第30講 電磁波探測——雷達

1、2022-3-15CRIRP12022-3-15CRIRP2雷達雷達(radar): Radio Detection And Ranging。l電波遇到物體產生反射l根據從物體反射回波獲得被測物體的有關信息l電波垂直入射近理想金屬表面時所產生的反射最強烈2022-3-15CRIRP32022-3-15CRIRP4l發(fā)射機發(fā)射機l發(fā)射天線發(fā)射天線l接收天線接收天線l接收機接收機l顯示、記錄設備顯示、記錄設備l天線控制系統(tǒng)天線控制系統(tǒng) 2022-3-15CRIRP5n傳統(tǒng)：探測目標的距離、方位、速度等尺度傳統(tǒng)：探測目標的距離、方位、速度等尺度信息。信息。n現(xiàn)代：傳統(tǒng)現(xiàn)代：傳統(tǒng)+ +目標識別目標識別

2、計算機技術、信號處理技術、電子計算機技術、信號處理技術、電子技術、通信技術等相關技術的發(fā)展。技術、通信技術等相關技術的發(fā)展。2022-3-15CRIRP6天饋子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)射頻收發(fā)子系統(tǒng)信號處理子系統(tǒng)中央處理子系統(tǒng)顯示子系統(tǒng)現(xiàn)代雷達系統(tǒng)組成現(xiàn)代雷達系統(tǒng)組成2022-3-15CRIRP7雷達探測原理雷達探測原理l雷達目標位置測量雷達目標位置測量l目標速度與其它參數的測量目標速度與其它參數的測量 目標距離測量目標距離測量目標方位角和俯仰角的測量目標方位角和俯仰角的測量目標高度的測量目標高度的測量 目標徑向速度測量目標徑向速度測量目標識別目標識別2022-3-15CRIRP82022-3-15CR

3、IRP9目標位置探測目標位置探測l電磁波在自由空間是以光速傳播電磁波在自由空間是以光速傳播l雷達與目標之間的距離為雷達與目標之間的距離為sl發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間間隔發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間間隔tl則目標距雷達的距離為則目標距雷達的距離為: tcs21傳統(tǒng)的雷達傳統(tǒng)的雷達采用同步掃描顯示方式采用同步掃描顯示方式現(xiàn)代雷達現(xiàn)代雷達采用采用DSP將所測距離直接顯示或記錄下來。將所測距離直接顯示或記錄下來。2022-3-15CRIRP10目標位置探測目標位置探測u從原理上講，利用天線波束尖端的最強方向指向目從原理上講，利用天線波束尖端的最強方向指向目標從而測定目標的方位是準確的。標從而測定目

4、標的方位是準確的。u由天線方向圖可知由天線方向圖可知, 波束最強的方向附近波束最強的方向附近, 對方向性對方向性是很不敏感的是很不敏感的, 帶來較大誤差帶來較大誤差,這種方法適合搜索雷達這種方法適合搜索雷達而不適合跟蹤雷達。而不適合跟蹤雷達。u單脈沖技術是解決測向精度的有效方法。單脈沖技術是解決測向精度的有效方法。2022-3-15CRIRP11目標位置探測目標位置探測sinRH 修正hRhHsin22Rh修正2022-3-15CRIRP12振蕩源發(fā)射電波以不變的光速振蕩源發(fā)射電波以不變的光速c傳播傳播l目標相對雷達運動時目標相對雷達運動時, 接收頻率接收頻率f與雷達振蕩頻率與雷達振蕩頻率f0

5、差為差為l接收者相對振蕩源不動接收者相對振蕩源不動, 則接收頻率與發(fā)射頻率相等則接收頻率與發(fā)射頻率相等l振蕩源與接收者之間有振蕩源與接收者之間有相對接近相對接近運動運動, 則接收頻率則接收頻率大于大于發(fā)射頻率發(fā)射頻率l振蕩源與接收者之間有振蕩源與接收者之間有相對遠離相對遠離運動運動, 則接收頻率則接收頻率小于小于發(fā)射頻率發(fā)射頻率cvffffrd2002022-3-15CRIRP13電磁散射理論電磁散射理論模式識別理論模式識別理論數字信號處理數字信號處理合成孔徑技術合成孔徑技術等等2022-3-15CRIRP14回波中有限頻率的幅度響應數據與目回波中有限頻率的幅度響應數據與目標的特征極點有一一對

6、應關系。標的特征極點有一一對應關系。2022-3-15CRIRP15min24max)4(LSAGPRrtt)/()4(324maxNSfLkTGGPRertt2022-3-15CRIRP16天線：卡塞格倫天線天線：卡塞格倫天線饋源：矩形多模喇叭饋源：矩形多模喇叭當天線對準目標時：接收電磁場只有主模當天線對準目標時：接收電磁場只有主模TETE1010模模當天線偏離目標時當天線偏離目標時, , 除主模外還會產生高次模除主模外還會產生高次模, , 其其中中TETE2020模會隨著天線角度的變化而變化。模會隨著天線角度的變化而變化。 2022-3-15CRIRP17 TE10TE20嗽叭口面目標在喇

7、叭中心線右面時，喇叭右側的能量較大而左側較小,這時等效為主模TE10和高次模TE20按圖中相位關系疊加（加）。當目標在喇叭中心線左面時, 等效為主模TE10和高次模TE20按圖中相位關系疊加（減）。 2022-3-15CRIRP18設法從喇叭饋源中取出設法從喇叭饋源中取出TE20模模, 它的它的幅度隨目標偏幅度隨目標偏離天線軸而增加離天線軸而增加, , 相位取決于偏離方向而相差相位取決于偏離方向而相差180180, , 從而為單脈沖接收機提供了方向性。從而為單脈沖接收機提供了方向性。檢測到的檢測到的角度誤差信號角度誤差信號去控制驅動機構使天線轉動去控制驅動機構使天線轉動, 改變其方位和俯仰改變

8、其方位和俯仰, 當誤差為零時天線瞄準目標當誤差為零時天線瞄準目標, 從從而實現(xiàn)自動跟蹤的目的。而實現(xiàn)自動跟蹤的目的。2022-3-15CRIRP192022-3-15CRIRP20l便于實現(xiàn)共形相控陣天線所必須的幅度、相位補償。便于實現(xiàn)共形相控陣天線所必須的幅度、相位補償。l減小了高頻傳輸損耗，可獲得更大射頻功率，有利減小了高頻傳輸損耗，可獲得更大射頻功率，有利于提高雷達性能。于提高雷達性能。l降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了陣面降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了陣面結構設計，縮小了體積，減輕了重量。結構設計，縮小了體積，減輕了重量。l有利于提高雷達工作可靠性、有效性和改善系統(tǒng)的有利于提高雷達工作可靠性、有效性和改善系統(tǒng)的響應速度。響應速度。l有利于實現(xiàn)數字波束形成和多個接收波束的自適應有利于實現(xiàn)數字波束形成和多個接收波束的自適應控制?？刂?。2022-3-15CRIRP21合成孔徑雷達合成孔徑雷達不聚焦型不聚焦型聚焦型聚焦型l合成孔徑雷達（合成孔徑雷達（SAR）l逆合成孔徑雷達逆合成孔徑雷達(ISAR) 2022-3-15CRIRP22l高分辨合成孔徑雷達技術高分