雷達(dá)基本工作原理

雷達(dá)相關(guān)原理第一局部雷達(dá)根本工作原理1.1根本概念雷達(dá):——Radar

——

Radiodetectionandranging——

無線電探測(cè)和測(cè)距。定義：雷達(dá)是一種通過發(fā)射電磁波和接收回波，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和測(cè)定目標(biāo)信息的設(shè)備。3整理課件電磁波特性直線傳播二次輻射〔反射〕目標(biāo)4整理課件雷達(dá)目標(biāo)雷達(dá)所能發(fā)現(xiàn)的所有目標(biāo)。船舶島嶼〔陸地〕浮標(biāo)海浪雜波雨雪雜波5整理課件目標(biāo)信息相對(duì)位置〔距離和方位〕真速度真航向CPA〔ClosestPointofApproach)TCPA(DistancetoCPA)6整理課件(1)避碰距離，方位，速度，航向...測(cè)量目標(biāo)參數(shù)(2)無視線限制(1)遠(yuǎn)距離探測(cè)盡早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)三個(gè)主要用途:???????????íì(2)定位導(dǎo)航1.2海上雷達(dá)的用途7整理課件雷達(dá)/ARPA,ECDIS,GPS/DGPS和自動(dòng)舵構(gòu)成的自動(dòng)船橋系統(tǒng)是未來主要的導(dǎo)航系統(tǒng)8整理課件雷達(dá)結(jié)構(gòu)及其工作原理雷達(dá)影像失真的特點(diǎn)及其產(chǎn)生原因影響雷達(dá)正常觀測(cè)的諸要素雷達(dá)測(cè)距/測(cè)方位雷達(dá)定位與導(dǎo)航雷達(dá)航標(biāo)1.3雷達(dá)考核內(nèi)容9整理課件1.4雷達(dá)的測(cè)距與測(cè)向原理方向掃描量程:回波(at10nm)Δt＝123.5μs熒光屏邊緣本船目標(biāo)島嶼12nm目標(biāo)90°245°245EBL901802700方位標(biāo)志海圖平面雷達(dá)平面Fig.距離與方位測(cè)量掃描線固定距標(biāo)圈HL島嶼本船雷達(dá)不能“感知”目標(biāo)的背面，因此目標(biāo)的后沿是不可見的.10整理課件1.雷達(dá)測(cè)距原理

Δt:往返于天線與目標(biāo)的時(shí)間,C:電磁波在空間傳播速度3×108m/s。2.雷達(dá)測(cè)向原理借助于定向天線－掃描.1.4雷達(dá)的測(cè)距與測(cè)向原理1tCRΔ2×=11整理課件2雷達(dá)根本組成發(fā)射脈沖回波發(fā)射機(jī)接收機(jī)電源船電船首線微波傳輸線天線方位回波T/R觸發(fā)器顯示器12整理課件1.波長(zhǎng)λ

S波段10cm波長(zhǎng)2000~4000MHz7.5~15cm3050MHzX波段3cm波長(zhǎng)8000~12500MHz2.4~3.75cm9375MHz

。2.脈沖寬度τ

每次發(fā)射脈沖的射頻振蕩持續(xù)時(shí)間.0.05~0.2us3雷達(dá)相關(guān)技術(shù)參數(shù)天氣好:Xband;天氣壞(雨/雪):Sband13整理課件3.脈沖重復(fù)頻率f/脈沖重復(fù)周期Tf〔P.R.FPulseRepeatFrequency〕每相鄰兩次發(fā)射脈沖的時(shí)間間隔?！?00~4000Hz〕4.發(fā)射峰值功率Pt:在脈寬持續(xù)時(shí)間內(nèi)的功率3雷達(dá)相關(guān)技術(shù)參數(shù)5.發(fā)射平均功率Pm:在脈沖重復(fù)周期內(nèi)的功率Tpptmt=6.接收機(jī)靈敏度Prmin:表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力Prmin=kT△f·N△f接收機(jī)通頻帶

N接收機(jī)噪聲

K波爾茲曼常數(shù)

T接收機(jī)端絕對(duì)溫度14整理課件7.接收機(jī)帶寬△f

指在放大情況下，允許通過接收機(jī)的信號(hào)頻率范圍。

3雷達(dá)相關(guān)技術(shù)參數(shù)長(zhǎng)脈沖→窄范圍的頻譜△f

↑→噪聲↑→靈敏度↓→失真↓△f

↓→噪聲↓→靈敏度↑→失真↑兼顧:

遠(yuǎn)量程△f

↓→靈敏度↑近量程△f

↑→靈敏度↓ 航海雷達(dá)1～25MHz15整理課件8.天線增益定向天線最大輻射方向的功率與點(diǎn)狀天線各向均勻輻射的平均功率之比。

表示定向天線的功率集束能力。

3雷達(dá)相關(guān)技術(shù)參數(shù)???íìT=2a

4Ge--?aGeAAˉ-?aGllp9.水平波束寬度θ

H

在水平面內(nèi)的波束半功率點(diǎn)的寬度。

LHlq70=L

q

H

方位分辯率一般為1oθH半功率點(diǎn)ABBCC水平方向性圖PLR半功率點(diǎn)16整理課件10.垂直波束寬度θV表示在垂直面內(nèi)的波束半功率點(diǎn)的寬度。為防止船舶搖擺時(shí)不至喪失目標(biāo)，一般15o~30o。3雷達(dá)相關(guān)技術(shù)參數(shù)HBWVBW棒狀波束17整理課件

通過分析雷達(dá)使用性能及其影響因素，了解雷達(dá)影像失真的特點(diǎn)及其產(chǎn)生原因，是正確理解和使用雷達(dá)圖像信息的前提。4雷達(dá)使用性能及其影響因素最大探測(cè)距離最大作用距離最小作用距離距離分辨率方位分辨率18整理課件

在考慮地球曲率、天線高度、物標(biāo)高度及雷達(dá)電波傳播空間大氣折射影響時(shí)，雷達(dá)可能觀測(cè)的最大距離4.1最大探測(cè)距離)2.23(21hhR+=幾何地平1.93光學(xué)地平2.07雷達(dá)地平2.23雷達(dá)地平和最大探測(cè)距離hh天線雷達(dá)地平目標(biāo)雷達(dá)地平2119整理課件

一臺(tái)雷達(dá)在一定的電波傳播條件下，對(duì)某一特定的物標(biāo)，雷達(dá)能滿足一定發(fā)現(xiàn)概率是，所能觀測(cè)到物標(biāo)的最大距離，其影響因素包括：4.2最大作用距離雷達(dá)技術(shù)參數(shù)物標(biāo)反射性能海面反射〔工作環(huán)境〕大氣衰減20整理課件1雷達(dá)技術(shù)參數(shù)對(duì)雷達(dá)最大作用距離的影響4.2最大作用距離Pt:天線發(fā)射的脈沖功率；GA：天線增益；λ

：工作波長(zhǎng)；Prmin：接收機(jī)門限電壓；σ0：物標(biāo)有效散射面積

21整理課件2物標(biāo)反射性能對(duì)雷達(dá)最大作用距離的影響4.2最大作用距離大小尺寸物標(biāo)形狀外表結(jié)構(gòu)入射波的方向物標(biāo)質(zhì)地工作波長(zhǎng)側(cè)視圖俯視圖22整理課件3海面〔鏡面〕反射對(duì)雷達(dá)最大作用距離的影響4.2最大作用距離

到達(dá)物標(biāo)有直射波和海面反射波，兩者互相作用造成雷達(dá)波束在垂直方向上的分裂現(xiàn)象?；夭▽r(shí)隱時(shí)現(xiàn)。23整理課件4大氣衰減對(duì)雷達(dá)最大作用距離的影響4.2最大作用距離與工作頻率有關(guān)，S波段強(qiáng)于X波段大霧對(duì)雷達(dá)回波有影響與天線波束寬度及脈沖寬度有關(guān)

指雷達(dá)波在大氣層傳播過程中受到大氣吸收或散射導(dǎo)致雷達(dá)波能量的衰減，其特點(diǎn)是：24整理課件4.3最小作用距離

指雷達(dá)能在顯示器屏幕上顯示并測(cè)定物標(biāo)的最近距離，最小作用距離取決于：)(2Cmin1rtR+=t脈沖寬度τ和收發(fā)開關(guān)恢復(fù)時(shí)間tr雷達(dá)的安裝位置，吃水，垂直波束寬度min1RRmin2θH最小作用距離受垂直波束寬度影響零發(fā)射線

半功率發(fā)射線…………Rmin2=H·ctgθv25整理課件4.4距離分辨率指雷達(dá)分辨同方位的兩個(gè)相鄰物標(biāo)的能力，取決于：量程選擇脈沖寬度和回波波形屏幕大小及象素點(diǎn)接收帶寬帶寬失真距離分瓣率熒光屏邊緣AB26整理課件4.5方位分辨率

指雷達(dá)分辨距離相同方位相鄰的兩個(gè)物標(biāo)的能力，取決于：水平波束寬度熒光屏及象素點(diǎn)大小增益亮度調(diào)整方位分瓣率象素分瓣率θHθH27整理課件5雷達(dá)指標(biāo)對(duì)使用性能影響工作波長(zhǎng)λ

脈沖寬度τ脈沖重復(fù)頻率f*發(fā)射峰值功率Pt*天線波束寬度天線轉(zhuǎn)速nA天線極化型式*接收機(jī)通頻帶△f*28整理課件5.1工作波長(zhǎng)對(duì)使用性能影響正常天氣觀測(cè)較小的物標(biāo)時(shí)，3cm雷達(dá)的rmax要比10cm的大雨雪天，那么10cm雷達(dá)的rmax要比3cm雷達(dá)的大得多1對(duì)最大作用距離的影響2對(duì)距離分辨率和測(cè)距精度的關(guān)系工作波長(zhǎng)越短，脈沖前沿越短，測(cè)距精度高；脈沖前沿越短，有利于縮短脈沖寬度，提高距離分辨率3對(duì)方位分辨率和測(cè)方位精度的關(guān)系工作波長(zhǎng)越短，天線水平波束寬度越窄，方位分辨率和測(cè)方位進(jìn)度越高4抗雜波干擾能力的關(guān)系工作波長(zhǎng)越短，雨雪海浪等對(duì)雷達(dá)波德反射越強(qiáng)，干擾越大29整理課件5.2脈沖寬度對(duì)使用性能影響脈沖寬度越大，能量越大，作用距離越大1對(duì)最大作用距離的影響2對(duì)最小作用距離的關(guān)系脈沖寬度越小，rmin越小3對(duì)距離分辨率和測(cè)距精度的關(guān)系脈沖寬度越小，△rmin越小，距離分辨率越高脈沖寬度越小，雷達(dá)回波圖像外側(cè)的圖像擴(kuò)大效應(yīng)越小，圖像失真小，有利于提高測(cè)距精度4對(duì)抗雜波干擾能力的關(guān)系脈沖寬度越短，縮短照射在雨雪及海浪上的時(shí)間，干擾回波較弱30整理課件5.3天線波束寬度對(duì)使用性能影響θH越小，GA越大，rmax越大θH越小，△amin越小，方位分辨率越高θH越小，回波圖像的“角向肥大〞〔θH/2〕越小,測(cè)方位精度越高θH越小，照射到海浪、雨雪等范圍小，雜波干擾回波強(qiáng)度小1天線水平波束寬度θ

H

2天線垂直波束寬度θ

v

θv越小，G