第三章使用性能及其影響因素1--大連海事大學(xué)選修課-雷達與雷達模擬器

1、第三章第三章雷達使用性能及其影響因素雷達使用性能及其影響因素3.1 最大探測距離及其影響因素最大探測距離及其影響因素 考慮地球曲率，天線和目標的高度及大氣的折射影考慮地球曲率，天線和目標的高度及大氣的折射影響，雷達所能觀測的最大距離響，雷達所能觀測的最大距離雷達地平和最大探測距離雷達地平和最大探測距離hh 21幾何地平幾何地平 1.93光學(xué)地平光學(xué)地平 2.07雷達地平雷達地平 2.23天線雷達地平天線雷達地平目標雷達地平目標雷達地平122.23Rhh受大氣因素的影響較大受大氣因素的影響較大1. 正常輻射正常輻射正常輻射正常輻射超折射和次折射超折射和次折射次折射次折射超折射超折射2. 超折射超

2、折射3. 次折射次折射3.2 最大作用距離及其影響因素最大作用距離及其影響因素影響因素影響因素1、技術(shù)指標：、技術(shù)指標：2、目標反射特性：、目標反射特性：3、海面反射：、海面反射：4、外界雜波干擾：、外界雜波干擾：5、大氣傳播衰減：、大氣傳播衰減：在一定的電波傳播條件下，雷達對某特定物標探在一定的電波傳播條件下，雷達對某特定物標探測的最大距離。表示雷達探測遠距離目標的能力測的最大距離。表示雷達探測遠距離目標的能力最大作用距離及其影響因素最大作用距離及其影響因素 IMO規(guī)定：規(guī)定： 正常電波傳播條件下，天線高出水面正常電波傳播條件下，天線高出水面15米，且無雜波干擾，應(yīng)米，且無雜波干擾，應(yīng)能顯示

3、各種物標的距離如表能顯示各種物標的距離如表物物 標標 回回 波波距距 離離海拔海拔60 m的岸線的岸線20 n mile海拔海拔6 m的岸線的岸線7 n mile 5000總噸的船舶總噸的船舶7 n mile 10 m長小船長小船3 n mile導(dǎo)航浮筒（導(dǎo)航浮筒（ 0=10 m2）2 n mile技術(shù)指標的影響：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：41min202max64rAtPGPRPt:天線發(fā)射的脈沖功率；天線發(fā)射的脈沖功率；GA：天線增益；：天線增益；：工作波長；：工作波長；P Prminrmin：接收機門限電壓；：接收機門限電壓；0 0：

4、物標有效散射面積：物標有效散射面積技術(shù)指標的影響： 1）工作波長）工作波長 ： 長：最大作用距離遠；雨雪、海浪雜波干擾小。長：最大作用距離遠；雨雪、海浪雜波干擾小。 短：距離分辨力高；測距精度高；（天線尺寸一定，短：距離分辨力高；測距精度高；（天線尺寸一定，水平波束寬度?。┓轿环直媪?、測方位精度高。水平波束寬度?。┓轿环直媪?、測方位精度高。 2）峰值功率）峰值功率Pt：功率大，最大作用距離遠，雜波干擾強。：功率大，最大作用距離遠，雜波干擾強。 3）脈沖寬度）脈沖寬度 ： 窄：最小作用距離近；距離分辨力、測距精度高；窄：最小作用距離近；距離分辨力、測距精度高；雜波干擾小。雜波干擾小。 寬：最大作

5、用距離遠。寬：最大作用距離遠。技術(shù)指標的影響： 4）天線增益）天線增益GA：越大對最大作用距離越有利。：越大對最大作用距離越有利。 5）天線水平波束寬度）天線水平波束寬度 ：越小，測方位精度、方位分：越小，測方位精度、方位分辨力越高；最大作用距離增加；雨雪海浪雜波干擾小。辨力越高；最大作用距離增加；雨雪海浪雜波干擾小。 6）天線垂直波束寬度）天線垂直波束寬度 ： ?。鹤畲笞饔镁嚯x遠；雨雪海浪雜波干擾小。小：最大作用距離遠；雨雪海浪雜波干擾小。 大：最小作用距離近。大：最小作用距離近。 7）脈沖重復(fù)頻率）脈沖重復(fù)頻率F：高，增加最大作用距離，但受顯：高，增加最大作用距離，但受顯示器最大量程限制。

6、示器最大量程限制。 8）最小可辯功率）最小可辯功率Prmin：小，最大作用距離遠；雜波：小，最大作用距離遠；雜波干擾大。干擾大。 9）噪聲系數(shù)）噪聲系數(shù)N：越小，最大作用距離越遠。：越小，最大作用距離越遠。技術(shù)指標的影響： 10）通頻帶寬度）通頻帶寬度 f0.707： 寬：距離分辨力、測距精度高；圖象清晰。寬：距離分辨力、測距精度高；圖象清晰。 窄：最大作用距離遠。窄：最大作用距離遠。 11）天線轉(zhuǎn)速）天線轉(zhuǎn)速n： 高：圖象完整；海浪干擾??；有利識別觀測高速高：圖象完整；海浪干擾小；有利識別觀測高速目標。目標。 低：最大作用距離遠。低：最大作用距離遠。 12）天線極化類型：）天線極化類型： 水

7、平極化：海浪干擾小，海面目標反射強。水平極化：海浪干擾小，海面目標反射強。 垂直極化：雨雪干擾小。垂直極化：雨雪干擾小。 圓極化：雨雪干擾很小；對稱性目標回波減弱。圓極化：雨雪干擾很小；對稱性目標回波減弱。目標反射特性的影響： 1）目標視角：）目標視角： 水平視角；水平視角； 垂直視角。垂直視角。 視角隨船和目標相對位置改變而變化。視角不同，視角隨船和目標相對位置改變而變化。視角不同，回波不同?；夭ú煌?2）目標形狀和表面結(jié)構(gòu)：）目標形狀和表面結(jié)構(gòu)： 平板：決定于表面狀況及視角大小。平板：決定于表面狀況及視角大小。 球形：很差目標，表面粗造稍好。球形：很差目標，表面粗造稍好。 圓柱：具體回波

8、要看大小和視角。圓柱：具體回波要看大小和視角。 圓錐：很差目標。圓錐：很差目標。目標反射特性的影響： 3）目標尺寸：面積大，）目標尺寸：面積大，回波強?；夭◤?。 寬度：寬度： a.小于水平波束寬小于水平波束寬度，回波強度隨寬度，回波強度隨寬度成正比。度成正比。 b.大于水平波束寬大于水平波束寬度，回波強度與各度，回波強度與各段目標特性有關(guān)。段目標特性有關(guān)。 高度：越高回波越高度：越高回波越強，但要看坡度，高強，但要看坡度，高山不一定有強回波。山不一定有強回波。 深度：雷達不能深度：雷達不能“感覺感覺”深度。深度。側(cè)視圖側(cè)視圖俯視圖俯視圖目標反射特性的影響： 4）目標材料：反射能力取決于基本電特

9、性。金屬好，海水較好，木、冰差。 5）目標有效散射面積（雷達橫截面積）：表示對入射波的散射能力。大好。有效散射面積與波長有關(guān)。海面反射的影響海面反射的影響14H q q (1) 鏡面鏡面 到達物標有直射波和海面反射波，兩者互相作用造成雷達到達物標有直射波和海面反射波，兩者互相作用造成雷達波束在垂直方向上的分裂現(xiàn)象?；夭▽r隱時現(xiàn)。波束在垂直方向上的分裂現(xiàn)象。回波將時隱時現(xiàn)。 最低波瓣仰角最低波瓣仰角 與波長成正比，與波長成正比，X波段比波段比S波段好。波段好。14Hq海面反射的影響海面反射的影響 (2) 波浪海面干擾波浪海面干擾海雜波干擾的特點：海雜波干擾的特點： 近強遠弱。近強遠弱。 上風(fēng)側(cè)

10、強，下內(nèi)側(cè)弱。上風(fēng)側(cè)強，下內(nèi)側(cè)弱。 最大作用距離達最大作用距離達10 nm. 海雜波干擾受下列因素影響：海雜波干擾受下列因素影響：1.海浪的強度海浪的強度2.天線的高度天線的高度3.發(fā)射功率與波長發(fā)射功率與波長大氣衰減的影響大氣衰減的影響衰減：雷達波在大氣中傳播時受到氣體分子衰減：雷達波在大氣中傳播時受到氣體分子（主要是氧氣和水蒸氣）的吸收及散射而產(chǎn)生。（主要是氧氣和水蒸氣）的吸收及散射而產(chǎn)生。水滴衰減的特點：水滴衰減的特點：1.與工作頻率有關(guān)，衰減量基本隨波長減小而增與工作頻率有關(guān)，衰減量基本隨波長減小而增大。大。 S波段強于波段強于X波段。波段。2.雨中衰減量隨降雨量和密度增大而增大。雨中

11、衰減量隨降雨量和密度增大而增大。3.云霧中衰減量與水粒的密度成正比。大霧對雷云霧中衰減量與水粒的密度成正比。大霧對雷達回波有影響。能見度為達回波有影響。能見度為30米的大霧比中雨引米的大霧比中雨引起的衰減還大。起的衰減還大。4.與天線波束寬度及脈沖寬度有關(guān)。與天線波束寬度及脈沖寬度有關(guān)。3.3最小作用距離及其影響因素最小作用距離及其影響因素一、最小作用距離：一、最小作用距離：雷達熒光屏上顯示目標的最近距離。雷達熒光屏上顯示目標的最近距離。雷達探測近距離目標的能力雷達探測近距離目標的能力最小作用距離：最小作用距離：取以下二者大者取以下二者大者1、雷達脈沖寬度、雷達脈沖寬度 及收發(fā)開關(guān)恢復(fù)時間及收

12、發(fā)開關(guān)恢復(fù)時間tr：rmin1 = ( + t r )C22、雷達天線垂直波束照射角度、雷達天線垂直波束照射角度q qv：rmin2 = h1 ctgq qv23.3最小作用距離及其影響因素最小作用距離及其影響因素rmin1rmin2target range affected by VBWZero power lineHalf power lineq qv二、影響因素二、影響因素1、技術(shù)指標：、技術(shù)指標： 2、天線高度：、天線高度： 3、目標反射特性：、目標反射特性：三、性能標準要求三、性能標準要求天線高天線高15 m，對于，對于5 000總噸的船舶、總噸的船舶、10 m長的小船長的小船及有效

13、散射面積及有效散射面積10 m2的導(dǎo)航浮筒，不動除量程外的的導(dǎo)航浮筒，不動除量程外的任何控鈕開關(guān)，應(yīng)在任何控鈕開關(guān)，應(yīng)在50米到米到1 n mile清楚顯示。清楚顯示。3.43.4距離分辨力及其影響因素距離分辨力及其影響因素同一方位不同距離上兩個相鄰的目標在雷達同一方位不同距離上兩個相鄰的目標在雷達熒光屏上顯示為兩個影像的最小距離差熒光屏上顯示為兩個影像的最小距離差 rmin一、距離分辨力：一、距離分辨力： rmin = C2( + ) + 2RD1 fDdC電波傳播速度電波傳播速度 發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度d 光點直徑光點直徑 f接收機通頻帶接收機通頻帶D 屏幕直徑屏幕直徑RD 所用量程所用

14、量程帶寬失真帶寬失真距離分瓣率距離分瓣率熒光屏邊緣熒光屏邊緣 AB3.4 3.4 距離分辨力及其影響因素距離分辨力及其影響因素二、影響因素二、影響因素1、脈沖寬度、脈沖寬度 ：主要因素，脈沖寬度越小，分辨力越高主要因素，脈沖寬度越小，分辨力越高 它使目標影像向屏邊緣延伸它使目標影像向屏邊緣延伸 C /2 1）當(dāng)兩個目標相距）當(dāng)兩個目標相距大于大于 C /2，能分辨，能分辨 2）當(dāng)兩個目標相距）當(dāng)兩個目標相距小于等于小于等于 C /2，不能分辨，不能分辨2、量程、量程：近量程比遠量程分辨力高近量程比遠量程分辨力高3、光點尺寸：、光點尺寸：聚焦越好，光點尺寸越小，分辨力越高聚焦越好，光點尺寸越小，

15、分辨力越高4、接收機通頻帶：、接收機通頻帶：越大分辨力越高越大分辨力越高5、脈沖波形：、脈沖波形：波形越陡直，分辨力越高波形越陡直，分辨力越高三、性能標準要求三、性能標準要求在在2 n mile或更小量程的或更小量程的50%至至100%的距離范圍的距離范圍內(nèi)觀測兩個同方位的相鄰小目標，能分開顯示的內(nèi)觀測兩個同方位的相鄰小目標，能分開顯示的最小間距不大于最小間距不大于50 m。3.53.5方位分辨力及其影響因素方位分辨力及其影響因素一、方位分辨力：一、方位分辨力：同一距離不同方位上兩個相鄰的目標在雷達熒同一距離不同方位上兩個相鄰的目標在雷達熒光屏上顯示為兩個影像的最小方位差光屏上顯示為兩個影像的

16、最小方位差 min min = q qH + d 相同方位而距離不同的兩物標相同方位而距離不同的兩物標H H光點角尺光點角尺寸寸H H3.53.5方位分辨力及其影響因素方位分辨力及其影響因素二、影響因素二、影響因素1、水平波束寬度、水平波束寬度q qH ：主要因素，主要因素， q qH越小，分辨力越高越小，分辨力越高 它使目標影像向左右各延伸它使目標影像向左右各延伸 q qH /2 1）當(dāng)兩個點狀目標方位差（夾角）當(dāng)兩個點狀目標方位差（夾角）大于大于q qH，能分辨，能分辨 2）當(dāng)兩個點狀目標方位差（夾角）當(dāng)兩個點狀目標方位差（夾角）小于等于小于等于 q qH，不能分辨，不能分辨2、光點角尺寸

17、、光點角尺寸：光點張角越小，分辨力越高光點張角越小，分辨力越高3、目標距離：、目標距離：間距一定的兩個目標，離本船越近，越易分辨間距一定的兩個目標，離本船越近，越易分辨 距離本船距離本船D距離波束寬度所對應(yīng)的弧長距離波束寬度所對應(yīng)的弧長 d 2 q q H D/360 q q H D/57.3 目標間距目標間距d d，能分辨；目標間距，能分辨；目標間距d d，不能分辨，不能分辨三、性能標準要求三、性能標準要求在在1.5 或或 2 n mile量程的量程的50%至至100%的距離范圍內(nèi)觀的距離范圍內(nèi)觀測兩個等距離的相鄰小目標，分開顯示的最小間隔測兩個等距離的相鄰小目標，分開顯示的最小間隔不大于不

18、大于2.5 3.63.6測距精度及其影響因素測距精度及其影響因素一、影響因素一、影響因素1、同步誤差、同步誤差 ：掃描開始與天線發(fā)射時刻不一致掃描開始與天線發(fā)射時刻不一致2、固標和活標不準確：、固標和活標不準確：3、掃描鋸齒波的非線性：、掃描鋸齒波的非線性：熒光屏上同樣距離對應(yīng)的時間不同熒光屏上同樣距離對應(yīng)的時間不同4、光點尺寸：、光點尺寸：越大越差越大越差5、天線高度：、天線高度：越高越差越高越差6、目標回波閃爍：、目標回波閃爍： 本船和目標搖擺，目標反射中心不穩(wěn)，回波閃爍本船和目標搖擺，目標反射中心不穩(wěn)，回波閃爍7、雷達波傳播速度：、雷達波傳播速度：變化變化二、性能標準要求二、性能標準要求

19、固標圈和活標圈測量，誤差不能超過所用量程的固標圈和活標圈測量，誤差不能超過所用量程的1.5%或或70 m二者之大者二者之大者ABCA島嶼島嶼島嶼島嶼島嶼島嶼掃描線掃描線掃描掃描方向方向O掃描原點掃描原點(本船本船)CRT邊緣邊緣實際距離實際距離探測距離探測距離本船本船(a) 側(cè)視圖側(cè)視圖(b ) 俯視圖俯視圖(c) 雷達圖像雷達圖像本船本船外形輪廓外形輪廓ACC3.73.7測方位精度及其影響因素測方位精度及其影響因素一、影響因素一、影響因素1、水平波束寬度和波束形狀不對稱：、水平波束寬度和波束形狀不對稱：2、方位同步系統(tǒng)角數(shù)據(jù)傳遞誤差：、方位同步系統(tǒng)角數(shù)據(jù)傳遞誤差：掃描線與天線旋轉(zhuǎn)不同步掃描線

20、與天線旋轉(zhuǎn)不同步3、船首標志線的寬度和精度：、船首標志線的寬度和精度：4、波束主瓣軸線方向偏離：、波束主瓣軸線方向偏離：5、方位測量設(shè)備的誤差：、方位測量設(shè)備的誤差：6、掃描起始點與熒光屏幾何中心不一致（機械式）：、掃描起始點與熒光屏幾何中心不一致（機械式）：7、船舶搖擺傾斜導(dǎo)致的誤差：、船舶搖擺傾斜導(dǎo)致的誤差：首尾正橫方向最小，象限方向最大首尾正橫方向最小，象限方向最大8、光點尺寸；視差；羅經(jīng)航向誤差：、光點尺寸；視差；羅經(jīng)航向誤差：二、性能標準要求二、性能標準要求測量位于屏邊緣的目標回波，誤差不能超過測量位于屏邊緣的目標回波，誤差不能超過1 ；船首線誤差不能超過船首線誤差不能超過1 ；船首

21、線寬度不大于；船首線寬度不大于0.5 3.9 陰影扇區(qū)及真假回波陰影扇區(qū)及真假回波由于繞射，雷達波束的彎曲陰影區(qū)由于繞射，雷達波束的彎曲陰影區(qū)的強反射物標也會被接收到，但方的強反射物標也會被接收到，但方位不準確。在陰影區(qū)中的小木船容位不準確。在陰影區(qū)中的小木船容易丟失。易丟失。1. 陰影區(qū)陰影區(qū) 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 本船上的高大建筑物的遮擋?？偸谴嬖?。本船上的高大建筑物的遮擋?？偸谴嬖?。陸地上的遮擋物或其它船舶的遮擋和吸收。隨船舶運動變化。陸地上的遮擋物或其它船舶的遮擋和吸收。隨船舶運動變化。 因雷達波束被阻擋，而無法探測，在熒光屏上形成的無回波的扇形暗區(qū)，稱之為影響陰影區(qū)大小的因素：影響陰

22、影區(qū)大小的因素： 阻擋物與天線的間距阻擋物與天線的間距 阻擋物的大小阻擋物的大小 阻擋物與天線的相對高度阻擋物與天線的相對高度2. 間接反射回波間接反射回波AAA假回波假回波真回波真回波固定距標圈固定距標圈A假回波假回波AA(a)煙囪的反射煙囪的反射(b) 其它反射其它反射間接回波間接回波真回波真回波原因：船岸高大建筑物二次反射造成的原因：船岸高大建筑物二次反射造成的 。回波的特點回波的特點:出現(xiàn)在陰影扇形內(nèi)。出現(xiàn)在陰影扇形內(nèi)。距離：距離：a.船上障礙物反射：與真回波基本相等；船上障礙物反射：與真回波基本相等； b.船外障礙物反射：障礙物與目標和與天線距離之和。船外障礙物反射：障礙物與目標和與天線距離之和。與真回波比較形狀明顯畸變且移動不正常，比真回波弱。與真回波比較形狀明顯畸變且移動不