雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論概述課件

《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述RADAR(RAdioDetectionAndRanging)無線電探測與測距：用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們在空間的位置，因此雷達(dá)也稱為“無線電定位”（二維地面/海面、三維空間）。相應(yīng)地，我國的雷達(dá)分會稱為中國電子學(xué)會無線電定位技術(shù)分會(網(wǎng)址：)。雷達(dá)基本任務(wù)：發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測量其距離、角度(方位和仰角)、速度，以及從目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息(如目標(biāo)識別等)。可以概括為：探測、定位、成像、識別。9/27/20231《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述RADAR(RAdioDetecti《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》課程的講述一般基于幾個方面展開：總體方面——雷達(dá)方程：對雷達(dá)總體性能進(jìn)行估算，涉及到如下參數(shù)：硬件系統(tǒng)：收發(fā)天線增益、接收機靈敏度、中頻帶寬等軟件系統(tǒng)：信號處理方法(相參否？)、檢測方法門限等傳播通道：工作頻率、傳播特性、空間介質(zhì)特性、雜波特性等目標(biāo)特性：目標(biāo)散射區(qū)、RCS起伏模型等9/27/20232《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》課程的講述一般基于幾個方《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述雷達(dá)體制：主要有動目標(biāo)顯示MTI—MovingTargetIndicator動目標(biāo)檢測MTD—MovingTargetDetector脈沖多普勒PD—PulseDoppler合成孔徑雷達(dá)SAR—SyntheticApertureRadar逆合成孔徑雷達(dá)ISAR—InverseSyntheticApertureRadar超視距雷達(dá)OTHR—Over-The-HorizonRadar機載預(yù)警(AEW)雷達(dá)—AirborneEarlyWarningRadar硬件方面——系統(tǒng)構(gòu)成：天饋系統(tǒng)、發(fā)射機、接收機、激勵器、信號處理機、態(tài)勢顯示器等。主要介紹各分系統(tǒng)的特點、實現(xiàn)方式及主要性能指標(biāo)等。9/27/20233《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述雷達(dá)體制：主要有8/3/20233軟件方面——信號處理：雷達(dá)定位原理及實現(xiàn)：測距、測速、測角—本科《電子系統(tǒng)》、碩士《時間序列分析與譜估計》《無線電測向原理與技術(shù)》《雷達(dá)系統(tǒng)建模與仿真》雷達(dá)信號檢測：噪聲及雜波統(tǒng)計特性、匹配濾波、假設(shè)檢驗、CFAR—本科《隨機信號分析》、《雷達(dá)系統(tǒng)仿真》、碩士《信號檢測理論》雷達(dá)波形設(shè)計：模糊函數(shù)、脈沖壓縮信號—碩士《雷達(dá)信號理論與應(yīng)用》空時二維自適應(yīng)處理：時域雜波對消、空域旁瓣對消、STAP—碩士《陣列信號處理》極化信號處理：Poincare極化球、極化散射矩陣《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述9/27/20234軟件方面——信號處理：《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述8/3/20234課程安排(共36學(xué)時)：32講授/討論+4實驗袁教授：

緒論(4學(xué)時)雷達(dá)方程(6學(xué)時)接收機(4學(xué)時)

高頻地波超視距雷達(dá)(2學(xué)時)《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述9/27/20235課程安排(共36學(xué)時)：32講授/討論+4實驗《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)我講授內(nèi)容：測速——引入多普勒效應(yīng)、相參積累、正交雙通道處理、直接中頻采樣及數(shù)字正交化(4學(xué)時)

測距——脈沖雷達(dá)、FMCW雷達(dá)、調(diào)相連續(xù)波雷達(dá)→脈沖壓縮、匹配濾波、模糊函數(shù)(6學(xué)時)

雜波抑制——MTI、PD雷達(dá)、延時線對消器→STAP(4學(xué)時)測角——DBF、單脈沖法及其改進(jìn)型→空間譜估計(2學(xué)時)《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述9/27/20236我講授內(nèi)容：《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》概述8/3/20236美國IEEE–TheInstituteofElectricalandElectronicEngineers(1963)，會員30余萬地理(Region)：十個區(qū)域，300多個分會，IEEEHarbinSection已成立。專業(yè)學(xué)會(Society)：39個，涉及雷達(dá)的主要有IEEEAerospaceandElectronicSystemsSocietyIEEEAntennasandPropagationSocietyIEEEGeoscienceandRemoteSensingSocietyIEEEOceanicEngineeringSocietyIEEESignalProcessingSociety英國IET–TheInstitutionofEngineeringandTechnology(2006)，會員15余萬由英國電氣工程師學(xué)會IEE和英國企業(yè)工程師學(xué)會IIE組成。主要的學(xué)術(shù)團體、會議及期刊學(xué)術(shù)團體9/27/20237美國IEEE–TheInstituteofElec中國CIE–TheChineseInstituteofElectronics(1962)中國電子學(xué)會無線電定位技術(shù)分會(雷達(dá)分會)法國SEE–SocieteDesElectriciensEtDesElectroniciens日本IEICE–TheInstituteofElectronicsInformationandCommunicationEngineers美國SPIE–TheSocietyofPhoto-OpticalInstrumentationEngineers(1955)國際光學(xué)工程學(xué)會9/27/20238中國CIE–TheChineseInstitute學(xué)術(shù)會議ICR–InternationalConferenceonRadar國際系列雷達(dá)年會，由中、英、日、法、美依次輪流主辦，每年一屆。從2003年起澳大利亞(CSSIP：CooperativeResearchCentreforSensorSignalandInformationProcessing)替代日本。IEEERadarConference美國雷達(dá)年會，IEEEAESSociety主辦，年會IRS–InternationalRadarSymposium德國、波蘭輪流主辦，年會EUSAR–EuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar德國主辦，每兩年一屆(偶數(shù)年)，2008年第七屆APSAR–AsiaandPacificConferenceonSyntheticApertureRadar中、日、韓、澳大利亞、新加坡輪流主辦，每兩年一屆，2007/2009全國雷達(dá)學(xué)術(shù)年會（2008年第十屆、2010年第十一屆）9/27/20239學(xué)術(shù)會議ICR–InternationalConferICASSP–InternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessingIEEESPSociety主辦，年會，3000頁左右ICSP–InternationalConferenceonSignalProcessing中國電子學(xué)會主辦，每兩年一屆(偶數(shù)年)，2000頁左右NAECON–NationalAerospaceandElectronicsConferenceIEEEAESSociety主辦，每年一屆InternationalConferenceonHFRadioSystems&TechniquesIET主辦，每三年一屆InternationalConferenceonAntennasandPropagationIET主辦，每兩年一屆IEEEAntennasandPropagationInternationalSymposiumIEEEAPSociety主辦，年會IGARSS–InternationalGeoscienceandRemoteSensingSymposiumIEEEGRSSociety主辦，年會SPIEConference,Symposiumon…..SPIE召開的系列研討會，目前已累積出版數(shù)千冊O(shè)CEANS–/IEEEOESociety，每年在美國與MTS(theMarineTechnologySociety)合辦一次會議，在亞太地區(qū)(奇數(shù)年)、歐洲(偶數(shù)年)單獨舉辦一次。9/27/202310ICASSP–InternationalConfere學(xué)術(shù)期刊國際期刊IEEETransactions,Magazine,Letters:ProceedingsoftheIEEEIEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystemsIEEEAerospaceandElectronicSystemMagazineIEEETransactionsonAntennasandPropagationIEEEAntennasandPropagationMagazineIEEETransactionsonSignalProcessingIEEESignalProcessingMagazineIEEESignalProcessingLettersIEEETransactionsonInformationTheoryIEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensingIEEEJournalofOceanicEngineeringIET(IEE):IEEProceedings–Radar,SonarandNavigation(至2006年)IETRadar,SonarandNavigation(從2007年起)ElectronicsLetters9/27/202311學(xué)術(shù)期刊國際期刊8/3/202311國際期刊其他:SignalProcessingEURASIPJournalonAdvancesinSignalProcessingRadioScienceInternationalJournalofElectronicsInternationalJournalofRemoteSensing國內(nèi)期刊電子學(xué)報、ChineseJournalofElectronics中國電子學(xué)會電子與信息學(xué)報、JournalofElectronics(China)中科院電子所通信學(xué)報中國通信學(xué)會宇航學(xué)報中國宇航學(xué)會航空學(xué)報中國航空學(xué)會微波學(xué)報中國微波學(xué)會系統(tǒng)工程與電子技術(shù)、JournalofSystemEngineeringandElectronics信號處理、電波科學(xué)學(xué)報、現(xiàn)代雷達(dá)、雷達(dá)與對抗、雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)、中國雷達(dá)、電子對抗、電子對抗技術(shù)、航天電子對抗、艦船電子對抗9/27/202312國際期刊8/3/202312測速原理——多普勒效應(yīng)重點強調(diào)：相對運動9/27/202313測速原理——多普勒效應(yīng)重點強調(diào)：相對運動8/3/202313例子：當(dāng)鳴笛的火車開向站臺，站臺上的觀察者聽到的笛聲變尖，即頻率升高；相反，當(dāng)火車離開站臺，聽到的笛聲頻率降低。三要素：

波源、介質(zhì)、觀察者多普勒效應(yīng)的一般性分析表示波源相對于媒質(zhì)朝向觀察者的運動速度表示觀察者相對于媒質(zhì)朝向波源的運動速度約定9/27/202314例子：當(dāng)鳴笛的火車開向站臺，站臺上的觀察者聽到的笛聲變尖，即波源的頻率：單位時間內(nèi)波源振動的次數(shù)或發(fā)出的“完整波”的個數(shù)；觀察者接收到的頻率：觀察者在單位時間內(nèi)接收到的振動數(shù)或完整波的個數(shù)；波的頻率：媒質(zhì)質(zhì)元在單位時間內(nèi)振動的次數(shù)或單位時間內(nèi)通過媒質(zhì)質(zhì)元某點的完整波的個數(shù)。波速為

：波在介質(zhì)中單位時間內(nèi)相位傳播的速度。

相對于媒質(zhì)，波源和觀察者都不動的情況設(shè)波長是波源相對于媒質(zhì)靜止時，單位時間波在媒質(zhì)中傳播距離，則9/27/202315波源的頻率：單位時間內(nèi)波源振動的次數(shù)或發(fā)出的“完整

相對于媒質(zhì)，波源不動，觀察者以速度向著波源運動。(波長不變、等效的波速變化)此時波源頻率就是介質(zhì)中波的頻率，則9/27/202316相對于媒質(zhì)，波源不動，觀察者以速度向著波源運

相對于媒質(zhì)觀察者不動，波源以速度向著觀察者運動因為波源所發(fā)出的相鄰的兩個同相振動狀態(tài)是在不同地點發(fā)出的，這兩個地點相隔的距離為，其中為波源周期。如果波源是向著觀察者運動的，這后一地點到前方最近的同相點之間的距離是現(xiàn)在媒質(zhì)中的波長。9/27/202317相對于媒質(zhì)觀察者不動，波源以速度向著觀察者運波源運動，在媒質(zhì)中的波長：對應(yīng)波的頻率為：(波速不變，等效的波長變化)由于觀察者靜止，所以他接收到的頻率就是波的頻率：9/27/202318波源運動，在媒質(zhì)中的波長：對應(yīng)波的頻率為：(波速不變，等效的

相對于媒質(zhì)，波源和觀察者同時運動僅波源運動時，介質(zhì)中波的頻率僅觀察者運動時，觀察者所接收到的頻率9/27/202319相對于媒質(zhì)，波源和觀察者同時運動僅波源運動時，介質(zhì)中波的頻聲吶：波源產(chǎn)生——聲波、介質(zhì)——水雷達(dá)：波源產(chǎn)生——電磁波介質(zhì)——自由空間電磁波在自由空間中傳播速度為光速以下分析針對連續(xù)波雷達(dá)的不同工作情形(原理性說明)，分別推導(dǎo)多普勒頻率表達(dá)式：1、單站主動雷達(dá)(雙程)2、單站被動雷達(dá)(單程)3、雙基地雷達(dá)如將上述結(jié)論用于脈沖雷達(dá)(相當(dāng)于對CW雷達(dá)的脈沖采樣)會產(chǎn)生一些特殊的問題，以后將講述。多普勒效應(yīng)在雷達(dá)中的應(yīng)用9/27/202320聲吶：波源產(chǎn)生——聲波、介質(zhì)——水多普勒效應(yīng)在雷達(dá)中的應(yīng)用8單站主動雷達(dá)雷達(dá)分類：單站(單基地)Monostatic：接收機、發(fā)射機共址/合置雙站(雙基地)Bistatic：接收機、發(fā)射機分置主動(Active)雷達(dá)：向外輻射電磁波，并接收回波——雙程，占多數(shù)被動(Passive)雷達(dá)：僅被動接收回波——單程，廣泛用于電子偵察典型單站雙程雷達(dá)示意圖如右，情形1：假設(shè)雷達(dá)靜止，目標(biāo)相對雷達(dá)徑向速度vr1。實際上雷達(dá)探測飛機分兩個過程：1、雷達(dá)(波源)發(fā)射電磁波f0、目標(biāo)(觀察者)接收/感應(yīng)電磁波f’r；2、目標(biāo)(波源)輻射電磁波f’r、雷達(dá)(觀察者)接收回波信號fr1。9/27/202321單站主動雷達(dá)雷達(dá)分類：8/3/202321發(fā)射—感應(yīng)過程：波源(發(fā)射機)不動、觀察者(目標(biāo))運動反射—接收過程：觀察者(接收機)不動、波源(目標(biāo))運動下面兩書采用不同方法獲得相同結(jié)論：[美]杰里L(fēng).伊伏斯等編，現(xiàn)代雷達(dá)原理，電子工業(yè)出版社，1991.3B.R.Mahafzaetal,Matlabsimulationsforradarsystemsdesign,Chapman&Hall/CRC,20049/27/202322發(fā)射—感應(yīng)過程：波源(發(fā)射機)不動、觀察者(目標(biāo))運動8/3同理可得如下結(jié)論：情形2：當(dāng)目標(biāo)靜止，而雷達(dá)相對目標(biāo)存在徑向速度vr2時情形3：當(dāng)目標(biāo)、雷達(dá)存在相向運動，相對介質(zhì)的徑向速度分別為vr1，vr2時9/27/202323同理可得如下結(jié)論：8/3/202323故目標(biāo)的多普勒頻率為：式中vr為雷達(dá)與目標(biāo)相對徑向速度，f0、λ分別為雷達(dá)頻率、波長。9/27/202324故目標(biāo)的多普勒頻率為：式中vr為雷達(dá)與目標(biāo)相對徑向速度，f0

設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號，目