雷達(dá)方程原理

1、-4 PtGAe4簡(jiǎn)單形式的雷達(dá)方程:Rmax = 2 (2.1) Rmax 。(4二)Smin(1 ) 接收機(jī)噪聲除系統(tǒng)熱噪聲引起的噪聲功率之外，接收機(jī)會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲輸出，要引入噪聲系數(shù)Fn = Nout = Sin / Nin ,噪聲系數(shù)也反映了信號(hào)通過(guò)接收機(jī)時(shí)的信噪比衰減情況。 kT°BGa Sout / N out重新整理雷達(dá)方程:Rmax 4 =2PtGE(2.8) Rmax''(4二)kTcBF n(S/ N )minSNR min可用于進(jìn)行理想自由空間中的目標(biāo)探測(cè)，分析目標(biāo)的雷達(dá)截面積對(duì)目標(biāo)探測(cè)產(chǎn)生的影響。(2)雷達(dá)脈沖積累多脈沖積累用于提高信噪比，改

2、善雷達(dá)的檢測(cè)能力，降低虛警漏警概率。n個(gè)相同信噪比的脈沖進(jìn)行理想情況下的積累后，總信噪比為單個(gè)脈沖信噪比的n倍。但實(shí)際情況下，第二檢波器會(huì)引入效率損耗，使信號(hào)能量變?yōu)樵肼暷芰?，積累效率Ei(n)=- n(S/ N)n將脈沖積累的信噪比代入原雷達(dá)方程得到：Rmax 4 = ( 2.33),也可(4 二)kT°BFn(S/N)n以由積累效率和單個(gè)脈沖信噪比表示為：Rmax 4 =P：GA eCFnE i (n)(2.34)。(4二)kT0BF n(S/N)1(3) RCS起伏觀測(cè)復(fù)雜目標(biāo)(如飛機(jī))時(shí)，小的觀察角變化將引起雷達(dá)到目標(biāo)散射中心的距離和時(shí)間發(fā)生 變化，從而引起各回波信號(hào)的相對(duì)相

3、位發(fā)生變化，導(dǎo)致 RCS起伏。1 / n_引入起伏損耗Lf，用(S/N)1Lf代替(S/N"當(dāng)ne個(gè)獨(dú)立米樣積累時(shí)，Lf(ne) = (Lf) e此時(shí)的雷達(dá)方程為:Rmax 4=2叩5(31/n (2.45)。(4 二)kT°BFn(S/N)1(Lf) e(4) 發(fā)射機(jī)功率雷達(dá)的平均發(fā)射機(jī)功率Pav更能反映雷達(dá)的性能，可以用它代替峰值功率Pt。將Pav = PE p代入雷達(dá)方程得到：Rmax 4 =2 PavGAeEEi(n)(2.51)，一般情況下，可將 BT(4二)kT°(B -)Fn(S/N)1 fp設(shè)計(jì)為1。(5) 其它情況需要考慮的因素包括：系統(tǒng)損耗、地

4、雜波、最高精度等。另外，針對(duì)不同目標(biāo)(點(diǎn)目標(biāo)或分布目標(biāo)等）設(shè)計(jì)的雷達(dá)，可改造其雷達(dá)方程，分析一些重要的參數(shù)。二. MTI （動(dòng)目標(biāo)顯示）與 MTD （動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)）在雜波環(huán)境下檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)最有效的方法，是利用雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移。（1）MTI技術(shù)當(dāng)雷達(dá)距運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離為 R時(shí)，波長(zhǎng)舄的個(gè)數(shù)為2R/兀，信號(hào)往返傳播路徑的總相位變化為42"史=MR®由迎=竺匹=地=2嘰得到多普勒頻移fdO dt dt MTI濾波器用于濾除雜波干擾，即對(duì)消器，是 MTI的核心。由于固定目標(biāo)回波的多普勒頻率為0,慢速運(yùn)動(dòng)的雜波中所含的多普勒頻移也集中在零頻率附近，所以它們的回波經(jīng)過(guò)

5、相位檢波后，輸出信號(hào)的相位不隨時(shí)間變化或變化緩慢，所以將同一距離單元在相鄰的重復(fù)周期內(nèi)的相檢輸出做減法運(yùn)算，固定目標(biāo)的回波將被完全對(duì)消， 慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的雜波也會(huì)得到很大衰減。增加對(duì)消次數(shù)也可以增強(qiáng)濾波能力。常用MTI濾波器：一次對(duì)消器、二次對(duì)消器。（2）MTD技術(shù)MTD是相對(duì)于傳統(tǒng) MTI技術(shù)的一種改進(jìn)，主要表現(xiàn)在：1.改善濾波器的頻率特性，是濾波器更接近區(qū)最佳線性濾波，提高改善因子；2.可以檢測(cè)強(qiáng)地雜波中的低速目標(biāo)；3.可以抑制氣象引起的慢速運(yùn)動(dòng)雜波。MTD的核心是線性數(shù)字 MTI加窄帶多普勒濾波器組。線性 MTI具有大動(dòng)態(tài)范圍，窄帶多 普勒濾波器組具有信號(hào)匹配濾波特性。三. 雷達(dá)天線（1）

6、雷達(dá)天線的主要功能通過(guò)天線，電磁場(chǎng)在空間和傳輸線之間傳播轉(zhuǎn)換，攜帶信息。天線增益G度量了目標(biāo)方向上集中輻射的能量。有效孔徑 Ae度量了從目標(biāo)導(dǎo)雷達(dá)的后向散射聚集的回波能量。同時(shí)，天線測(cè)量回波信號(hào)的到達(dá)角度， 提供目標(biāo)的方位俯仰信息。 天線通過(guò)空間濾波， 讓來(lái)自非主 波方向的不需要的信號(hào)無(wú)法進(jìn)入， 通過(guò)頻域?yàn)V波可以濾除不需要的信號(hào)。 另外，可以通過(guò)雷 達(dá)天線確定多次觀察目標(biāo)之間的時(shí)間間隔。對(duì)于特定的雷達(dá)系統(tǒng)， 可通過(guò)雷達(dá)天線外觀來(lái)直觀地展示雷達(dá)特性，相對(duì)而言雷達(dá)分析統(tǒng)機(jī)柜并不能直觀顯示雷達(dá)的各項(xiàng)性能。（2）天線參數(shù)大線增益Gd :用來(lái)度量雷達(dá)大線在特定方向上集中發(fā)射能量的能力。分別有方向性增益

7、Gd和功率增益G 。Gd =,輻射強(qiáng)度指在某特定方向上單位立體角內(nèi)輻射的功率，表示為平均輻射強(qiáng)度p（，e）。G =4兀（單位立體角輻射的最大功率）/天線收到的凈功率=PGd , 0<P<1 ,稱為天線效率。功率增益考慮了在天線中的消耗性的損耗，其他方面與方向性增益考量的類似。波瓣圖：即大線輻射方向圖，反映了天線的波束寬度、副班電平、差波束寬度等指標(biāo)。有效孔徑 A :度量天線對(duì)入射波呈現(xiàn)的有效面積，G =登罷。e2九極化：指電場(chǎng)的指向，多為線極化，水平或垂直極化。（3） 反射面天線f/D比：焦距f與孔徑直徑 D之比。大的比值表示反射面淺， 容易支撐和機(jī)械定位， 饋源離反射面遠(yuǎn)，需要初

8、級(jí)方向圖窄且饋源大?？ㄈ麄惛裉炀€：雙反射面大線，常用于單脈沖跟蹤雷達(dá)。 饋源在或靠近拋物面頂點(diǎn)，不需要到位于拋物面正常焦點(diǎn)饋源的長(zhǎng)傳輸線。產(chǎn)生方位俯仰和差的硬件設(shè)備可以安放在反射器后面，可以減少反射器前面的孔徑遮擋。（4） 相控陣天線機(jī)電（械）掃描掃描速度慢，且可靠性差，相比之下電子掃描通過(guò)快速控制移相器的相位， 從而讓天線的等相位面改變，實(shí)現(xiàn)快速高效的天線掃描。相鄰線陣單元之間的相位差 岫=2jr（d /離）sin e ,來(lái)自各個(gè)單元的所有電壓和為 Ea可用e來(lái)表示。相控陣天線可發(fā)射大功率，同時(shí)進(jìn)行搜索和跟蹤，通過(guò)控制其相位分布可以改變波 屬形狀。缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高昂。分類：線陣和面陣，

9、有源陣和無(wú)源陣，強(qiáng)饋陣和空饋陣，共形陣和稀疏陣。四. 成像技術(shù)（1）雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別目標(biāo)識(shí)別要提取的信息為目標(biāo)基本特征、類型、種類等，包括：1.將目標(biāo)回波從復(fù)雜環(huán)境中分離出來(lái)，并從回波中提取能識(shí)別目標(biāo)的特征。2.用某種判決方法來(lái)判定提取出的特征信號(hào)屬于哪類或哪種目標(biāo)。對(duì)于動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，可利用 MTI技術(shù)將目標(biāo)從雜波中分離出來(lái)。對(duì)于固定目標(biāo)，可使用固定 目標(biāo)顯示（STI）等技術(shù)。（2） 雷達(dá)成像理論上說(shuō)，高距離分辨力雷達(dá)可分辨出一個(gè)目標(biāo)中的不同散射中心，給出目標(biāo)的徑向剖面圖，即一維像。但是由于微小姿態(tài)角的變化將引起目標(biāo)各散射中心的變化，從而造成相對(duì)相位的改變，嚴(yán)重影響分辨單元內(nèi)的總的散射截面積。所以利用高距離分辨剖面圖進(jìn)行一維成像是不實(shí)際的。一般情況下，一維成像方法為將目標(biāo)簡(jiǎn)化為幾大類進(jìn)行識(shí)別，即感知分類法。目標(biāo)的二維像（橫向距離和徑向距離）是通過(guò)成像雷達(dá)來(lái)獲得。成像雷達(dá)包括合成孔徑雷達(dá) 和逆合成孔徑雷達(dá)。原理：合成孔徑雷達(dá)：用一個(gè)大線作為單個(gè)輻射單元， 將此單元沿一直線不斷移動(dòng)， 在不同位置上 接收同一地物的回波信號(hào)并進(jìn)行相關(guān)解調(diào)壓縮處