雷達(dá)原理讀書筆記

雷達(dá)原理（RadarPrinciples）——讀書“筆記”姓名：林中朝學(xué)號：07074033西安電子科技大學(xué)2023-11-1

一、雷達(dá)的簡介雷達(dá)基本工作原理如圖1-1，由雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能，經(jīng)收發(fā)開關(guān)后傳輸給天線，再定向輻射于大氣中，假如目的位于定向天線波束內(nèi)，截取一部分電磁能，再將這些截取能量向各方向散射，部分能量進(jìn)入到雷達(dá)接受機(jī)。接受機(jī)將散射回波信號經(jīng)信號解決送終端顯示圖1-1雷達(dá)的原理及基本組成基本雷達(dá)方程1、距離R處任一點處的雷達(dá)發(fā)射信號功率密度：,雷達(dá)發(fā)射功率。2、對于定向天線，考慮到天線增益G，表達(dá)相對于各向同性天線，則3、以目的為圓心，雷達(dá)處散射的功率密度：,σ雷達(dá)散射截面積。4、雷達(dá)天線接受面積，收到功率.5、最大測量距離：當(dāng)雷達(dá)接受功率為接受機(jī)最小檢測功率（即臨界靈敏度）時時，雷達(dá)的基本組成如圖1.2所示：1.2脈沖雷達(dá)基本組成框圖1、天線：輻射能量和接受回波（單基地脈沖雷達(dá)），（天線形狀，波束形狀，掃描方式）。2、收發(fā)開關(guān)：收發(fā)隔離。3、發(fā)射機(jī)：直接振蕩式（如磁控管振蕩器），功率放大式（如主振放大式），（穩(wěn)定，產(chǎn)生復(fù)雜波形，可相參解決）。4、接受機(jī)：超外差，高頻放大，混頻，中頻放大，檢波，視頻放大等。（接受機(jī)部分也進(jìn)行一些信號解決，如匹配濾波等），接受機(jī)中的檢波器通常是包絡(luò)檢波，對于多普勒解決則采用相位檢波器。5、信號解決：消除不需要的信號及干擾而通過或加強(qiáng)由目的產(chǎn)生的回波信號，通常在檢測判決之前完畢（MTI，多普勒濾波器組，脈沖壓縮），許多現(xiàn)代雷達(dá)也在檢測判決之后完畢。6、顯示器（終端）：原始視頻，或通過解決的信息。7、同步設(shè)備（視頻綜合器）：是雷達(dá)機(jī)的頻率和時間標(biāo)準(zhǔn)（只有功率放大式（主振放大式）才有）。二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成一、任務(wù)：產(chǎn)生大功率的特定調(diào)制的電磁振蕩即射頻信號。1、振幅調(diào)制：①CW②pulse：width，repeatfrequency頻率調(diào)制：①fixedfreq②頻率分集③freqcoded④LFM⑤頻率捷變3、相位調(diào)制：①隨機(jī)相位②相位相參③相位編碼二、分類與組成1、單級振蕩式：大功率電磁振蕩產(chǎn)生與調(diào)制同時完畢（一個器件）圖2-1單級振蕩式發(fā)射機(jī)（1）定期器提供認(rèn)為間隔的脈沖觸發(fā)信號（2）脈沖調(diào)制器：在觸發(fā)脈沖信號激勵下產(chǎn)生脈寬為τ的大功率視頻脈沖信號。（3）功率射頻振蕩器：產(chǎn)生大功率射頻信號。特點：簡樸，便宜，高效，難以產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制，頻率穩(wěn)定性差，。2、主振放大式（主控振蕩器加上射頻放大鏈）：先產(chǎn)生小功率的CW振蕩，再分多級進(jìn)行調(diào)制和放大。圖2-2主振放大式發(fā)射機(jī)（1）定期器：給三個脈沖調(diào)制器提供不同時間，不同寬度的觸發(fā)脈沖信號（2）固體微波源：是高穩(wěn)定度的CW振蕩器，在脈沖調(diào)制下形成輸出脈沖（3）中間放大器：在微波源脈沖到達(dá)后很短時間處在放大狀態(tài)，在微波脈沖結(jié)束后退出放大狀態(tài)，受脈沖控制（4）出功率放大器：產(chǎn)生大功率的脈沖射頻信號特點：調(diào)制準(zhǔn)確，可以適應(yīng)多種復(fù)雜調(diào)制，系統(tǒng)復(fù)雜，昂貴，效率低。三、雷達(dá)接受機(jī)雷達(dá)接受機(jī)的任務(wù)和基本組成任務(wù)不失真的放大所需的薄弱信號，克制不需要的其他信號（噪聲、干擾等）。超外差雷達(dá)接受機(jī)的組成優(yōu)點：靈敏度高、增益高、選擇性好、適應(yīng)性廣。圖3-1超外差式雷達(dá)接受機(jī)簡化框圖1、高頻部分：（1）T/R及保護(hù)器：發(fā)射機(jī)工作時，使接受機(jī)輸入端短路，并對大信號限幅保護(hù)。（2）低噪聲高放：提高靈敏度，減少接受機(jī)噪聲系數(shù)，熱噪聲增益。（3）Mixer，LD，AFC：保證本振頻率與發(fā)射頻率差頻為中頻，實現(xiàn)變頻。2、中頻部分及AGC：（1）匹配濾波：（2）AGC：autogaincontrol.3、視頻部分：（1）檢波：包絡(luò)檢波，同步（頻）檢波（正交兩路），相位檢波。（2）放大：線形放大，對數(shù)放大，動態(tài)范圍。雷達(dá)接受機(jī)的重要質(zhì)量指標(biāo)1、靈敏度：用最小可檢測信號功率表達(dá)，檢測靈敏度，給定虛警概率，達(dá)成指定檢測概率時的輸入端的信號功率：=|=const，=const保證下面靈敏所需接受機(jī)gain=120-160dB，＝-120～-140dbw重要由中頻完畢。2、工作頻帶寬度：指瞬時工作頻率范圍，頻率捷變雷達(dá)規(guī)定的接受機(jī)工作頻帶寬度：10-20%。3、動態(tài)范圍：表達(dá)接受機(jī)可以正常工作所允許的輸入信號強(qiáng)度的變化范圍，過載時的|，80-120dB。4、中頻的選擇與濾波特性：，中頻選擇通常選擇30M～500M，克制鏡頻.實際與發(fā)射波形特性，接受機(jī)工作帶寬有關(guān)。5、工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度：指當(dāng)環(huán)境變化時，接受機(jī)性能參數(shù)受到影響的限度，頻率穩(wěn)定度，信號解決，采用頻率穩(wěn)定度、相位穩(wěn)定度提高的本振，“穩(wěn)定本振”。6、抗干擾能力：雜波干擾（MTI，MTD）、有源干擾、假目的干擾。7、微電子化和模塊化結(jié)構(gòu)。MMIC微波單片集成電路、IMIC中頻單片集成電路、ASIC專用集成電路。四、雷達(dá)的終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)的終端顯示器一、顯示器的重要類型（完畢任務(wù)分類）1、距離顯示器：圖4.1顯示目的的斜距坐標(biāo)，用光點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的振幅來表達(dá)目的回波的大小，所以又稱為偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器。A顯：直線掃掠，掃掠線長度和雷達(dá)的距離量程相相應(yīng)，直線的起始點為雷達(dá)，回波距離點的長度表達(dá)距離，有距離刻度。A/R顯：A顯同上，R顯上A的某一段進(jìn)行放大。J顯：圓周掃掠，頂端為雷達(dá)圓弧長表達(dá)距離，讀數(shù)精度提高π倍。2、平面顯示器：圖4.2，又稱PPI(Planpositionindicator)顯，顯示斜距、方位，是二維顯示器，用亮點來顯示坐標(biāo)，屬亮度調(diào)制顯示器。P顯：圓心為雷達(dá)，徑長表達(dá)距離，頂向方位為正北，圓周角表方位，順時針方向。偏心式P顯：移動原點，使放大給定方向。以上兩種均為極坐標(biāo)。B式顯示：直角坐標(biāo)，常用微B式顯示，距離和方位只顯示一段。3、高度顯示器：RHI顯示：水平距離和高度、仰角，雷達(dá)在左下方。4.情況顯示器：一次信息：雷達(dá)二次信息：表格數(shù)據(jù)、特性符號、地圖等。5.光柵掃描雷達(dá)顯示器：數(shù)字顯示技術(shù)的應(yīng)用。既能顯示目的回波的二次信息，也能顯示各種二次信息以及背景地圖。圖4-1三種距離顯示器的畫面圖4-2平面顯示器圖像五、雷達(dá)方程抱負(fù)無損耗自由空間傳播的單基地雷達(dá)方程收發(fā)不同天線時，2.收發(fā)共天線時，雷達(dá)實際作用距離受目的后向散射截面積σ、、噪聲和其他干擾的影響，具有不擬定性，服從記錄學(xué)規(guī)律。六、多普勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用多普勒效應(yīng)雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波的情況發(fā)射信號：回波：，若目的固定、固定相位差：若目的以勻速運(yùn)動：=，，同相，反相2、窄帶信號時的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號窄帶表達(dá)：回波信號表達(dá)：目的不動時：復(fù)包絡(luò)有一固定遲延。而高頻則有一固定相位差勻速運(yùn)動：即：復(fù)包絡(luò)滯后，而高頻相位差→時間函數(shù)若為常數(shù)，引起的頻路差為：，多普勒頻率（運(yùn)動時，回波時間得嚴(yán)格推導(dǎo)）若目的運(yùn)動方向與雷達(dá)和目的連線夾角為α，目的速度為v。則徑向速度多普勒信息的提取與相比很小，提取要用差分差拍方法。即：、的差值連續(xù)波多普勒雷達(dá)相干檢波器取出相位變化信息，組成