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

第三章

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考慮地球曲率，天線和目標(biāo)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(xué)地平2.07雷達地平2.23天線雷達地平目標(biāo)雷達地平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§3.2最大作用距離及其影響因素影響因素1、技術(shù)指標(biāo)：2、目標(biāo)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(biāo)探測的最大距離。表示雷達探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)的能力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(yīng)能顯示各種物標(biāo)的距離如表物標(biāo)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(dǎo)航浮筒（0=10m2）2nmile技術(shù)指標(biāo)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(biāo)有效散射面積

技術(shù)指標(biāo)的影響：1）工作波長：①長：最大作用距離遠(yuǎn)；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，水平波束寬度小）方位分辨力、測方位精度高。2）峰值功率Pt：功率大，最大作用距離遠(yuǎn)，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(yuǎn)。技術(shù)指標(biāo)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(yuǎn)；雨雪海浪雜波干擾小。②大：最小作用距離近。7）脈沖重復(fù)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(yuǎn)；雜波干擾大。9）噪聲系數(shù)N：越小，最大作用距離越遠(yuǎn)。技術(shù)指標(biāo)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(yuǎn)。11）天線轉(zhuǎn)速n：①高：圖象完整；海浪干擾小；有利識別觀測高速目標(biāo)。②低：最大作用距離遠(yuǎn)。12）天線極化類型：①水平極化：海浪干擾小，海面目標(biāo)反射強。②垂直極化：雨雪干擾小。③圓極化：雨雪干擾很小；對稱性目標(biāo)回波減弱。目標(biāo)反射特性的影響：1）目標(biāo)視角：①水平視角；②垂直視角。視角隨船和目標(biāo)相對位置改變而變化。視角不同，回波不同。2）目標(biāo)形狀和表面結(jié)構(gòu)：①平板：決定于表面狀況及視角大小。②球形：很差目標(biāo)，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(biāo)。目標(biāo)反射特性的影響：3）目標(biāo)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(biāo)特性有關(guān)。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(biāo)反射特性的影響：4）目標(biāo)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(biāo)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14Hlq=(1)鏡面到達物標(biāo)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(2)波浪海面干擾海雜波干擾的特點：近強遠(yuǎn)弱。上風(fēng)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(guān)，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(guān)?！?.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(biāo)的最近距離。雷達探測近距離目標(biāo)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(guān)恢復(fù)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rmin1rmin2targetrangeaffectedbyVBWZeropowerlineHalfpowerline…………v二、影響因素1、技術(shù)指標(biāo)：2、天線高度：3、目標(biāo)反射特性：三、性能標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)航浮筒，不動除量程外的任何控鈕開關(guān)，應(yīng)在50米到1nmile清楚顯示?！?.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(biāo)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(biāo)影像向屏邊緣延伸C/21）當(dāng)兩個目標(biāo)相距大于C/2，能分辨2）當(dāng)兩個目標(biāo)相距小于等于C/2，不能分辨2、量程：近量程比遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，能分開顯示的最小間距不大于50m?！?.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(biāo)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(biāo)θH光點角尺寸θH§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(biāo)影像向左右各延伸H

/21）當(dāng)兩個點狀目標(biāo)方位差（夾角）大于H，能分辨2）當(dāng)兩個點狀目標(biāo)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(biāo)距離：間距一定的兩個目標(biāo)，離本船越近，越易分辨距離本船D距離波束寬度所對應(yīng)的弧長d2HD/360

HD/57.3

目標(biāo)間距dd，能分辨；目標(biāo)間距dd，不能分辨三、性能標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，分開顯示的最小間隔不大于2.5§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(biāo)和活標(biāo)不準(zhǔn)確：3、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4、光點尺寸：越大越差5、天線高度：越高越差6、目標(biāo)回波閃爍：

本船和目標(biāo)搖擺，目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)要求固標(biāo)圈和活標(biāo)圈測量，誤差不能超過所用量程的1.5%或70m二者之大者ABCA’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’§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(biāo)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(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）：7、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8、光點尺寸；視差；羅經(jīng)航向誤差：二、性能標(biāo)準(zhǔn)要求測量位于屏邊緣的目標(biāo)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§3.9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(biāo)也會被接收到，但方位不準(zhǔn)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?？偸谴嬖凇ｊ懙厣系恼趽跷锘蚱渌暗恼趽鹾臀?。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2.間接反射回波AAA`假回波真回波固定距標(biāo)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(biāo)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、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3.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(biāo)(a)天線水平