檢波器輸出波形固定目標(biāo)：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)： 8.1.3 8.1.3 盲速和頻閃盲速和頻閃a.：目標(biāo)徑向速度vr，其回波經(jīng)過相位檢波器后輸出為一串等幅脈沖，與固定目標(biāo)的回波相同，vr為盲速。當(dāng) d =kr= k= 0, 1, 2, 時(shí)，脈沖不能區(qū)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)2vr cos( wd t - ?0 ) = cos wd ( t nTr ) - ?0 從采樣上看，相當(dāng)于所有采樣都發(fā)生在正弦波的同一相位點(diǎn)上，從頻譜上看，即回波頻譜線與發(fā)射頻譜線重合。b：指速度測量有多值性。 wd = 2 與w d + k2 fr 不能區(qū)分。2v r完全沒有多值的測量為：wd T

28、r , Tr , | fd | fr)2cos()cos(00 tkfwtwrdd運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號是u ( t t r ) 與具有多卜勒頻移的連續(xù)振蕩時(shí)域相乘，頻域相卷。 fr 10 f0f fr 10 f0f 10 fSr(f)f0)()(00ddfffUfffU sr(t)()()()(00ddrfffffffUfS d dd d相當(dāng)于將U( f ) 的頻譜中心搬移到(f 0+f d)和和 -( f 0+f d) 。frSr ( f )0frdff 0- ( f0+fd ) 1)(0 dff 1)(0 dff 10 dfff0 1df dfdrff drff 1 f0- f0- f0相參

29、電壓譜相參電壓譜相位檢波器輸出譜相位檢波器輸出譜盲速原因： fd = nfr （固定目標(biāo)：位于nfr ） 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)nfr f d若nfr f d = Nfr頻閃原因：fd fr 頻譜混疊fd1、fd2 滿足fd1 = nfr fd2 也無法區(qū)分（采樣定理）測速模糊。矢量圖和波形圖也可解釋.Ur1Ur22Ukdr= 2Fd=0Fd= frTrFdfdtfdFdTrtUr2Ur1?Uk12 rdTrdTF 22 drdffF rf21Fdfdrf210fr2fr習(xí)題習(xí)題1習(xí)題習(xí)題2 會(huì)出現(xiàn)盲速現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)盲速現(xiàn)象 會(huì)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象習(xí)題習(xí)題3從從0到到30時(shí)，時(shí)，fd 從從0 連續(xù)變化到連

30、續(xù)變化到 fdmax方向滿足：方向滿足：當(dāng)當(dāng)fr =600Hz，共有，共有30000/600=50個(gè)盲速點(diǎn)。個(gè)盲速點(diǎn)。消除固定目標(biāo)回波消除固定目標(biāo)回波 相位檢波器的輸出相位檢波器的輸出 消除固定回波的方法消除固定回波的方法濾波器組，每個(gè)濾波單元抑制其中一個(gè)濾波器組，每個(gè)濾波單元抑制其中一個(gè)nfr相鄰重復(fù)周期信號相減，固定目標(biāo)由于振相鄰重復(fù)周期信號相減，固定目標(biāo)由于振幅不變而相互抵消；動(dòng)目標(biāo)相減后剩下相幅不變而相互抵消；動(dòng)目標(biāo)相減后剩下相鄰重復(fù)周期振幅變化的部分作為輸出。鄰重復(fù)周期振幅變化的部分作為輸出。習(xí)題習(xí)題 測速模糊和測距模糊的關(guān)系測速模糊和測距模糊的關(guān)系例：例：？常用解決辦法：首先保證測

31、距無模糊，再解決測速常用解決辦法：首先保證測距無模糊，再解決測速模糊問題。模糊問題。最大單值不模糊距離最大單值不模糊距離設(shè)設(shè) f r 1 、 f r 2 均滿足無模糊測距均滿足無模糊測距對消器輸出分別為：對消器輸出分別為：不采用參差重頻時(shí)：不采用參差重頻時(shí)： 參差重復(fù)頻率對動(dòng)目標(biāo)顯示性能的影響參差重復(fù)頻率對動(dòng)目標(biāo)顯示性能的影響同時(shí)盲速稱為等效第一盲速同時(shí)盲速稱為等效第一盲速 vr0取取 n 1、 n 2互為質(zhì)數(shù)互為質(zhì)數(shù)采用參差重頻時(shí)：采用參差重頻時(shí)：采用采用N個(gè)參差重復(fù)頻率時(shí)：個(gè)參差重復(fù)頻率時(shí)：盲相盲相 點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相由相位檢波器特性所引起，減弱雷達(dá)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測能力。由相

32、位檢波器特性所引起，減弱雷達(dá)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測能力?；鶞?zhǔn)電壓方向基準(zhǔn)電壓方向相檢器輸出相檢器輸出對消輸出對消輸出差矢量差矢量連續(xù)盲相后果：可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波連續(xù)盲相后果：可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。解決辦法：改進(jìn)相位檢波器的特性解決盲相問題（早期）解決辦法：改進(jìn)相位檢波器的特性解決盲相問題（早期） 使用矢量對消器解決盲相問題使用矢量對消器解決盲相問題( (現(xiàn)代現(xiàn)代) )習(xí)題習(xí)題動(dòng)目標(biāo)檢測（動(dòng)目標(biāo)檢測（MTD） 增大信號處理的線性動(dòng)態(tài)范圍增大信號處理的線性動(dòng)態(tài)范圍 增加一組多普勒濾波器，使之更接近最佳濾波增加一組多普勒濾波器，使之更接近

33、最佳濾波 能抑制地雜波，且能同時(shí)抑制運(yùn)動(dòng)雜波能抑制地雜波，且能同時(shí)抑制運(yùn)動(dòng)雜波 增加一個(gè)或多個(gè)雜波圖，幫助檢測切向飛行大目標(biāo)增加一個(gè)或多個(gè)雜波圖，幫助檢測切向飛行大目標(biāo)為彌補(bǔ)為彌補(bǔ)MTI的缺陷，由最佳濾波器理論發(fā)展起來。的缺陷，由最佳濾波器理論發(fā)展起來。多卜勒濾波器組多卜勒濾波器組單個(gè)脈沖的單個(gè)脈沖的匹配濾波器匹配濾波器對相參脈沖串對相參脈沖串進(jìn)行匹配濾波進(jìn)行匹配濾波 理論推導(dǎo)理論推導(dǎo)匹配濾波匹配濾波 匹配濾波：在輸入為確知信號加白噪聲時(shí)，匹配濾波：在輸入為確知信號加白噪聲時(shí)，所得輸出信噪比最大。所得輸出信噪比最大。 傳輸函數(shù)能使輸出峰值信號功率與平均噪傳輸函數(shù)能使輸出峰值信號功率與平均噪聲功

34、率之比為最大的濾波器即是匹配濾波聲功率之比為最大的濾波器即是匹配濾波器。器。由雷達(dá)距離方程可知，為增加作用距離，應(yīng)使信噪比最大。由雷達(dá)距離方程可知，為增加作用距離，應(yīng)使信噪比最大。匹配濾波的作用即是將接收機(jī)輸出端噪聲功率減至最小。匹配濾波的作用即是將接收機(jī)輸出端噪聲功率減至最小。 除了常數(shù)和相位因子外，濾波器的頻率特除了常數(shù)和相位因子外，濾波器的頻率特性恰好是輸入信號頻譜的共軛，其沖擊響性恰好是輸入信號頻譜的共軛，其沖擊響應(yīng)由欲匹配的信號唯一確定。應(yīng)由欲匹配的信號唯一確定。匹配濾波結(jié)論匹配濾波結(jié)論 式式 即是要獲得濾波器最即是要獲得濾波器最大輸出信噪比時(shí)，濾波器傳遞函數(shù)和輸入大輸出信噪比時(shí)，濾

35、波器傳遞函數(shù)和輸入信號頻譜間應(yīng)滿足的關(guān)系；信號頻譜間應(yīng)滿足的關(guān)系； 式式 是濾波器的沖擊響應(yīng)與輸入是濾波器的沖擊響應(yīng)與輸入信號時(shí)域波形之間應(yīng)滿足的關(guān)系；信號時(shí)域波形之間應(yīng)滿足的關(guān)系；模糊函數(shù)與雷達(dá)分辨力模糊函數(shù)與雷達(dá)分辨力 模糊函數(shù)：由分辨問題引入，可描述雷達(dá)模糊函數(shù)：由分辨問題引入，可描述雷達(dá)信號的分辨特性和模糊度，亦可描述由雷信號的分辨特性和模糊度，亦可描述由雷達(dá)信號決定的測量精度和雜波抑制特性。達(dá)信號決定的測量精度和雜波抑制特性。 雷達(dá)分辨力：在各種目標(biāo)環(huán)境下區(qū)分兩個(gè)雷達(dá)分辨力：在各種目標(biāo)環(huán)境下區(qū)分兩個(gè)或兩個(gè)以上臨近目標(biāo)的能力。或兩個(gè)以上臨近目標(biāo)的能力。 與信號波形緊密聯(lián)系的雷達(dá)分辨力：

36、距離與信號波形緊密聯(lián)系的雷達(dá)分辨力：距離分辨力、速度分辨力。分辨力、速度分辨力。距離分辨力距離分辨力延時(shí)分辨常數(shù)延時(shí)分辨常數(shù)有效相關(guān)帶寬有效相關(guān)帶寬速度分辨力速度分辨力多普勒分辨常數(shù)多普勒分辨常數(shù)有效相關(guān)時(shí)間有效相關(guān)時(shí)間模糊函數(shù)結(jié)論模糊函數(shù)結(jié)論 模糊函數(shù)是決定臨近目標(biāo)的距離和速度聯(lián)模糊函數(shù)是決定臨近目標(biāo)的距離和速度聯(lián)合分辨力的唯一因素，并給出均方差的一合分辨力的唯一因素，并給出均方差的一個(gè)保守估計(jì)。個(gè)保守估計(jì)。 模糊函數(shù)越大，相鄰目標(biāo)差異越小，目標(biāo)模糊函數(shù)越大，相鄰目標(biāo)差異越小，目標(biāo)越難以分辨，即越模糊。越難以分辨，即越模糊。 在雷達(dá)波形設(shè)計(jì)時(shí)需考慮信號的模糊函數(shù)在雷達(dá)波形設(shè)計(jì)時(shí)需考慮信號的模

37、糊函數(shù)形式。形式。脈沖壓縮雷達(dá)脈沖壓縮雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù)很好的解決了雷達(dá)在距離分辨力和脈沖壓縮技術(shù)很好的解決了雷達(dá)在距離分辨力和最大作用距離上的矛盾最大作用距離上的矛盾 線性調(diào)頻脈沖信號、非線性調(diào)頻脈沖信號、線性調(diào)頻脈沖信號、非線性調(diào)頻脈沖信號、頻率編碼脈沖信號、相位編碼脈沖信號頻率編碼脈沖信號、相位編碼脈沖信號時(shí)域處理時(shí)域處理頻域處理頻域處理匹配濾波匹配濾波匹配濾波頻域匹配濾波頻域傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)線性調(diào)頻信號線性調(diào)頻信號脈沖壓縮比：脈沖壓縮比：LFM信號的距離旁瓣抑制的實(shí)質(zhì)：對信號進(jìn)行失配處理信號的距離旁瓣抑制的實(shí)質(zhì)：對信號進(jìn)行失配處理 二相編碼信號特點(diǎn)：將寬脈沖分為許多短的等寬度子脈沖，二相

38、編碼信號特點(diǎn)：將寬脈沖分為許多短的等寬度子脈沖，每個(gè)子脈沖以每個(gè)子脈沖以0、兩種相位調(diào)制，相位由指定的編碼序列決兩種相位調(diào)制，相位由指定的編碼序列決定。定。 二相編碼信號的脈壓處理：應(yīng)用匹配濾波器進(jìn)行壓縮處理，二相編碼信號的脈壓處理：應(yīng)用匹配濾波器進(jìn)行壓縮處理，輸出壓縮脈沖主瓣半幅度點(diǎn)的寬度近似于子脈沖寬度，距離輸出壓縮脈沖主瓣半幅度點(diǎn)的寬度近似于子脈沖寬度，距離分辨力與子脈沖寬度成正比，壓縮比等于碼長。分辨力與子脈沖寬度成正比，壓縮比等于碼長。 經(jīng)過脈壓處理，經(jīng)過脈壓處理，LFM信號輸出脈沖幅度為原來的信號輸出脈沖幅度為原來的 倍；倍；輸出脈沖信號的功率信噪比提高為輸入的輸出脈沖信號的功率信

39、噪比提高為輸入的D倍倍 NLFM信號的基本構(gòu)造原則是使設(shè)計(jì)出的信號具有信號的基本構(gòu)造原則是使設(shè)計(jì)出的信號具有窗函數(shù)形狀的幅度譜，使匹配濾波輸出即得到低的窗函數(shù)形狀的幅度譜，使匹配濾波輸出即得到低的旁瓣電平，避免失配能量損失。旁瓣電平，避免失配能量損失。 二相編碼信號特點(diǎn)：將寬脈沖分為許多短的等寬度二相編碼信號特點(diǎn)：將寬脈沖分為許多短的等寬度子脈沖，每個(gè)子脈沖以子脈沖，每個(gè)子脈沖以0、兩種相位調(diào)制，相位由兩種相位調(diào)制，相位由指定的編碼序列決定。指定的編碼序列決定。 二相編碼信號的脈壓處理：應(yīng)用匹配濾波器進(jìn)行壓二相編碼信號的脈壓處理：應(yīng)用匹配濾波器進(jìn)行壓縮處理，輸出壓縮脈沖主瓣半幅度點(diǎn)的寬度近似于縮處理，輸出壓縮脈沖主瓣半幅度點(diǎn)的寬度近似于子脈沖寬度，距離分辨力與子脈沖寬度成正比，壓子脈沖寬度，距離分辨力與子脈沖寬度成正比，壓縮比等于碼長?？s比等于碼長。 機(jī)載下視機(jī)載下視PD雷達(dá)雜波示意圖雷達(dá)雜波示意圖 脈