第三章使用性能及其影響因素1大連海事大學選修課雷達與雷達模擬器教材課件

第三章

雷達使用性能及其影響因素第三章

雷達使用性能及其影響因素1§3.1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響，雷達所能觀測的最大距離雷達地平和最大探測距離hh21幾何地平1.93光學地平2.07雷達地平2.23天線雷達地平目標雷達地平§3.1最大探測距離及其影響因素考慮地球曲率，天線和目標2受大氣因素的影響較大1.正常輻射正常輻射超折射和次折射次折射超折射2.超折射3.次折射受大氣因素的影響較大1.正常輻射正常輻射超折射和次折射次折3§3.2最大作用距離及其影響因素影響因素1、技術指標：2、目標反射特性：3、海面反射：4、外界雜波干擾：5、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測的最大距離。表示雷達探測遠距離目標的能力§3.2最大作用距離及其影響因素影響因素1、技術指標：在4最大作用距離及其影響因素IMO規(guī)定：正常電波傳播條件下，天線高出水面15米，且無雜波干擾，應能顯示各種物標的距離如表物標回波距離海拔60m的岸線20nmile海拔6m的岸線7nmile5000總噸的船舶7nmile10m長小船3nmile導航浮筒（0=10m2）2nmile最大作用距離及其影響因素IMO規(guī)定：物標回波距5技術指標的影響：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：Pt:天線發(fā)射的脈沖功率；GA：天線增益；λ：工作波長；Prmin：接收機門限電壓；σ0：物標有效散射面積

技術指標的影響：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：Pt6技術指標的影響：1）工作波長：①長：最大作用距離遠；雨雪、海浪雜波干擾小。②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。2）峰值功率Pt：功率大，最大作用距離遠，雜波干擾強。3）脈沖寬度：①窄：最小作用距離近；距離分辨力、測距精度高；雜波干擾小。②寬：最大作用距離遠。技術指標的影響：1）工作波長：7技術指標的影響：4）天線增益GA：越大對最大作用距離越有利。5）天線水平波束寬度：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。6）天線垂直波束寬度：①?。鹤畲笞饔镁嚯x遠；雨雪海浪雜波干擾小。②大：最小作用距離近。7）脈沖重復頻率F：高，增加最大作用距離，但受顯示器最大量程限制。8）最小可辯功率Prmin：小，最大作用距離遠；雜波干擾大。9）噪聲系數(shù)N：越小，最大作用距離越遠。技術指標的影響：4）天線增益GA：越大對最大作用距離越有利。8技術指標的影響：10）通頻帶寬度f0.707：①寬：距離分辨力、測距精度高；圖象清晰。②窄：最大作用距離遠。11）天線轉(zhuǎn)速n：①高：圖象完整；海浪干擾??；有利識別觀測高速目標。②低：最大作用距離遠。12）天線極化類型：①水平極化：海浪干擾小，海面目標反射強。②垂直極化：雨雪干擾小。③圓極化：雨雪干擾很??；對稱性目標回波減弱。技術指標的影響：10）通頻帶寬度f0.707：9目標反射特性的影響：1）目標視角：①水平視角；②垂直視角。視角隨船和目標相對位置改變而變化。視角不同，回波不同。2）目標形狀和表面結(jié)構：①平板：決定于表面狀況及視角大小。②球形：很差目標，表面粗造稍好。③圓柱：具體回波要看大小和視角。④圓錐：很差目標。目標反射特性的影響：1）目標視角：10目標反射特性的影響：3）目標尺寸：面積大，回波強。①寬度：a.小于水平波束寬度，回波強度隨寬度成正比。b.大于水平波束寬度，回波強度與各段目標特性有關。②高度：越高回波越強，但要看坡度，高山不一定有強回波。③深度：雷達不能“感覺”深度。側(cè)視圖俯視圖目標反射特性的影響：3）目標尺寸：面積大，回波強。側(cè)視圖俯視11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。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性。12海面反射的影響14Hlq=(1)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波束在垂直方向上的分裂現(xiàn)象?；夭▽r隱時現(xiàn)。

最低波瓣仰角與波長成正比，X波段比S波段好。海面反射的影響14Hlq=(1)鏡面13海面反射的影響(2)波浪海面干擾海雜波干擾的特點：近強遠弱。上風側(cè)強，下內(nèi)側(cè)弱。最大作用距離達10nm.海雜波干擾受下列因素影響：海浪的強度天線的高度發(fā)射功率與波長海面反射的影響(2)波浪海面干擾14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（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：與工作頻率有關，衰減量基本隨波長減小而增大。S波段強于X波段。雨中衰減量隨降雨量和密度增大而增大。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30米的大霧比中雨引起的衰減還大。與天線波束寬度及脈沖寬度有關。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（主要是15§3.3最小作用距離及其影響因素一、最小作用距離：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最小作用距離：取以下二者大者1、雷達脈沖寬度及收發(fā)開關恢復時間tr：rmin1=(

+tr)C22、雷達天線垂直波束照射角度v：rmin2=h1ctgv2§3.3最小作用距離及其影響因素一、最小作用距離：雷達熒光屏16§3.3最小作用距離及其影響因素rmin1rmin2targetrangeaffectedbyVBWZeropowerlineHalfpowerline…………v二、影響因素1、技術指標：2、天線高度：3、目標反射特性：三、性能標準要求天線高15m，對于5000總噸的船舶、10m長的小船及有效散射面積10m2的導航浮筒，不動除量程外的任何控鈕開關，應在50米到1nmile清楚顯示?！?.3最小作用距離及其影響因素rmin1rmin2targ17§3.4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熒光屏上顯示為兩個影像的最小距離差rmin一、距離分辨力：rmin=C2(

+)+2RD1fDdC——電波傳播速度——發(fā)射脈沖寬度d——光點直徑f——接收機通頻帶D——屏幕直徑RD——所用量程帶寬失真距離分瓣率熒光屏邊緣AB§3.4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18§3.4距離分辨力及其影響因素二、影響因素1、脈沖寬度：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C/21）當兩個目標相距大于C/2，能分辨2）當兩個目標相距小于等于C/2，不能分辨2、量程：近量程比遠量程分辨力高3、光點尺寸：聚焦越好，光點尺寸越小，分辨力越高4、接收機通頻帶：越大分辨力越高5、脈沖波形：波形越陡直，分辨力越高三、性能標準要求在2nmile或更小量程的50%至100%的距離范圍內(nèi)觀測兩個同方位的相鄰小目標，能分開顯示的最小間距不大于50m?！?.4距離分辨力及其影響因素二、影響因素1、脈沖寬度19§3.5方位分辨力及其影響因素一、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光屏上顯示為兩個影像的最小方位差minmin=H+d相同方位而距離不同的兩物標θH光點角尺寸θH§3.5方位分辨力及其影響因素一、方位分辨力：同一距離不同方20§3.5方位分辨力及其影響因素二、影響因素1、水平波束寬度H：主要因素，H越小，分辨力越高它使目標影像向左右各延伸H

/21）當兩個點狀目標方位差（夾角）大于H，能分辨2）當兩個點狀目標方位差（夾角）小于等于H，不能分辨2、光點角尺寸：光點張角越小，分辨力越高3、目標距離：間距一定的兩個目標，離本船越近，越易分辨距離本船D距離波束寬度所對應的弧長d2HD/360

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目標間距dd，能分辨；目標間距dd，不能分辨三、性能標準要求在1.5或2nmile量程的50%至100%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不大于2.5§3.5方位分辨力及其影響因素二、影響因素1、水平波束寬度21§3.6測距精度及其影響因素一、影響因素1、同步誤差：掃描開始與天線發(fā)射時刻不一致2、固標和活標不準確：3、掃描鋸齒波的非線性：熒光屏上同樣距離對應的時間不同4、光點尺寸：越大越差5、天線高度：越高越差6、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7、雷達波傳播速度：變化二、性能標準要求固標圈和活標圈測量，誤差不能超過所用量程的1.5%或70m二者之大者§3.6測距精度及其影響因素一、影響因素1、同步誤差：掃描22ABCA’島嶼島嶼島嶼掃描線掃描方向O掃描原點(本船)CRT邊緣實際距離探測距離本船(a)側(cè)視圖(b)俯視圖(c)雷達圖像本船外形輪廓ACC’ABCA’島嶼島嶼島嶼掃描線掃描方向O掃描原點(本船)CRT23§3.7測方位精度及其影響因素一、影響因素1、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：掃描線與天線旋轉(zhuǎn)不同步3、船首標志線的寬度和精度：4、波束主瓣軸線方向偏離：5、方位測量設備的誤差：6、掃描起始點與熒光屏幾何中心不一致（機械式）：7、船舶搖擺傾斜導致的誤差：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：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1；船首線誤差不能超過1；船首線寬度不大于0.5§3.7測方位精度及其影響因素一、影響因素1、水平波束寬度和24§3.9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)的強反射物標也會被接收到，但方位不準確。在陰影區(qū)中的小木船容易丟失。1.陰影區(qū)

產(chǎn)生原因：?íì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。

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：阻擋物與天線的間距阻擋物的大小阻擋物與天線的相對高度§3.9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)252.間接反射回波AAA`假回波真回波固定距標圈A假回波A`A(a)煙囪的反射(b)其它反射間接回波真回波原因：船岸高大建筑物二次反射造成的?；夭ǖ奶攸c:①出現(xiàn)在陰影扇形內(nèi)。②距離：a.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。③與真回波比較形狀明顯畸變且移動不正常，比真回波弱。④本船改向，仍在陰影扇形內(nèi)或消失。2.間接反射回波AAA`假回波真回波固定距標圈A假回波A262、多次反射回波

經(jīng)與本船正橫，近距離的強反射體多次往返反射形成的。

特點：

真回波外側(cè)，連續(xù)等間距，同方位，強度逐個減弱。

識別：

強反射體相距約1nm內(nèi)，正橫

減小增益抑制（a）多次反射（b）雷達圖像2、多次反射回波

經(jīng)與本船正橫，近距離的強反射體多次往273.旁瓣回波特點：①對稱分布在真回波兩側(cè)的圓弧上。②距離與真回波相等，方位不對。③強度比真回波弱的多。旁瓣波束引起的假回波較弱，可通過調(diào)整增益或STC消除。θH0.5power0.5powerABEDCPLRABCDE物標(a)天線水平波束方向性圖(b)旁瓣回波3.旁瓣回波特點：θH0.5power0.5powe284.二次掃描回波由于發(fā)射脈沖過強，遠距離物標經(jīng)很長時間在第二次掃描時返回，引起測距誤差。.T觸發(fā)脈沖發(fā)射脈沖回波鋸齒波固定距標圈二次掃描回波4.二次掃描回波由于發(fā)射脈沖過強，遠距離物標經(jīng)很長時間在29特點:(1)方位是真實(2)距離=真實距離－C×T/2.(3)改變量程使圖像變形或消失.(4)直線陡岸在屏幕上變成V字形圖像。A12.5BCDE50504344.844.8量程：12nmPRF：500μs二次掃描回波12.512.512.5特點:(2)距離=(3)改變量程使圖像變形或消失.(4)30第三章

雷達使用性能及其影響因素第三章

雷達使用性能及其影響因素31§3.1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響，雷達所能觀測的最大距離雷達地平和最大探測距離hh21幾何地平1.93光學地平2.07雷達地平2.23天線雷達地平目標雷達地平§3.1最大探測距離及其影響因素考慮地球曲率，天線和目標32受大氣因素的影響較大1.正常輻射正常輻射超折射和次折射次折射超折射2.超折射3.次折射受大氣因素的影響較大1.正常輻射正常輻射超折射和次折射次折33§3.2最大作用距離及其影響因素影響因素1、技術指標：2、目標反射特性：3、海面反射：4、外界雜波干擾：5、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測的最大距離。表示雷達探測遠距離目標的能力§3.2最大作用距離及其影響因素影響因素1、技術指標：在34最大作用距離及其影響因素IMO規(guī)定：正常電波傳播條件下，天線高出水面15米，且無雜波干擾，應能顯示各種物標的距離如表物標回波距離海拔60m的岸線20nmile海拔6m的岸線7nmile5000總噸的船舶7nmile10m長小船3nmile導航浮筒（0=10m2）2nmile最大作用距離及其影響因素IMO規(guī)定：物標回波距35技術指標的影響：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：Pt:天線發(fā)射的脈沖功率；GA：天線增益；λ：工作波長；Prmin：接收機門限電壓；σ0：物標有效散射面積

技術指標的影響：在自由空間中，雷達最大探測距離計算公式：Pt36技術指標的影響：1）工作波長：①長：最大作用距離遠；雨雪、海浪雜波干擾小。②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。2）峰值功率Pt：功率大，最大作用距離遠，雜波干擾強。3）脈沖寬度：①窄：最小作用距離近；距離分辨力、測距精度高；雜波干擾小。②寬：最大作用距離遠。技術指標的影響：1）工作波長：37技術指標的影響：4）天線增益GA：越大對最大作用距離越有利。5）天線水平波束寬度：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。6）天線垂直波束寬度：①小：最大作用距離遠；雨雪海浪雜波干擾小。②大：最小作用距離近。7）脈沖重復頻率F：高，增加最大作用距離，但受顯示器最大量程限制。8）最小可辯功率Prmin：小，最大作用距離遠；雜波干擾大。9）噪聲系數(shù)N：越小，最大作用距離越遠。技術指標的影響：4）天線增益GA：越大對最大作用距離越有利。38技術指標的影響：10）通頻帶寬度f0.707：①寬：距離分辨力、測距精度高；圖象清晰。②窄：最大作用距離遠。11）天線轉(zhuǎn)速n：①高：圖象完整；海浪干擾??；有利識別觀測高速目標。②低：最大作用距離遠。12）天線極化類型：①水平極化：海浪干擾小，海面目標反射強。②垂直極化：雨雪干擾小。③圓極化：雨雪干擾很??；對稱性目標回波減弱。技術指標的影響：10）通頻帶寬度f0.707：39目標反射特性的影響：1）目標視角：①水平視角；②垂直視角。視角隨船和目標相對位置改變而變化。視角不同，回波不同。2）目標形狀和表面結(jié)構：①平板：決定于表面狀況及視角大小。②球形：很差目標，表面粗造稍好。③圓柱：具體回波要看大小和視角。④圓錐：很差目標。目標反射特性的影響：1）目標視角：40目標反射特性的影響：3）目標尺寸：面積大，回波強。①寬度：a.小于水平波束寬度，回波強度隨寬度成正比。b.大于水平波束寬度，回波強度與各段目標特性有關。②高度：越高回波越強，但要看坡度，高山不一定有強回波。③深度：雷達不能“感覺”深度。側(cè)視圖俯視圖目標反射特性的影響：3）目標尺寸：面積大，回波強。側(cè)視圖俯視41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。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性。42海面反射的影響14Hlq=(1)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波束在垂直方向上的分裂現(xiàn)象?；夭▽r隱時現(xiàn)。

最低波瓣仰角與波長成正比，X波段比S波段好。海面反射的影響14Hlq=(1)鏡面43海面反射的影響(2)波浪海面干擾海雜波干擾的特點：近強遠弱。上風側(cè)強，下內(nèi)側(cè)弱。最大作用距離達10nm.海雜波干擾受下列因素影響：海浪的強度天線的高度發(fā)射功率與波長海面反射的影響(2)波浪海面干擾44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（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：與工作頻率有關，衰減量基本隨波長減小而增大。S波段強于X波段。雨中衰減量隨降雨量和密度增大而增大。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30米的大霧比中雨引起的衰減還大。與天線波束寬度及脈沖寬度有關。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（主要是45§3.3最小作用距離及其影響因素一、最小作用距離：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最小作用距離：取以下二者大者1、雷達脈沖寬度及收發(fā)開關恢復時間tr：rmin1=(

+tr)C22、雷達天線垂直波束照射角度v：rmin2=h1ctgv2§3.3最小作用距離及其影響因素一、最小作用距離：雷達熒光屏46§3.3最小作用距離及其影響因素rmin1rmin2targetrangeaffectedbyVBWZeropowerlineHalfpowerline…………v二、影響因素1、技術指標：2、天線高度：3、目標反射特性：三、性能標準要求天線高15m，對于5000總噸的船舶、10m長的小船及有效散射面積10m2的導航浮筒，不動除量程外的任何控鈕開關，應在50米到1nmile清楚顯示?！?.3最小作用距離及其影響因素rmin1rmin2targ47§3.4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熒光屏上顯示為兩個影像的最小距離差rmin一、距離分辨力：rmin=C2(

+)+2RD1fDdC——電波傳播速度——發(fā)射脈沖寬度d——光點直徑f——接收機通頻帶D——屏幕直徑RD——所用量程帶寬失真距離分瓣率熒光屏邊緣AB§3.4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48§3.4距離分辨力及其影響因素二、影響因素1、脈沖寬度：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C/21）當兩個目標相距大于C/2，能分辨2）當兩個目標相距小于等于C/2，不能分辨2、量程：近量程比遠量程分辨力高3、光點尺寸：聚焦越好，光點尺寸越小，分辨力越高4、接收機通頻帶：越大分辨力越高5、脈沖波形：波形越陡直，分辨力越高三、性能標準要求在2nmile或更小量程的50%至100%的距離范圍內(nèi)觀測兩個同方位的相鄰小目標，能分開顯示的最小間距不大于50m?！?.4距離分辨力及其影響因素二、影響因素1、脈沖寬度49§3.5方位分辨力及其影響因素一、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光屏上顯示為兩個影像的最小方位差minmin=H+d相同方位而距離不同的兩物標θH光點角尺寸θH§3.5方位分辨力及其影響因素一、方位分辨力：同一距離不同方50§3.5方位分辨力及其影響因素二、影響因素1、水平波束寬度H：主要因素，H越小，分辨力越高它使目標影像向左右各延伸H

/21）當兩個點狀目標方位差（夾角）大于H，能分辨2）當兩個點狀目標方位差（夾角）小于等于H，不能分辨2、光點角尺寸：光點張角越小，分辨力越高3、目標距離：間距一定的兩個目標，離本船越近，越易分辨距離本船D距離波束寬度所對應的弧長d2HD/360

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目標間距dd，能分辨；目標間距dd，不能分辨三、性能標準要求在1.5或2nmile量程的50%至100%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不大于2.5§3.5方位分辨力及其影響因素二、影響因素1、水平波束寬度51§3.6測距精度及其影響因素一、影響因素1、同步誤差：掃描開始與天線發(fā)射時刻不一致2、固標和活標不準確：3、掃描鋸齒波的非線性：熒光屏上同樣距離對應的時間不同4、光點尺寸：越大越差5、天線高度：越高越差6、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7、雷達波傳播速度：變化二、性能標準要求固標圈和活標圈測量，誤差不能超過所用量程的1.5%或70m二者之大者§3.6測距精度及其影響因素一、影響因素1、同步誤差：掃描52ABCA’島嶼島嶼島嶼掃描線掃描方向O掃描原點(本船)CRT邊緣實際距離探測距離本船(a)側(cè)視圖(b)俯視圖(c)雷達圖像本船外形輪廓ACC’ABCA’島嶼島嶼島嶼掃描線掃描方向O掃描原點(本船)CRT53§3.7測方位精度及其影響因素一、影響因素1、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：掃描線與天線旋轉(zhuǎn)不同步3、船首標志線的寬度和精度：4、波束主瓣軸線方向偏離：5、方位測量設備的誤差：6、掃描起始點與熒光屏幾何中心不一致（機械式）：7、船舶搖擺傾斜導致的誤差：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：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1；船首線誤差不能超過1；船首線寬度不大于0.5§3.7測方位精度及其影響因素一、影響因素1、水平波束寬度和54§3.9陰影扇區(qū)及真假回波