現(xiàn)代通信與雷達原理基礎教程 課件 第8、9章 雷達測量的基本原理、現(xiàn)代雷達系統(tǒng)簡介

1第8章雷達測量的基本原理8.1雷達測距之脈沖法8.2雷達測距之調(diào)頻法8.4雷達測角8.5雷達測速主要內(nèi)容28.1、脈沖法測距常用方法脈沖法、頻率法、相位法1、脈沖法測距2、調(diào)頻法測距3、相位法測距3工作原理§8.1脈沖法測距測量目標回波滯后于主波的時間現(xiàn)代雷達常采用電子設備自動測讀回波到達的延遲時間。回波脈沖中心估計框圖回波時間定義方法：回波脈沖前沿作為到達時刻回波脈沖中心作為到達時刻選通4測距誤差的推導電波傳播速度平均值的誤差測量目標回波時延的誤差影響測距精度的因素系統(tǒng)誤差：隨機誤差：系統(tǒng)各部分固定延遲所帶來的誤差(校準補償)偶然因素造成設備誤差外界誤差電波傳播速度變化產(chǎn)生的影響：55距離分辨力光點直徑d兩個點目標回波的矩形脈沖間的間隔顯示器掃描速度距離分辨力：人工測距電子測距簡單脈沖雷達距離分辨力：脈沖壓縮雷達距離分辨力：脈沖寬度雷達信號的有效帶寬τ同一方向上兩個大小相等點目標之間最小可區(qū)分距離B=1MHz，Δrc=150m6測距范圍最小可測距離：雷達可測量的最近目標的距離(盲區(qū))最小可測距離~最大單值測距范圍收發(fā)隔離收發(fā)開關的切換時間發(fā)射射頻脈沖后沿至開關響應后沿的時間7最大單值測距范圍雷達重復頻率不能滿足單值測距要求的特殊場合出現(xiàn)測距模糊脈沖1脈沖2脈沖3脈沖4回波1回波2回波3回波4回波1回波2回波3

回波脈沖跨越重復周期數(shù)回波時延跨越脈沖重復周期時，不能直接讀取準確時延分辨所需8多種重復頻率判模糊雙重頻判距離模糊t1t2發(fā)射信號1——fr1發(fā)射信號2——fr2tr公約頻率，應保證不模糊測距或或N和a為互質(zhì)的正整數(shù)，a常取1重合后

fr①②①式為負，則用②式回波也重合9多重頻判距離模糊采用多個高脈沖重復頻率測距，給出更大的無模糊距離，兼顧避開發(fā)射脈沖遮蝕(Eclipse指采用單一脈沖重復頻率工作時，目標因回波時間延遲正好是脈沖重復周期的整數(shù)倍而無法測距)。10舍脈沖法判距離模糊P229顯然舍脈沖法判模糊時，每組脈沖數(shù)N(回波跨越的重復周期數(shù))應滿足最遠目標所對應的跨周期數(shù)測得最近時延

舍棄脈沖舍棄脈沖無回波無回波每N個脈沖舍棄一個如何選擇N？從A2后累計發(fā)射脈沖數(shù)，直到某個發(fā)射脈沖后沒有回波脈沖11用途：連續(xù)波雷達、脈沖雷達。連續(xù)波雷達：連續(xù)發(fā)射具有頻率調(diào)制的信號以測定目標的距離。脈沖雷達：發(fā)射脈沖的射頻頻率具有有規(guī)律的調(diào)制以解模糊距離?！?.2調(diào)頻法測距12調(diào)頻連續(xù)波雷達組成多目標分辨困難，常用于單一目標測距，如高度表等產(chǎn)生高頻等幅波，頻率按線性(三角波或鋸齒波)或正弦規(guī)律變化將回波信號與發(fā)射信號混頻，輸出差頻電壓共用天線的收發(fā)隔離有限，常用雙天線。13調(diào)頻法測距原理發(fā)射信號頻率ft在一定時間T內(nèi)線性增加，則回波信號fr頻率和發(fā)射信號頻率變化相同，只在時間上延遲了tR

（回波時延）。f0TtRtRf（t）tfb（t）tB：調(diào)頻帶寬T：調(diào)頻周期差拍頻率B脈沖法是14三角形波調(diào)制目標位置固定時f+f-鋸齒波時15目標運動時紅色虛線對應靜止目標fb靜止目標①②①+②②-①目標徑向速度+對應ft↑，-對應ft↓16正弦波調(diào)制周期Tm內(nèi)三角波調(diào)制需要嚴格的線性調(diào)頻；DDS可實現(xiàn)調(diào)頻線性。正弦波調(diào)頻也可解決這個困難。注：T即tr17調(diào)頻連續(xù)波雷達的特點優(yōu)點：1、能測量很近的距離，可達幾米(脈沖測距的盲區(qū)上百米)，測量精度較高；2、系統(tǒng)簡單，體積小，重量輕，常用于高度表和微波引信。3、發(fā)射峰值功率小，方便采用固態(tài)發(fā)射機。缺點：1、難以同時測量多個目標；多個目標時需要采用大量濾波器和頻率計數(shù)器，系統(tǒng)復雜。2、收發(fā)隔離是個難題。發(fā)射泄漏(環(huán)形器隔離有限)將阻塞接收機，限制了發(fā)射功率；其噪聲泄漏會直接影響接收機靈敏度?？刹捎檬瞻l(fā)天線分開提高隔離。18工作原理多頻連續(xù)波(MFCW)測距相位差大于360°測相模糊距離模糊目標反射過程中會引入附加相移測距誤差解距離模糊的主要方法相位編碼解距離模糊雙頻率相位法測距相位法測距電波在均勻介質(zhì)中傳播的直線性，雷達天線的方向性?！?.4.1概述測角的物理基礎測角的性能參數(shù)：測角的方法天線對于不同方向到達的電磁波具有不同的振幅和相位的響應利用振幅響應進行測角利用相位響應進行測角

測角范圍、測角速度、測角精度或準確度、角分辨力。相位法、振幅法8.4

雷達測角天線的方向圖一般性質(zhì)典型函數(shù)余弦函數(shù)、高斯函數(shù)、辛克函數(shù)。只描述主瓣區(qū)內(nèi)只描述主瓣θ0.5之內(nèi)主，副瓣半功率點位置1測角原理利用多個天線所接收到的回波信號間的相位差測角

測角范圍§8.4.2相位法測角實現(xiàn)方法將兩天線收到的高頻信號與同一本振差頻后在中頻上比相相位比較器可以采用相位檢波器(鑒相器)，由兩個單端檢波器組成，根據(jù)兩個信號間的相位差不同，合成電壓幅度將改變。2測角誤差與多值性問題測角誤差實際讀數(shù)測相模糊解決方法三天線法測角例：采用三天線的相位法測角設備，已知，若相位計的結(jié)構(gòu)誤差是相位計結(jié)構(gòu)誤差的兩倍，求二者的測角精度之比解：自學：習題一雷達系統(tǒng)采用三天線法測角，已知：自學：測角原理測角方法利用天線收到的回波信號幅度來做角度測量。幅度變化規(guī)律取決于天線方向圖以及天線的掃描方式。最大信號法，等信號法。§8.4.3振幅法測角最大信號法天線掃描過程中收到最強回波時，天線所在指向為目標方向。缺點：簡單；能充分利用信號能量，回波信噪比高。優(yōu)點：因為最大值附近比較平坦，最強點不宜判斷，精度差，20％θ0.5

；不能判別目標偏離波束軸的方向(誤差方向);單脈沖雷達掃過目標方向時，不一定有回波脈沖，存在量化測角誤差。單基地脈沖雷達量化測角誤差Ωa為天線轉(zhuǎn)動角速度(r/min);fr為脈沖雷達重復頻率。用途：搜索和引導雷達。等信號法利用兩個相同且部分重疊的波束。當目標位于兩波束交疊軸處時，兩波束收到回波信號相等，交疊軸方向即為目標方向。特點：因為信號軸附近方向圖斜率大，精度為波束半功率寬度的2%，比最大法提高一個數(shù)量級；可判別目標偏離信號軸的方向，便于自動跟蹤。缺點：系統(tǒng)復雜；信號偏弱，靈敏度有損失。用途：跟蹤雷達中自動測角。實現(xiàn)方法：同時波瓣法——雙波束雙系統(tǒng)順序波瓣法——單系統(tǒng)單波束雙位置切換針狀波束：水平面和垂直面波束寬度很窄。雷達波束通常以一定的方式依次照射給定空域，以進行目標探測和目標坐標測量。掃描方式：螺旋掃描，分行掃描，鋸齒掃描用途：火控同時測距離、方位、俯仰；方位、俯仰波束窄；掃描速度慢，搜索能力差。波束形式：§8.4.4天線波束的掃描方法1波束形狀和掃描方法θ0.5特點：扇形波束：水平面和垂直面波束寬度差別大。特點：方位窄、俯仰寬，或相反；掃描速度快。可測R、α，但β不可測θα0.5θβ0.5掃描方式：圓周掃描和扇掃用途：警戒波束形式：圓周掃描：地面雷達、機載雷達收發(fā)同天線扇形波束（余割平方型）特點：同高度上同一目標回波強度相同可同時測R、α、β(同一目標高度變化時)HRβ用途：搜索、警戒、地面測繪同一高度目標回波強度不變機械掃描整體運動：笨重，掃描速度低反射面運動：笨重，掃描速度高饋源變動：更輕，掃描速度更高優(yōu)點：簡單；缺點：機械運動慣性大，掃描速度不高。分類：機械掃描和電掃描2天線掃描方式電掃描相位掃描，頻率掃描，時間延遲法特點：掃描速度很高；波速控制靈活缺點：掃描角度有限制；掃描過程中波束會展寬，增益減??；系統(tǒng)復雜相位掃描:在陣列天線元采用控制移相器相移量的方法改變激勵相位，從而實現(xiàn)電掃描。頻率掃描:用傳輸線代替相掃的移相器，當頻率改變時各陣元相差改變，從而實現(xiàn)電掃描。具有插入損耗小，方法簡便的優(yōu)點。3相位掃描基本原理目標為相鄰陣元的激勵相差波程相差側(cè)射陣柵瓣問題分母不為零分母為零避免柵瓣的條件零點柵瓣常取作用：目標精確定位自動測距時間鑒別器自動測角角誤差鑒別器原理：目標偏離軸線（即出現(xiàn)誤差角ε），產(chǎn)生一個誤差電壓，其值正比于ε，極性隨偏離方向不同而改變。誤差電壓經(jīng)跟蹤系統(tǒng)變換、放大、處理后，控制天線向減小ε方向運動，使天線軸線對準目標。應用：空中交通管制、防空火控、衛(wèi)星跟蹤方法：圓錐掃描自動測角；單脈沖自動測角§8.4.5自動測角的原理和方法目標方向順序波瓣測角法：天線最大輻射方向O’B偏離旋轉(zhuǎn)軸(等信號軸)O’O，當波束以一定角速度ωs繞軸O’O旋轉(zhuǎn)時，O’B在空間畫出一個圓錐，故稱圓錐掃描。1圓錐掃描自動測角系統(tǒng)x方位y方位等信號軸A波束中心波束截面波束中心運動軌跡A目標回波信號強弱變化規(guī)律φ0/ωs2π/ωsωs垂直于等信號軸的波束截面位置變化示意圖φ0x方位y仰角等信號軸ABCD目標偏離等信號軸時，掃描過程中回波信號幅度會產(chǎn)生強弱變化。圓錐掃描時，輸出信號近似為正弦波調(diào)制的脈沖串，其調(diào)制頻率為天線的圓錐掃描頻率ωs，調(diào)制深度取決于目標偏離等信號軸方向的大小，起始相位由目標偏離等信號軸的方向來決定。DBCA實現(xiàn)思路同時波瓣測角法差即信號相位差，反相。發(fā)射信號和信號差信號利用和差比較器實現(xiàn)和差波束，同時接收目標回波信號用于發(fā)射觀察和測距用于測角2單脈沖自動測角系統(tǒng)思考自學：1842年，多普勒發(fā)現(xiàn)多普勒現(xiàn)象1930年，多普勒規(guī)律應用于電磁波范圍分析假定目標為點目標尺寸遠小于雷達分辨單元§8.5.1多普勒效應及其在雷達中的應用8.5

雷達測速多普勒效應雷達發(fā)射連續(xù)波時的多普勒效應發(fā)射信號：回波：目標固定不動時目標以勻速vr運動時目標靠近時，Vr為正，多普勒頻率為正v例.設雷達工作波長為10cm，目標徑向速度為300m/s，求回波信號的多普勒頻移。采用差拍法提取多普勒頻移如何提取fd§8.5.2多普勒信息的提取1連續(xù)波多卜勒雷達連續(xù)波發(fā)射機放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器產(chǎn)生發(fā)射信號收發(fā)信號差頻比較少量發(fā)射信號能量耦合作為基準電壓回波信號差頻比較實質(zhì)：求取回波信號和基準信號的合成電壓，檢波輸出正比于合成信號振幅。相位檢波器可用混頻器實現(xiàn)u0urudt0tuΣ固定目標勻速目標為常數(shù)回波信號矢量圍繞基準信號矢量端點以等角速度旋轉(zhuǎn)。?0??02?0?d??0﹣?d?0﹢?d?dmax?d?濾波器頻率特性信號頻譜變化圖連續(xù)波發(fā)射機放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器?0?0?0?d?0?0+?d??0-?d2脈沖工作時的

多卜勒效應連續(xù)振蕩t回波（固定）t脈沖發(fā)射t回波（運動）t相干檢波（固定）t2R0C2R0-△RC相干檢波（運動）t運動目標：UrUkU∑inτTrut0Ur1Ur2Uk△?ut0cos(ωdt﹣?0)固定目標：U∑in脈沖的包絡相當于連續(xù)波輸出的采樣；對動目標，脈沖串的包絡調(diào)制頻率為多卜勒頻率。發(fā)射脈沖信號時，相鄰重復周期運動目標回波與基準電壓間的相位差變化如下相鄰重復周期延遲時間，其變化小高頻相位變化大高頻相位差相位檢波器Ur1Ur2Uk△?U∑in輸出信號幅度變化即利用相鄰重復脈沖回波信號與基準信號之間的相位差來檢測運動目標，而不是其時延差。但這樣會發(fā)生盲速和頻閃。單個回波脈沖也有多普勒頻移，但該頻移只使相位檢波器輸出脈沖頂部產(chǎn)生畸變，要檢測該頻移需要多個脈沖。盲速從采樣上看，所有采樣都發(fā)生在正弦波的同一相位點上；從頻譜上看，即回波頻譜線與發(fā)射頻譜線重合。出現(xiàn)概率很低?？捎脜⒉钪貜皖l率(兩個重頻交替工作)克服。此時：原因：目標具有徑向速度vr，但其回波經(jīng)過相位檢波器后輸出為一串等幅脈沖，vr

為盲速。Ur2Ur1Uk△?U∑§8.5.3盲速和頻閃頻閃完全沒有多值的測量為：Ur2Ur1Uk△?U∑或速度測量有多值性現(xiàn)象：原因：脈沖工作狀態(tài)是對連續(xù)波工作的采樣，取樣后的波形和頻譜都會發(fā)生變化；當fd超過fr一半時，nfr+fd與(n+1)fr-fd的譜線排列前后位置交叉而無法區(qū)分；相當于取樣頻率必須大于兩倍多普勒頻率。比盲速要求更高；出現(xiàn)概率高；重頻高才能避免距離模糊0ffrSr(f)0frffrfrSr(f)f0(a)發(fā)射頻譜脈沖工作時的信號頻譜(d)相干檢波器輸出電壓譜(c)窄帶運動目標回波頻譜(b)相干檢波器基準電壓譜Ur1Ur22πUkωdΔ

=2πFd=0fd=frτTrFdfdtτTrfdFdtUr2Ur1Δ?Uk盲速與頻閃的矢量圖及波形圖分析Fdfd0fr2fr盲速說明頻閃說明fd的變化規(guī)律盲速的出現(xiàn)是因為取樣系統(tǒng)的觀察是間斷的，而不是連續(xù)的Fd為包絡調(diào)制頻率對高速目標或?qū)捗}沖，fd>1/(頻譜上超過零點)時，才可能從單個回波脈沖中獲得正確的fd。相參電壓獲取(用于相位檢波)固定雜波消除關鍵：脈沖多普勒雷達§8.5.4MTI雷達簡介1基本工作原理中頻全相參動目標顯示2獲得相參振蕩電壓的方法脈沖調(diào)制器磁控管發(fā)射機收發(fā)開關混頻器穩(wěn)定本振混頻器中頻相參振蕩器相位檢波器中頻放大器對消器每一重復周期的發(fā)射脈沖高頻起始相位是隨機的，不是全相干。用高頻鎖相或中頻鎖相(對應于高頻相檢和中頻相檢)，即在發(fā)射脈沖中取出很少一部分能量去控制高頻或中頻相干振蕩的相位，使其與發(fā)射脈沖相位同步?；蛘哂眠B續(xù)振蕩的相參信號加到發(fā)射機振蕩器上(放大或注鎖)。鎖相相參動目標顯示高頻鎖相脈沖中頻鎖相脈沖相參電壓中頻回波對消視頻中頻回波高頻回波脈沖相位檢波器的輸出消除固定回波的方法：頻譜抑制法對消法濾波器組，每個濾波單元抑制其中一個nfr相鄰重復周期信號相減；固定目標由于振幅不變而相互抵消；動目標相減后剩下相鄰重復周期振幅變化的部分作為輸出。固定目標回波和運動目標回波均會形成輸出3消除固定目標回波相消設備特性時域觀點ur1ur2uc△?u包絡振幅+-盲速相消設備輸出速度響應盲速盲速對動目標具有最佳響應頻域觀點數(shù)字相消器采樣保持電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字延遲線相減器數(shù)模轉(zhuǎn)換電路相干視頻延遲數(shù)字信號相消視頻輸出思考自學：第9章現(xiàn)代雷達系統(tǒng)簡介9.1脈沖多普勒雷達9.2脈沖壓縮雷達9.3相控陣雷達9.4合成孔徑雷達

主要內(nèi)容基本概念脈沖多普勒雷達(PulseDopplerRadar,PDRadar)：在動目標顯示雷達基礎上發(fā)展起來的一種新型體制雷達，具有如下優(yōu)點：具有脈沖雷達的距離分辨力；具有連續(xù)波雷達的速度分辨力，有更強的抑制雜波的能力；能在較強的雜波背景中分辨出動目標回波。產(chǎn)生時間及背景：20世紀60年代，為了解決機載下視雷達強地雜波的干擾，研制了脈沖多普勒體制雷達，即PD雷達。9.1脈沖多普勒雷達

基本概念PD雷達的三大特征：具有足夠高的脈沖重復頻率，使雜波和目標無速度模糊;能夠?qū)崿F(xiàn)對脈沖串頻譜單根譜線的多普勒濾波(頻域濾波);由于PRF很高，通常對觀測目標產(chǎn)生距離模糊;關于PD雷達的廣義定義：能實現(xiàn)對雷達信號脈沖串頻譜單根譜線濾波(頻域濾波)，具有對目標進行速度分辨能力的雷達，就可稱為PD雷達?；靖拍钪饕獞糜谀切┬枰趶婋s波背景下檢測動目標的雷達系統(tǒng)PD雷達的應用基本概念PD雷達的分類PD雷達高PRF中PRF低PRF全相參全相參接收相參全相參AN/APG-63是為F-15所研制的機載多功能火控雷達美國首部采用了高、中、低PRF（PulseRepetitionFrequency：重復頻率）全波形設計的數(shù)字化PD雷達。MPRF可單獨使用，也可與HPRF（波形交替使用。載機對全高度、全方位進入的目標均具有良好的上視和下視探測能力。為了確保MPRF的探測距離，采用了13位巴克碼脈壓。這是美國第一部真正實現(xiàn)了全向、全高度、無速度覆蓋缺口的下視探測雷達?；靖拍畹?、中、高PRF的PD雷達性能對比低中高測距清晰模糊模糊測速模糊模糊清晰測距設備簡單復雜復雜信號處理簡單復雜復雜測速精度很低高最高旁瓣雜波電平低中高主瓣雜波抑制差良優(yōu)允許方位掃描角小中大分辨地、空動目標能力差良優(yōu)P1s1P2s2P3s3t

脈沖雷達距離模糊圖解Tτ（圖中，P1－P3為雷達發(fā)射脈沖，s1-s3為回波脈沖，T為發(fā)射脈沖重復周期，τ為回波延遲時間。）基本概念雷達脈沖重復頻率PRF與雷達模糊距離距離模糊，指回波延遲時間大于T，比如對應于P1的回波在s2位置，我們不能判斷延遲時間為τ還是T+τ。又設脈沖寬度為δ，雷達最大不模糊距離Rm為：（c為光速，fr為脈沖重復頻率）當脈沖重復頻率為300Hz時，最大不模糊距離約為500千米。解決距離模糊的方法：降低雷達脈沖重復頻率脈沖重復頻率參差基本概念高PRF的PD雷達對所有感興趣的目標速度都能不模糊地測量。不模糊測量的最大多普勒頻移為：-1800180度天線方向圖主瓣旁瓣機載PD雷達下視情況垂直雜波旁瓣雜波主瓣雜波地面

ψψTvR脈沖多普勒雷達的雜波PD雷達通常為機載雷達，在頻域－時域分布范圍廣、功率強的背景雜波中檢測出有用的信號。背景雜波主要是地雜波，相對于飛機，它是運動雜波，稱之為脈沖多普勒雜波。機載雷達共有3種雜波：主瓣雜波：天線波束主瓣照射區(qū)的地面雜波旁瓣雜波：視角范圍寬廣的天線旁瓣照射的雜波高度回波：雷達正下方的地面回波PD雷達雜波概述研究PD雷達的雜波的重要意義PD雷達的基本特點之一：在頻域-時域分布相當廣且功率相當強的背景雜波中檢測出有用信號。雜波頻譜的形狀和強度決定著雷達對具有不同多普勒頻率的目標的檢測能力。脈沖多普勒雜波脈沖多普勒雜波的頻譜是多普勒頻率-距離的函數(shù)。固定PD雷達的地雜波譜：零多普勒頻率附近極窄范圍內(nèi)運動PD雷達的地雜波譜：雜波頻譜被相對運動速度所展寬接收信號的頻譜為：PD雷達只利用各種回波信號頻譜中一根譜線，常取中心最強的那根機載下視PD雷達接收信號頻譜載機與地面水平飛行，相對速度為vR目標在載機前下方，速度vT

:載機主波束軸線與地面夾角

:載機主波束軸線與地面夾角(1)主瓣雜波主波束中心與地平面有一個銳角ψ0，多普勒頻移為：

主波束增益最高，雜波也最強。主波束有一定的立體角，在該立體角中不同方位回波的多普勒頻移也是不同的.設主波束寬度為θB,主瓣雜波的邊沿位置間的最大多普勒頻率差為:機載PD雷達的主瓣雜波強度與下列因數(shù)有關:發(fā)射機功率,天線增益,地物反射特性,雷達距地面高度等.具體強度可以比雷達接收機的噪聲高70-90分貝.脈沖多普勒雷達的雜波(2)旁瓣雜波雷達天線總是存在若干副瓣(旁瓣)，通過旁瓣產(chǎn)生旁瓣雜波．旁瓣與主瓣是由不同的地物產(chǎn)生的旁瓣雜波的頻率為：脈沖多普勒雷達的雜波的變化范圍為

，旁瓣雜波的多普勒頻率范圍

為：當PD雷達不運動時：旁瓣雜波和主瓣雜波頻域重合當PD雷達運動時，由于主瓣波束和旁瓣波束方向角的不同，旁瓣雜波和主瓣雜波是不同的。(3)垂直(高度線)雜波雷達副瓣垂直照射地面，地面反射較強，回波中存在一個較強的＂零頻＂雜波．機載下視PD雷達地雜波中位置上的雜波.(4)無雜波區(qū)適當選擇雷達脈沖重復頻率使地面雜波不連續(xù)不重疊，形成無雜波區(qū)．在無雜波區(qū)域，只有接收機噪聲，沒有地面雜波，有利于發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的運動目標．脈沖多普勒雷達的雜波脈沖重復頻率的選擇

旁瓣雜波適用情況

在距離上重疊情況在頻域上重疊情況低PRF很少嚴重低速目標中PRF部分部分機載高PRF無無機載根據(jù)技術要求和用途(如要求雷達在無雜波區(qū)檢測目標還是滿足無模糊測速)，也可以根據(jù)戰(zhàn)術要求選擇高，中，低脈沖重復頻率段．1.PD雷達的地雜波譜主雜波、高度線雜波區(qū)、旁瓣雜波區(qū)、無雜波區(qū);主雜波強度最高，干擾最強，其次是高度線雜波;目標可能出現(xiàn)在雜波區(qū)或無雜波區(qū);雜波重疊與PRF選擇2.目標環(huán)境與PRF關系目標與載機迎面運動，相對速度，回波多普勒頻率：

當高時，目標落入無雜區(qū)對目標檢測能力最強雜波重疊與PRF選擇載機尾追目標時，相對速度,回波多普勒頻率：

當太小，目標落入雜波區(qū)目標檢測取決于回波功率譜措施：①

降低天線副瓣雜波功率譜提高相對強度②

提高載機飛行高度雷達作用距離與距離分辨力存在矛盾：對于脈沖雷達，有以下關系因此通過增加發(fā)射信號的能量來提高作用距離的途徑有兩條提高發(fā)射功率Pt----受限于雷達發(fā)射器件功率容限；增大脈沖寬度τ脈沖壓縮的作用9.2脈沖壓縮雷達

9.2.1脈沖壓縮雷達概述雷達距離分辨率取決于雷達發(fā)射信號帶寬B。這是通用公式，對于簡單脈沖雷達，B＝1/τ，距離分辨率簡化為：可見，增加脈沖寬度雖然會增加雷達作用距離，但同時也會降低距離分辨力，即δr與Rmax存在矛盾。

脈沖壓縮的作用脈沖壓縮體制的提出發(fā)射時采用寬脈沖以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠的最大作用距離；接收時采用相應的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力；其等效帶寬Be滿足因此，脈沖壓縮雷達可用寬度τ的發(fā)射脈沖獲得相當于發(fā)射脈沖有效寬度為τe的脈沖系統(tǒng)的分辨力；所以脈沖壓縮可以很好的解決δr與Rmax之間的矛盾.定義的比值為脈沖壓縮比，D=

τ/

τe=

τBe脈沖壓縮的優(yōu)點：時寬帶寬互相基本獨立，可選擇較寬的脈沖寬度，有較大的作用距離。有較高的距離分辨率。有較好的抗干擾能力。脈沖壓縮的缺點：由于加大了“T”，最小作用距離增加了。信號處理復雜。存在距離旁瓣存在一定的測距模糊和測速模糊。脈沖壓縮的特點雷達類型距離(km)脈沖寬度分辨率(m)空中交通管制1001μs200遠程監(jiān)視3001μs200近程監(jiān)視400.4μs50目標截獲200.1-0.2μs20跟蹤10-2050ns10高分辨搜索1020ns4幾種雷達的典型脈沖寬度脈沖壓縮的實現(xiàn)發(fā)射脈沖必須有非線性的相位譜，或必須使其脈沖寬度與有效頻譜寬度的乘積遠大于1；接收機中必須有一個壓縮網(wǎng)絡，其相頻特性應與發(fā)射信號實現(xiàn)“相位共軛匹配”。根據(jù)以上要求，可以構(gòu)造理想的脈沖壓縮系統(tǒng)：

壓縮網(wǎng)絡

脈沖壓縮的實現(xiàn)

壓縮網(wǎng)絡

我們假定，電波傳播和目標發(fā)射過程中，信號無失真，且增益為1.因此，壓縮網(wǎng)絡輸入端的目標回波脈沖信號就是發(fā)射脈沖信號，其包絡寬度為τ，頻譜為：壓縮網(wǎng)絡的頻率特性為H（ω）,根據(jù)匹配條件應滿足下式：其中K為比例常數(shù)，td0為壓縮網(wǎng)絡的固定延時，經(jīng)壓縮后輸出信號包絡寬度被壓縮成τe，峰值提高了，脈沖壓縮的輸出表達式為：

基本原理根據(jù)實現(xiàn)脈沖壓縮的條件判斷可行性：線性調(diào)頻脈沖信號具有拋物線式的非線性相位譜，且Bτ遠大于1；接收機中設置與發(fā)射信號“相位共軛匹配”的壓縮網(wǎng)格，在頻率時間特性上則為調(diào)頻斜率相同，方向相反。所以滿足實現(xiàn)壓縮的兩個充要條件，基本原理可以用下圖說明9.2.2線性調(diào)頻(LFM)脈沖壓縮由圖(d)得到網(wǎng)絡對信號各斜率成分的延時關系為

說明線性調(diào)頻寬脈沖信號經(jīng)過壓縮網(wǎng)絡后，成為窄脈沖?；驹硇阅芨纳疲ㄝ敵龇逯倒β试龃驞倍）

若壓縮網(wǎng)絡是無源的，根據(jù)能量守恒原理。

無源網(wǎng)絡不產(chǎn)生噪聲，而輸入噪聲具有隨機性，所以經(jīng)過壓縮網(wǎng)絡不會被壓縮。（輸出脈沖信號信噪比與輸入信號之比增大D倍）91若輸入脈沖幅度為Ai,輸出脈沖幅度為A0（輸出脈沖幅度增大

倍）

由雷達方程知，,這就使脈沖壓縮雷達的探測距離比采用相同發(fā)射脈沖功率和保持相同分辨力的普通脈沖制雷達的探測距離增加了(例如D=16，作用距離增大1倍）綜上分析，接收機輸出的目標回波信號具有：窄的脈沖寬度、高的峰值功率，即符合探測距離遠、距離分辨率高的戰(zhàn)術要求。性能改善

LFM脈沖信號的頻譜特性由(c)可知調(diào)頻斜率角頻率變化規(guī)律LFM脈沖信號的頻譜特性瞬時相位由此得到LFM脈沖壓縮體制的發(fā)射信號表達式改寫成窗函數(shù)與原函數(shù)乘積的形式，并用復數(shù)表示LFM脈沖信號的頻譜特性做傅里葉變換通過變量代換，整理得到復頻譜LFM脈沖信號的頻譜特性稱為菲涅爾積分，具有如下特性：式中此時剩余相位LFM脈沖信號的頻譜特性可以看出，當D值很大時LFM信號頻譜的振幅分布近似為矩形，寬度近似等于信號調(diào)制頻偏，相位分布則具有平方律，即：LFM脈沖信號匹配濾波器頻譜特性K為歸一化系數(shù)，幅頻特性即為相頻特性與發(fā)射信號相似，具有相同平方律，但符號相反實現(xiàn)相位共軛匹配，匹配濾波器頻域特性H(ω)滿足如下關系群延時特性群延時特性：是指網(wǎng)絡對信號頻譜成本能量的延時，定義為假設，網(wǎng)絡輸入端信號有兩個頻率分量網(wǎng)絡輸出端，兩個頻率分量經(jīng)過不同的相移群延時特性設能量最大（A1+A2）處經(jīng)過的時延為td,則對于PC網(wǎng)絡，其相頻特性對應的延時特性為可見，PC網(wǎng)絡群延時隨頻率變化，td0為附加延時。值得注意的是，網(wǎng)絡的群延時特性正好與信號的相反，因此通過匹配濾波后，相位特性得到補償，使得輸出信號相位均勻，信號出現(xiàn)峰值。

由此可見匹配濾波器的相頻特性與群時延特性有著確定關系，它們是等價的。群延時特性通過匹配濾波器的輸出波形設匹配濾波器輸出信號為u0(t),其頻譜U0(ω)為作反傅里葉變換并取實部，得到又f>>B,所以載波為cos2πf(t-td0),信號包絡為通過匹配濾波器的輸出波形旁瓣抑制輸出脈沖包絡的第一旁瓣為主瓣電平-13.2dB。在多目標環(huán)境中，旁瓣可能會埋沒附近較小目標的主瓣，導致目標丟失。為提高分辨多目標的能力，須采用旁瓣抑制措施，即加權技術。13.2dB9.3.1相控陣雷達簡介傳統(tǒng)雷達:需要通過天線轉(zhuǎn)動來控制雷達波的收/發(fā)方向;每轉(zhuǎn)動一圈就是一個掃描周期;雷達的顯示屏上就會顯示一次掃描結(jié)果;9.3相控陣雷達

相位控制陣列：多個天線單元排成，各陣元饋電相位按一定程序靈活控制，完成特定的空間掃描相同頻率，不同相位的信號疊加后的效果圖9.3.1相控陣雷達簡介優(yōu)點：相掃，無機械慣性，快速波束捷變多目標、遠距離、高數(shù)據(jù)率、高可靠性多功能、多波束、自適應抗干擾缺點：波束寬度隨掃描方向變化相控陣雷達工作原理構(gòu)成:9.3.1相控陣雷達簡介移相器控制波束的發(fā)射與接收無源陣：收發(fā)共用一個或幾個發(fā)射機和接收機；有源陣：每個陣元都連有可提供所需輻射功率的收發(fā)（Ｔ/Ｒ）固態(tài)組件，即都是有源的；9.3.1相控陣雷達簡介移相器：實現(xiàn)相掃的關鍵器件對移相器的要求：移相精確、性能穩(wěn)定、頻帶和功率容量大、便于快速控制、激勵功率和插入損耗小、體積小、重量輕等移相器的種類：PIN二極管移相器、鐵氧體移相器、數(shù)字式移相器等9.3.1相控陣雷達簡介通過移相器改變各陣元激勵相位，實現(xiàn)掃描相掃基本原理假定所有陣元無方向性等幅同相饋電相鄰陣元激勵電流相位差為φN元直線相控陣天線相掃基本原理各陣元在θ方向遠區(qū)某點輻射場的場強矢量和為等幅饋電時，各陣元在該點輻射場的振輻為E。以0號陣元為相位基準，則式中2πdsinθ/λ

為波程差引起的相鄰陣元輻射場相位差相掃基本原理當φ=Ψ

時，各分量同相相加，場強幅值最大定義歸一化方向性函數(shù)為相掃基本原理天線照射方向θ0由移相器的相移量φ決定在θ0方向，各陣元輻射場由波程差引起的相位差正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相相加獲最大值，F(xiàn)(θ0)=1改變φ值，就可改變波束指向角θ0

，從而形成波束掃描方向圖最大值方向同相波前垂直由天線收發(fā)互易原理，接收天線，結(jié)論相同相掃基本原理柵瓣問題在

-90o~90o

內(nèi)線陣單值測角條件：d≤λ/2；當d＞λ/2時，在-90o~90o內(nèi)將出現(xiàn)柵瓣；波束域（空域頻譜）混迭現(xiàn)象：柵瓣是主瓣在其它方向上的再現(xiàn)，空間信號欠采樣主瓣柵瓣柵瓣副瓣相掃基本原理

方向圖函數(shù)當(πNd/λ

)(sinθ-sinθ0)=0,…,±nπ（n為整數(shù)）時，分子為0，若分母不為0，F(xiàn)(θ)=0當(πd/λ

)(sinθ-sinθ0)=0,…,±nπ

（n為整數(shù)）時，分子分母同為0，F(xiàn)(θ)=1，即F(θ)可能出現(xiàn)多瓣相掃基本原理當θ=θ0時為主瓣，其余為柵瓣。只取一個周期-π~+π因|sinθ-sinθ0|≤1+|sinθ0|，則無柵瓣條件相掃基本原理波束寬度波束指向法線方向，即θ0=0，方向性函數(shù)得波束半功率（3dB）寬度相掃基本原理當d=λ/2時，若要θ0.5=1o，則需陣元N=100當波束指向θ0

任意時，在主瓣內(nèi)θ

θ0，得相掃基本原理因sinc()函數(shù)對參量sinθ0

的主瓣寬度處處一致，即Dsinθ0=常數(shù)

θ0.5，由微分?sinθ0=?θ0

cosθ0

，得任意θ0

時的波束半功率寬度Θ0越大，波束越寬，例θ0=60o，θ0.5s

2θ0.5相掃基本原理波束總是指向同相饋電陣列天線的法線方向同相波前MM’的有效天線孔徑為Ndcosθ0掃描時的波束寬度相掃基本原理發(fā)射能量一定，θ0

，波束

，天線增益

波束掃到θ0方向，天線有效口徑是真實口徑在等相位面上的投影，對一維線陣有As=Acosθ0，尺寸減小，此時波束指向處的天線增益為波束掃描角范圍通常限制在±60o

或±45o內(nèi)。若要覆蓋整個360o，一般要用三至四個天線陣相掃基本原理各陣元有指向性時，若所有陣元的陣元方向圖Fe(θ)

一致，則總的陣列天線方向圖等于陣方向圖F(θ)與陣元方向圖Fe(θ)之積，即

FN(θ)=Fe(θ)·F(θ)等間距和等幅饋電的陣列天線副瓣較大(第一副瓣電平為-13dB)，常需“加權”降低副瓣振幅加權：中間陣元功率大，周圍陣元功率小密度加權：中心陣元密度大，周圍陣元密度小采用有方向性的陣元相掃基本原理9.3.2相控陣雷達基本組成相控陣雷達的分類：無源陣：每個陣元無功放有源陣：每個陣元有功放（有源）有源相控陣雷達的基本組成9.3.2相控陣雷達基本組成雷達技術中角分辨力（在兩坐標中為方位分辨力或稱為橫向距離分辨力）經(jīng)典概念的數(shù)學表達式為：

δxR=λR/D（rad）

式中，D為天線孔徑；R為斜距。提高方位分辨力的常規(guī)方法只有兩條途徑：一.采用更短的波長；二.研制尺寸更大的天線。9.4.1合成孔徑雷達簡介9.4合成孔徑雷達非聚焦型:不用改變孔徑內(nèi)從各種不同位置來的信號的相移就能完成被存儲信號的積累，非聚焦情況下的SAR的分辨力為非聚焦型情況下SAR的分辨力：式中，λ為雷達發(fā)射信號的波長（m），R為到需要分辨目標的距離（m）9.4.1合成孔徑雷達簡介聚焦型:給陣列中每個位置來的信號加上適當?shù)南嘁?，并使統(tǒng)一目標的信號都位于統(tǒng)一距離門之內(nèi)。聚焦型情況下SAR的分辨力：式中，