雷達(dá)原理復(fù)習(xí)

1、雷達(dá)原理復(fù)習(xí)第一章 緒論1、雷達(dá)的任務(wù) : 測量目標(biāo)的距離、方位、仰角、速度、形狀、表面粗糙度、介 電特性。 雷達(dá)是利用目標(biāo)對電磁波的反射現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置。當(dāng)目標(biāo)尺寸小于雷達(dá)分辨單元時，則可將其視為“點(diǎn)”目標(biāo)，可對目標(biāo)的距離 和空間位置角度定位。目標(biāo)不是一個點(diǎn)，可視為由多個散射點(diǎn)組成的，從而獲得目 標(biāo)的尺寸和形狀。采用不同的極化可以測定目標(biāo)的對稱性。,任一目標(biāo)P所在的位置在球坐標(biāo)系中可用三個目標(biāo)確定：目標(biāo)斜距R,方位 角，仰角,在圓柱坐標(biāo)系中表示為：水平距離D,方位角，高度H目標(biāo)斜距的測量 ：測距的精度和分辨力力與發(fā)射信號的帶寬有關(guān),脈沖越窄, 性能越好。 目標(biāo)角位置的測量 ： 天線

2、尺寸增加,波束變窄,測角精度和角分辨力會 提高。 相對速度的測量 ： 觀測時間越長,速度測量精度越高。目標(biāo)尺寸和形狀 ： 比較目標(biāo)對不同極化波的散射場,就可以提供目標(biāo)形狀不對 稱性的量度。 2 、雷達(dá)的基本組成 ：發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、信號處理機(jī)、終端設(shè) 備3、雷達(dá)的工作頻率：220MHZ-35GHZ L波段代表以22cm為中心，1-2GHZ;S波 段代表10cm 2-4GHZ;C波段代表5cm 4-8GHZ;X波段代表3cm, 8-12GHZ;Ku代表 2.2cm, 12-18GHZ;Ka代表 8mrp 18-27GHZ第二章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)1、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的認(rèn)為是為雷達(dá)系統(tǒng)提供一種滿足特定要求的

3、大功率發(fā)射信 號，經(jīng)過饋線和收發(fā)開關(guān)并由天線輻射到空間。雷達(dá)發(fā)射機(jī)可分為脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī) : 單級振蕩發(fā)射機(jī)、主振放大式發(fā)射機(jī) ;連續(xù)波發(fā)射機(jī)。 2 、單級振蕩式發(fā)射機(jī)組成 : 大功率射頻振蕩器、脈沖調(diào)制器、電源觸發(fā)脈沖脈沖調(diào)制器 大功率射頻振蕩器 收發(fā)開關(guān)電源 高壓電源 接收機(jī) 主要優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡單，比較輕便，效率較高，成本低 ; 缺點(diǎn): 頻率穩(wěn)定性差，難以產(chǎn)生復(fù)雜的波形，脈沖信號之間的相位不相等3、主振放大式發(fā)射機(jī) : 射頻放大鏈、脈沖調(diào)制器、固態(tài)頻率源、高壓電源。射 頻放大鏈?zhǔn)前l(fā)射機(jī)的核心，主要有前級放大器、中間射頻功率放大器、輸出射頻功 率放大器射頻輸入 前級放大器 中間射頻放大器 輸出

4、射級放大器 射頻輸出固態(tài)頻率源 脈沖調(diào)制器 脈沖調(diào)制器高壓電源 高壓電源 電源 脈沖調(diào)制器 : 軟性開關(guān)調(diào)制器、剛性開關(guān)調(diào)制器、浮 動板調(diào)制器4、現(xiàn)代雷達(dá)對發(fā)射機(jī)的主要要求 :發(fā)射全相參信號 ; 具有很高的頻域穩(wěn)定度 ;能 夠產(chǎn)生復(fù)雜信號波形 ; 適用于寬帶的頻率捷變雷達(dá) ;全固態(tài)有源相控陣發(fā)射機(jī)5、發(fā)射機(jī)的主要性能指標(biāo) :, 工作頻率和瞬時帶寬 : 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的頻率是按照雷達(dá)的用途確定的。瞬時帶 寬是指輸出功率變化小于 1bB 的工作頻帶寬度。, 輸出功率 : 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的輸出功率直接影響雷達(dá)的威力范圍以及抗干擾的能 力。雷達(dá)發(fā)PPPavtt 射機(jī)的輸出功率可分為峰值功率和平均功率。是指脈沖

5、期間射頻振蕩 的平均Pav功率；是指脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出功率的平均值。fPPvtav =, 信號形式與脈沖波形 : 按調(diào)制方式可將信號分為規(guī)則波形與隨機(jī)信號 ; 理想矩 形脈沖的主要參數(shù)是脈沖幅度和脈沖寬度，實(shí)際的信號都具有上升邊和下降邊，還有頂 部波動和頂部傾斜。, 信號的穩(wěn)定度和頻譜純度 : 信號的穩(wěn)定性是指信號的各項(xiàng)參數(shù)，即信號的振 幅、頻率、脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率是否隨時間變化的程度。不穩(wěn)定量可以分為確定的不由電源的波紋、脈沖調(diào)制波形的頂部波形和外界有規(guī)律的機(jī)械振動產(chǎn)生; 隨機(jī)的不穩(wěn)定量: 由發(fā)射管的噪聲、調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏，用統(tǒng)計的方法分析。對于離散型 的寄生輸出，信號的頻譜純度為該

6、離散分量的單邊帶功率與信號功率之比 ; 對于寄生型 輸出，信號的頻譜純度定義為以偏離載頻若干赫茲的傅里葉頻率上每單位的單邊帶功率 與信號功率之比。, 發(fā)射機(jī)的效率 : 發(fā)射機(jī)的效率通常指發(fā)射機(jī)輸出射頻功率與輸入供電或發(fā)電 機(jī)的輸入功率之比。6、固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī) : 固態(tài)發(fā)射機(jī)由多個功率放大器組件直接合成，或者在空間合成得到需要的輸出功率固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類 : 集中合成式全固態(tài)發(fā)射機(jī) ; 分布式空間合成相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射 機(jī) 優(yōu)點(diǎn): 不需要陰極加熱，壽命長 ; 具有很高的可靠性 ;體積小、重量輕 ; 工作頻帶 寬、效率高 ; 系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)用靈活 ;維護(hù)方便成本較低。微波單片集成收發(fā)組件的優(yōu)點(diǎn) : 成本低

7、; 高可靠性 ;電路的一致性好、成品率高 ; 尺寸小、重量輕。第三章 雷達(dá)接收機(jī)1、雷達(dá)接收機(jī)的主要功能是 : 對雷達(dá)天線接收到的微弱信號進(jìn)行預(yù)選、放大、 變頻、濾波、解調(diào)、數(shù)字化處理，同時抑制外部的干擾、雜波以及機(jī)內(nèi)噪聲，使回 波信號盡可能多的保持目標(biāo)信息，以便進(jìn)一步進(jìn)行信號處理和數(shù)據(jù)處理。一般來 說，雷達(dá)探測的飛機(jī)、船只、地面車輛和人員反射回來的回波是有用信號 ; 地面、 海面、云雨、鳥群等反射的回波為雜波 ; 干擾是指各種有源干擾和無源干擾。雷達(dá)接收機(jī)主要由微波電路、模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)字信號處理組成。 雷 達(dá)系統(tǒng)一般采用超外差接收機(jī) :接收機(jī)前端 : 包括接收機(jī)保護(hù)器 ; 射頻放大器

8、 ; 射頻濾波器，抑制進(jìn)入接收機(jī)的 干擾，置于放大器前，對雷達(dá)接收機(jī)的抗干擾和抗過載能力有好處，但是增加了接 收機(jī)的噪聲，置于放大器之后，對接收機(jī)的靈敏度和噪聲系數(shù)有好處，但是抗干擾 能力和抗過載能力變差 ; 混頻器2、雷達(dá)接收機(jī)的基本組成 : 接收機(jī)前端、中頻接收機(jī)、頻率源。 接收機(jī)前端一般采用二次變頻，因?yàn)閷τ诰哂幸欢ㄉ漕l帶寬的雷達(dá)接收機(jī)，一 次變頻的鏡像頻率一般會落在信號頻率帶寬之內(nèi)，只有通過提高中頻頻率才能使鏡 像頻率落在信號頻帶范圍外。鏡像頻率的信號和噪聲是不需要的，會使接收機(jī)的噪 聲系數(shù)變高，必須通過射頻濾波器濾掉?；蛘咧苯硬捎苗R像抑制混頻器。中頻接收機(jī) : 為具有對數(shù)放大和“零中

9、頻”的中頻接收機(jī)，包括匹配濾波器頻率源:具有一定頻域穩(wěn)定度的本機(jī)振蕩器 ;相干振蕩器 ;自動頻率控制。頻率合成器是全相參頻率源的核心部分，可以用直接合成和間接合成的方法實(shí)現(xiàn)。3、雷達(dá)接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo) :, 靈敏度和噪聲系數(shù) : 靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號的能力。噪聲系數(shù) F 的 定義是 :接收機(jī)輸入端的信號噪聲功率比與輸出端的信號噪聲功率比的比值，其表達(dá)式為:SiNiF=SONO接收機(jī)靈敏度與噪聲系數(shù)的關(guān)系為 :SkTBFM,ionmin, 接收機(jī)的工作頻帶寬度和濾波特性 : 接收機(jī)的工作頻帶寬度表示接收機(jī)的瞬 時工作頻率范圍。接收機(jī)的工作頻帶較寬時，必須選擇較高的中頻，以減少混頻器輸出

10、的 寄生響應(yīng)對接收機(jī)性能的影響。接收機(jī)的濾波特性主要取決于中頻頻率的選擇和中頻部 分的頻率特性。如果中頻濾波特性的帶寬大于回波信號的帶寬，則過多的噪聲進(jìn)入接收 機(jī)，反之，信號的能量將會損失，使得接收機(jī)輸出的信噪比減小, 動態(tài)范圍和增益 : 動態(tài)范圍表示接收機(jī)工作時允許的輸入信號強(qiáng)度的變化范 圍。所允許的最小輸入信號強(qiáng)度通常取最小可檢測信號，而所允許的最大的輸入信號強(qiáng)度 則根據(jù)正常工作的要求定。當(dāng)輸入的信號過大時，接收機(jī)將發(fā)生過載飽和，從而使較小 的目標(biāo)回波顯著減小。接收機(jī)的增益表示對回波信號的放大能力，通常表示為輸出信號 功率與輸入信號功率之比。, 頻率源的頻率穩(wěn)定性和頻譜純度 : 短期頻率穩(wěn)

11、定度通常用單邊帶相位噪聲功 率密度來表示。頻譜純度主要是頻率源的雜波抑制度和諧波抑制度。, 幅度和相位的穩(wěn)定性, 正交鑒相器的正交度 : 模擬正交鑒相器和數(shù)字正交鑒相器。正交鑒相器的正 交度表示鑒相器保持信號幅度和信號信息的準(zhǔn)確程度。模擬正交鑒相器指相干振蕩器的頻 率與中頻信號的中心頻率相等，使其差頻為零 ; 可以處理較寬的基帶信號，難以實(shí)現(xiàn) I 、 Q通道良好的幅度平衡和相位正交 ;數(shù)字鑒相器的工作原理是直接用 A/D 變換器對中 頻信號，然后進(jìn)行 I/Q 分離。全數(shù)字化處理，可以實(shí)現(xiàn)很高的 I/Q 幅度平衡和相位正 交，工作穩(wěn)定性好。, A/D 變化器的技術(shù)參數(shù), 抗干擾能力, 頻率源和發(fā)

12、射激勵性能 : 從頻域角度，主要檢測波形和發(fā)射激勵信號的頻譜 特性; 從時域角度信號的質(zhì)量主要是調(diào)制信號的前沿、后沿和頂部起伏，以及調(diào)制載波的 頻率和相位特性。4、接收機(jī)的噪聲系數(shù)和靈敏度接收機(jī)的噪聲來源主要分為兩種 : 內(nèi)部噪聲，主要由接收機(jī)中的饋電、放電保 護(hù)器、高頻放大器或混頻器產(chǎn)生，在時間上是連續(xù)的，相位和幅度是隨機(jī)的 ; 外部 噪聲是 由雷達(dá)天線進(jìn)入接收機(jī)的各種人為干擾、天電干擾、工業(yè)干擾、宇宙干擾 和天線熱噪聲。 電阻熱噪聲 : 是由于導(dǎo)體中自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動形成的。電阻 產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值為2ukTRB,4nn額定噪聲功率 : 當(dāng)負(fù)載阻抗與噪聲源內(nèi)阻抗匹配時，噪聲源輸出

13、最大的噪聲功率NkTRB,on天線噪聲 : 包括天線的熱噪聲和宇宙噪聲，前者是由天線周圍介質(zhì)微粒的熱運(yùn) 動產(chǎn)生的噪聲，后者是由太陽以及銀河系產(chǎn)生的噪聲，這種起伏噪聲被天線吸收后 進(jìn)入接收機(jī)就呈現(xiàn)為天線的熱起伏噪聲2ukTRB,4AAnnA, 天線噪聲溫度取決于天線方向圖中各輻射源的噪聲溫度，他與波瓣仰角和工 作頻率 f 有關(guān)。 噪聲帶寬 : 把不均勻的噪聲功率譜等效為在一定頻帶內(nèi)是均勻的功 率譜，這個頻帶為等效噪聲功率譜帶寬。,2Hfdf(),0B,n2Hf()05、噪聲系數(shù)和噪聲溫度 : 噪聲系數(shù)的定義是接收機(jī)的輸入信號噪聲功率比與輸 出信號噪聲功率比的比值。它表示由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響，

14、使接收機(jī)輸出端額 信噪比其輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。N0F,NGia噪聲系數(shù)只適用于接收機(jī)的線性電路和準(zhǔn)線性電路 ; 為保證噪聲系數(shù)具有單值 確定性，規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻在室溫290K時產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn)；噪聲系數(shù)是沒有單位的數(shù)值用分貝表示 ; 噪聲系數(shù)的概念與定義可以推廣到任何無源或有 源的四段網(wǎng)咯。Te等效噪聲溫度把接收機(jī)內(nèi)部噪聲看成理想接收機(jī)的天線電阻在溫度時所產(chǎn)生的TFT,(1)e0F,1F,132FF, ， 1GGG112 級聯(lián)電路的噪聲系數(shù) :TT32TT, ， e1GGG112接收機(jī)的靈敏度 : 表示接收機(jī)接收微弱信號的能力。第四章 雷達(dá)終端1、雷達(dá)終端的基本內(nèi)容 : 目標(biāo)

15、數(shù)據(jù)的錄取、數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)狀態(tài)的現(xiàn)實(shí)。任務(wù) 是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，測定目標(biāo)的位置坐標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)回波的特點(diǎn)及其變化關(guān)系來判斷目標(biāo) 的性質(zhì)。 2 、雷達(dá)坐標(biāo)系 :直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)。一維顯示、二維顯示。采用的顯示 器件: 陰極射線管、平板顯示器。掃描方式 :直線掃描、徑向掃描、圓周掃描，隨機(jī) 掃描方式、光柵掃描 一次顯示顯示目標(biāo)的距離、方位、仰角、高度、位置為模擬 顯示，二次顯示顯示目標(biāo)的高度、速度、航線，以數(shù)字顯示為主。主要類型 : 距離顯示器、平面顯示器、高度顯示器、情況顯示器、綜合顯示器 距離顯示器 : 一維顯示，用屏幕上的光點(diǎn)距參考面的水平偏移量表示目標(biāo)的斜距， 光點(diǎn)的垂直距離表示目標(biāo)回波的強(qiáng)度。A型

16、顯示器采用直線掃描方式；A/R型顯示器采用雙蹤直線掃描方式 ;J 型顯示器采用圓周顯示器，主波與回波沿順時針方向掃略弧 線的長度對應(yīng)目標(biāo)的斜距。, 平面顯示器 : 用屏幕上的光點(diǎn)的位置表示目標(biāo)的坐標(biāo)位置，光點(diǎn)的量度表示 目標(biāo)回波的強(qiáng)度。 PPI 顯示器。, 高度顯示器 :E 型顯示器。雷達(dá)顯示器的質(zhì)量指標(biāo) :顯示器的類型 ;顯示的目標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)量、種類和量程 ; 對坐標(biāo)的分辨力 ;顯示器的量度和對比度 ; 圖像的重復(fù)頻率 ; 顯示圖像的失真和誤差 其他指標(biāo) : 體積、重量、工作溫度。距離顯示器 :A 型顯示器 :畫面上有發(fā)射脈沖，近區(qū)地物回波，目標(biāo)回波。組成 掃面電路的形成，視頻放大，距標(biāo)、距離

17、刻度的形成A/R 顯示器: 發(fā)射脈沖、近區(qū)地物回波、兩個目標(biāo)回波第五章 雷達(dá)作用距離PGtt 雷達(dá)方程 : 設(shè)雷達(dá)發(fā)射功率為，雷達(dá)天線的增益為，則在自由空間工作 時，距離雷達(dá)天線 R 的目標(biāo)處的功率密度為假設(shè)目標(biāo)可以將接受到的功率無損失的輻射出來，則可得到二次輻射功率 : 又假設(shè) P2 均勻輻射，則在接受天線處收到的回波功率為 如果雷達(dá)接收天線的有效截面積為 Ar ，則在雷達(dá)接收處接受到的回波功率為Pr，而天線增益和有效面積之間有以下關(guān)系 :單基地脈沖雷達(dá)通常是收發(fā)公用天線 雷達(dá)方程雖然給出了作用距離和各參數(shù)之間的定量關(guān)系，但是未考慮到設(shè)備的 實(shí)際損耗和環(huán)境因素，而且方程中有兩個不可能預(yù)測的量: 目標(biāo)有效發(fā)射面積、最 小可檢測信號。 目標(biāo)的雷達(dá)截面積 : 定義為目標(biāo)處每單位入射功率密度在接收機(jī)每 單位立體角內(nèi)產(chǎn)生的反射, 功率乘以 4，導(dǎo)電性良好各向同性的球體，它的截面積等于該球體的幾何投影 面積，等效的意思是該球體在接收機(jī)方向每單