雷達原理與系統(tǒng)2014年2月2020/11/241

主要內(nèi)容1、緒論2、雷達發(fā)射機3、雷達接收機4、雷達終端顯示器與錄取設備5、雷達作用距離6、目標距離的測量7、目標角度的測量8、目標速度的測量2020/11/242精品資料2020/11/243你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”2020/11/244主要內(nèi)容9、連續(xù)波雷達10、脈沖多普勒雷達11、相控陣雷達12、數(shù)字陣列雷達13、脈沖壓縮雷達14、雙基地雷達15、合成孔徑雷達2020/11/2451、緒論1.1雷達的任務1.2雷達的基本組成1.3雷達的工作頻率1.4雷達的應用和發(fā)展1.5電子戰(zhàn)和軍用雷達的發(fā)展2020/11/2461.1雷達的任務

1.1.1雷達的任務利用發(fā)射和接收電磁波信號的相關(guān)性，完成以下任務1、發(fā)現(xiàn)目標，確定目標在空間中的位置、運動、航跡等2、識別目標，確定目標性質(zhì)（F/E，目標類型，目標形狀/散射特性等）1.1.2探測與定位的坐標系球坐標系以雷達自身為原點 柱坐標系以雷達自身為原點 近似（忽略曲率）轉(zhuǎn)換關(guān)系：1.1.3基本測量原理收發(fā)開關(guān)/天線發(fā)射機目標傳播空間接收機雷達信號處理雷達發(fā)射信號雷達接收信號正北為方位0，仰角以水平面為0正北同上，以海面/地平面高度為02020/11/2471.1雷達的任務

1.1.3基本測量原理雷達發(fā)射信號雷達接收點目標信號2020/11/2481.1雷達的任務

距離信息提取脈沖測距法：利用收發(fā)脈沖包絡的時間遲延調(diào)頻測距法：利用收發(fā)相位函數(shù)的頻率差舉例：常數(shù)如果目標距離為60km，則對應的時間遲延為：如果調(diào)頻測距雷達的調(diào)頻斜率為：=10MHz/ms，則對應60km距離目標的頻差為：0.4msT>>trtrfc接收頻率發(fā)射頻率2020/11/2491.1雷達的任務

角度信息提取振幅法測角最大信號法 等信號法等相位法測角速度信息提取收發(fā)信號載波頻率的差（多卜勒頻率）舉例：頻率為10GHz的雷達，當目標徑向速度為300m/s時，其多卜勒頻率為2020/11/24101.1雷達的任務

1.1.4雷達的探測能力-基本雷達方程雷達接收的目標回波信號功率（W）：雷達的作用距離（m）：發(fā)射脈沖功率 W發(fā)射天線增益 倍接收天線有效面積（孔徑）m2工作波長m目標的雷達截面積m2雷達與目標之間的距離m接收機靈敏度W未考慮因素：大氣衰減與路徑（多徑，曲率），目標特性與起伏2020/11/24111.1雷達的任務舉例：某雷達發(fā)射脈沖功率為200KW，收發(fā)天線增益為30dB，波長0.1m，接收機靈敏度為-110dBm，不考慮大氣損耗等，試求其對=1m2目標的最大作用距離2020/11/24121.2雷達的基本組成天線收發(fā)開關(guān)保護器發(fā)射機激勵器/同步器接收機/信號處理機顯示/錄取設備天線：將高功率發(fā)射信號輻射到特定空間，從特定空間接收相應的目標回波 信號收發(fā)開關(guān)/保護器：發(fā)射狀態(tài)將發(fā)射機連通天線，接收機輸入端閉鎖保護； 接收狀態(tài)將天線連通接收機并對輸入信號限幅保護，發(fā)射機開路發(fā)射機：在特定的時間、以特定的頻率和相位產(chǎn)生大功率電磁波接收機/信號處理機：放大微弱的回波信號，解調(diào)目標回波中的信息激勵器/同步器：產(chǎn)生和供給收發(fā)信號共同的時間、頻率、天線指向等雷達 工作的基準顯示器/錄取設備：顯示、測量、記錄、分發(fā)目標信息和各種工作狀態(tài)2020/11/24131.3雷達的工作頻率雷達的工作頻率：3MHz300GHz(100m1mm) 主要工作頻段：300MHz18GHz(1m2cm)330MHz 戰(zhàn)略預警超視距雷達30300MHz 米波遠程預警雷達300MHz 分米波/厘米波警戒/引導/制導30GHz 火控/末制導雷達30300GHz 毫米波火控/末制導雷達2020/11/24141.4雷達的應用和發(fā)展1.4.1

雷達的應用軍用雷達： 按照作用距離：遠程預警雷達R〉600km 中/近程搜索和警戒雷達150km<R<600km 近程引導指示雷達R<150km 按照功能/用途：警戒引導雷達大范圍發(fā)現(xiàn)目標/粗定位，不引導導彈/火力射擊 制導火控雷達小范圍發(fā)現(xiàn)/跟蹤目標，引導導彈/火力射擊 精密跟蹤雷達對單個目標進行精確跟蹤和火力打擊 多功能雷達：同時具備上述多種功能和用途的雷達，如：SPY-1 特種雷達：具有特定功能的雷達：如：雷達高度表/雷達引信 按照裝載平臺： 星載雷達，彈載雷達，機載雷達，艦載雷達，車載雷達，背負雷達按照技術(shù)體制：收發(fā)關(guān)系和位置單基地/雙多基地，非協(xié)同探測（PCL），MIMO 天線技術(shù) 單波束/多波束，機械/電/混合掃描， 發(fā)射/接收機技術(shù)相參/非相參收發(fā)，捷變頻，頻率分集， 信號處理技術(shù)MTI，MTD，PC，PD，SAR，ISAR，民用雷達： 氣象雷達，航管雷達，宇航雷達，遙感雷達，2020/11/24151.5電子戰(zhàn)和軍用雷達的發(fā)展1.5.1電子戰(zhàn)（EW）

定義：敵我雙方利用無線電電子裝備或器材所進行的電磁信息斗爭，電子戰(zhàn)包括電子對抗和電子反對抗電子對抗（ECM）：為了探測敵方無線電電子裝備的電磁信息（電子偵察），削弱或破壞其使用效能所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（電子干擾、偽裝、隱身和摧毀）電子反對抗（ECCM）：在敵方實施電子對抗的條件下，保證我方有效使用電磁信息所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（反偵察、抗干擾、反偽裝、反隱身、反摧毀）1.5.2雷達反干擾天線抗干擾：低旁瓣，旁瓣對消，旁瓣消隱，波束燒穿，隨機掃描，波束分集等發(fā)射機抗干擾：提高輻射功率，頻率捷變，頻率編碼，頻率分集，脈沖壓縮，波形隱蔽， 窄脈沖，重頻時變，誘餌發(fā)射等接收機、信號處理抗干擾：接收機抗飽和，重頻、脈寬鑒別，MTI，MTD，積累檢測，恒 虛警，寬限窄，前沿跟蹤等隱身與反隱身隱身：通過形體設計和材料選擇降低目標的RCS（）反隱身：增加照射功率，組網(wǎng)雷達，短波/米波雷達，雙/多基地雷達，PCL等檢測隱身目標反偵察和反摧毀 低截獲的發(fā)射波形：噪聲雷達，沖擊雷達，大時寬/帶寬積信號，信號隱匿，誘餌輻射等2020/11/24162、雷達發(fā)射機2.1任務和基本組成

2.2主要質(zhì)量指標2.3單級振蕩和主振放大式發(fā)射機2.4固態(tài)發(fā)射機2.5脈沖調(diào)制器

2020/11/24172.1任務和基本組成Tr2.1.1任務產(chǎn)生大功率、指定調(diào)制特性（振幅/相位）的電磁波單級振蕩式大功率振蕩和調(diào)制一次完成（直接形成大功率振蕩和調(diào)制）脈沖調(diào)制器射頻振蕩器2.1.2基本組成主振放大式先產(chǎn)生小功率振蕩和調(diào)制，再經(jīng)放大達到大功率射頻振蕩器激勵放大器末級放大器基準振蕩器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器分頻器2020/11/24182.2主要質(zhì)量指標1.工作頻率或波段2. 輸出功率脈沖(峰值)功率，平均功率 例如： 則3.總效率 ，為供給發(fā)射機的各種交直流功率之和 上例中，若發(fā)射機供電220V/15A,28V/20A, 則4.信號形式振幅調(diào)制：脈沖、連續(xù)波載頻調(diào)制：單載頻，頻率捷變，線性調(diào)頻，頻率分集，頻率編碼等相位調(diào)制：隨機相位，穩(wěn)定相位，相位編碼2020/11/24192.2主要質(zhì)量指標5.信號穩(wěn)定度或頻譜純度周期性不穩(wěn)：雜散抑制隨機性不穩(wěn)：相位噪聲ff0P(f0)P(ff0)dcff0P(f0)P(f0-fm)f0-fmf0+fmP(f0+fm)例如：在頻譜儀上測得主信號與最大雜散信號功率分別為20dBm和50dBm，則雜散抑制為70dB例如：在頻譜儀上測得主信號功率為20dBm，測量帶寬為100Hz，在偏離1KHz處噪聲功率為50dBm，則相噪為90dBc2020/11/24202.3單級振蕩和主振放大式發(fā)射機2.3.1單級振蕩式發(fā)射機 射頻振蕩器：磁控管振蕩器，微波三極管振蕩器，固態(tài)振蕩器等

脈沖調(diào)制器：剛性開關(guān)由外加脈沖控制開關(guān)導通/截至的調(diào)制器 軟性開關(guān)由外加觸發(fā)脈沖控制開關(guān)導通，開關(guān)自行截至的調(diào)制器 特點：效率較高，只適用于調(diào)幅，頻率穩(wěn)定度差，相位噪聲很大，系統(tǒng)組成 簡單，價格低廉，廣泛用于非相干信號處理雷達，目前已經(jīng)很少使用永久磁鋼陽極陰極燈絲諧振腔磁控管結(jié)構(gòu)示意圖燈絲陰極射頻輸出口陽極（管殼）磁控管電氣圖2020/11/24212.3單級振蕩和主振放大式發(fā)射機2.3.2主振放大式發(fā)射機

基準振蕩器：恒溫或溫補晶振，一般相位噪聲為130dBc@1KHz 射頻振蕩器：晶振倍頻利用非線性電路與選頻網(wǎng)絡，變頻快/相噪差/雜散小 鎖相倍頻利用鎖相環(huán)，變頻慢/相噪好/雜散大 放大鏈：激勵放大常用固態(tài)放大器，末級放大常用行波管，速調(diào)管放大器等

特點：效率較低，適用于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及其組合的復雜調(diào)制，頻率 穩(wěn)定度高，相位噪聲低，系統(tǒng)組成復雜，成本較高，廣泛用于相干信號處 理雷達 燈絲K陰極G柵極A陽極真空三極管電氣圖G/K間大負電壓時管截止G/K間小負電壓時管放大G/K間正電壓時管飽和導通燈絲K陰極A陽極行波管電氣圖A/K間負電壓時管截止A/K間正高電壓時管放大收集極輸入輸出2020/11/24222.4固態(tài)發(fā)射機2.4.1特點

頻率高（已達100GHz），工作電壓低供電方便（<12V），壽命長，體積/重量小，可靠性高，成本低，單管/片功率小（<30W，且隨頻率降低）2.4.2發(fā)展趨勢

通過電路合成提高組件/模塊的功率（<1000W，隨頻率降低）； 通過組件模塊的空間功率合成（相控陣），提高系統(tǒng)的發(fā)射功率2020/11/24232.5脈沖調(diào)制器作用

為電真空類的微波管提供高壓、大功率的視頻調(diào)制脈沖組成：

充電元件儲能元件 高壓電源調(diào)制開關(guān)耦合元件微波管高壓電源：提供充足、穩(wěn)定的直流能量，滿足工作要求（高壓、大電流）充電元件：將直流能量及時傳遞給儲能元件，一般由R，L，二極管D等擔任儲能元件：在開關(guān)截止時保存充電能量，在開關(guān)導通時釋放保存的能量（C等）調(diào)制開關(guān)：剛性在輸入脈沖的控制作用下，脈沖期間導通，脈沖過后截止 軟性在輸入脈沖的觸發(fā)作用下導通，儲能元件能量釋放盡后截止耦合元件：將高壓、大電流脈沖耦合作用到微波管上分類：

剛性開關(guān)由控制信號直接控制開關(guān)的導通與截止 軟性開關(guān)由控制信號觸發(fā)開管導通，有電路狀態(tài)決定開關(guān)截止2020/11/24242.5.1剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器

充電：E/R1/C/L，C上電壓

放電：C/V1/V2，C上電壓

設計要素：對于給定的、 ，一般選擇：

脈沖重復周期內(nèi)充滿，放電允許頂降小于允許值。ER1C-EgLV1V3V2C02020/11/24252.5.1剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器設計舉例

要求 Tr=200s，=1s，E=104V， =0.95，RH=1K

2020/11/24262.5.1剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器前沿充電：E/V1/C0，恒流充電Ic

前沿時間

后沿放電：C0/偏壓/V2，恒流放電Id

后沿時間

EIcC0-Eg-偏壓V3V2+偏壓與激勵電路偏壓與激勵電路V1前沿觸發(fā)后沿觸發(fā)C0波形-EgE2020/11/24272.5.1剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器設計舉例

要求E=4000V，C0=200PF，Eg=200V， Ic=20A，Id=10A，求前后沿時間

2020/11/24282.5.2軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器典型電路諧振充電：E/Lch/PFN/B，充電時間

匹配放電：PFN/V1/B， ，放電時間

PFN節(jié)數(shù)n，每節(jié)電感L，電容CEPFNVD1LchR2C2V2R1V1脈沖觸發(fā)PFN上端脈沖變壓器次級波形2E2EVD2B2020/11/24292.5.2軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器設計舉例要求：Tr=1ms，=2s，B=1:1，RH=1K，n=5 根據(jù)脈寬和特性阻抗建立方程組，求解L，C

根據(jù)Tr求解Lch2020/11/24303雷達接收機3.1接收機組成與主要質(zhì)量指標3.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.3接收機的高頻部分3.4本振和自動頻率控制3.5動態(tài)范圍和增益控制3.6濾波和接收機帶寬2020/11/24313.1接收機組成與主要質(zhì)量指標接收機的作用：放大需要的目標回波信號，抑制各種干擾信號3.1.1接收機組成

保護器：在發(fā)射或收到強信號時，保護接收機（使用收發(fā)開關(guān)和限幅器）LNA： 低噪放，抑制噪聲，放大微弱的目標回波信號（如：F=2，G=25dB）MIX：混頻，將回波信號頻率遷移到合適、固定的中頻（fi=30MHz，60MHz等）中放：放大中頻帶內(nèi)目標回波信號（G=100120dB），抑制帶外噪聲LO： 本振，提供穩(wěn)定振蕩fL，與發(fā)射頻率f0保持穩(wěn)定的中頻頻差：fi=fLf0增益控制：保持輸出信號功率處于預定的范圍，線性：近程增益控制（STC）， 瞬時自動增益控制（IAGC），AGC；非線性：對數(shù)放大器，限幅放大器等檢波器：解調(diào)回波調(diào)制信號，包絡檢波器（振幅）；相位檢波器（頻率和相位）視放：放大信號電平使之適合于信號處理，線性放大，限幅放大，對數(shù)放大R0至信號處理保護器LNAMIX中放檢波器視放LO增益控制2020/11/24323.1接收機組成與主要質(zhì)量指標3.1.2主要質(zhì)量指標靈敏度，典型值 滿足檢測要求的最小輸入信號功率 測試方法信號源接收機雷達檢測設備（顯示器/信號處理機等）f,P設置信號源頻率f處于規(guī)定的工作頻帶內(nèi)，調(diào)整輸出功率P，由雷達檢測設備觀測滿足目標檢測時的最小Pmin即為靈敏度2020/11/24333.1接收機組成與主要質(zhì)量指標3.1.2主要質(zhì)量指標工作帶寬： 分別為雷達最低、最高工作頻率動態(tài)范圍： 為滿足檢測要求的最大輸入信號功率選擇性和濾波特性（接收帶寬B）匹配濾波特性工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度抗干擾能力（抗有源干擾、無源干擾和雜波干擾等）2020/11/24343.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.1接收機噪聲內(nèi)噪聲：有接收機內(nèi)部電路和器件產(chǎn)生的噪聲，如晶體管噪聲，電阻噪聲等外噪聲：由電磁環(huán)境和其它物體輻射產(chǎn)生的噪聲，如宇宙噪聲，工業(yè)噪聲等，等效輸入功率為，分別為波爾茲曼常數(shù)，天線噪聲溫度，等效噪聲帶寬 為頻率、仰角、位置等函數(shù)，典型地面雷達 參見p54圖3.6。等效噪聲帶寬：

效噪聲帶寬Bn與常用接收機帶寬B的比較2020/11/24353.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2噪聲系數(shù)和噪聲溫度定義：線性系統(tǒng)輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值,對于無源網(wǎng)絡

測試方法1.接收機輸入端接匹配負載，由功率計測量接收機輸出功率2.接收機輸入端接信號源，設置信號源頻率f，調(diào)整輸出功率，由功率計測量接收機輸出功率，計算信號源線性接收機功率計f,P匹配負載2020/11/24363.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2噪聲系數(shù)與噪聲溫度例如：已知線性接收機輸入端接匹配負載時測得輸出功率為，接入輸入信號時測得輸出功率為，接收機帶寬為2MHz，求該接收機噪聲系數(shù)解：

2020/11/24373.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2噪聲系數(shù)與噪聲溫度等效噪聲溫度，將等效為噪聲溫度增量

系統(tǒng)噪聲（內(nèi)外噪聲）溫度級聯(lián)電路的噪聲系數(shù) 證明：

2020/11/24383.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2噪聲系數(shù)與噪聲溫度例如：某線性接收機及組成部件參數(shù)如圖，求其噪聲系數(shù)解：接收機前端部件對系統(tǒng)噪聲的影響巨大，LNA貢獻重大

饋線/收發(fā)開關(guān)/限幅保護器LNAMIX中放G=0.2F=2G=25dBF=2.5G=0.3F=4G=100dB2020/11/24393.2噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.3靈敏度定義：當接收機能夠以正常的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率檢測目標時（線性系統(tǒng)輸出信噪比），在接收機輸入端的最小輸入信號功率

數(shù)值關(guān)系：

臨界靈敏度：2020/11/24403.2噪聲系數(shù)和靈敏度靈敏度計算舉例假設接收機各部分組成如下圖，試求其臨界靈敏度饋線/開關(guān)/保護器LNAMIX/BPF中放G=0.2/0.5G=25dBF=3BPFG=0.5B=200MHzG=0.1B=5MHzG=90dB/F=5B=5MHz1.計算接收機噪聲系數(shù)13.計算接收機臨界靈敏度2.計算接收機噪聲系數(shù)22020/11/24413.3接收機的高頻部分組成

收發(fā)開關(guān)和保護器 TR管（有源/無源）常態(tài)時開路或透射，氣體放電時短路，惰性較大（30~300ns） 固態(tài)限幅器采用PIN管或變?nèi)莨埽谕饧庸β氏鲁尸F(xiàn)不同反射阻抗，級聯(lián)限幅，反應快（2ns）LNA 低噪聲參放分為常參與冷參，F(xiàn)<1.2 低噪聲場放噪聲系數(shù)F=2~5dB，價格低廉，普遍使用MIX 平衡混頻器（可有效抑制本振噪聲） 鏡像抑制混頻器（還可有效抑制鏡頻，20~40dB）前置中放 當高頻部分與接收機后端相距較遠時，增加前置中放（增益20~40dB）以降低噪聲本振收發(fā)開關(guān)保護器LNAMIX前置中放2020/11/24423.4本振和自動頻率控制3.4.1磁控管發(fā)射機的自動頻率控制（AFC）

搜索跟蹤轉(zhuǎn)換調(diào)諧電機機調(diào)磁控管定向耦合器穩(wěn)定本振峰值檢波器視頻放大器鑒頻器中放AFC混頻器至收發(fā)開關(guān)發(fā)射至接收機混頻器搜索狀態(tài)：中放無脈沖輸出，搜索跟蹤轉(zhuǎn)換器輸出調(diào)諧電壓，使調(diào)諧電機帶動機調(diào) 磁控管連續(xù)調(diào)諧頻率f(t)，定向耦合器耦合出小功率信號給AFC混頻器。 當f(t)與穩(wěn)定本振fL差頻進入中放帶寬[fi-f，fi+f]時，中放輸出使搜索 跟蹤轉(zhuǎn)換進入跟蹤狀態(tài)跟蹤狀態(tài)：鑒頻器輸出頻率偏離fi的誤差脈沖信號，該信號經(jīng)過視放，峰值檢波器成 為連續(xù)誤差信號，再通過搜索跟蹤轉(zhuǎn)換，用誤差電壓驅(qū)動調(diào)諧電機作頻率 微調(diào)，直到頻率誤差為零。2020/11/24433.4本振和自動頻率控制3.4.2穩(wěn)定本振

FF/2NFNFF/2F/2本振輸出NFMNFMNF+NFF/n重頻輸出相參振蕩本振輸出發(fā)射輸出1.鎖相型穩(wěn)定本振2.晶振倍頻型穩(wěn)定本振基準振蕩2分頻相位檢波誤差積分壓控振蕩器N倍頻混頻濾波功分FF特點：頻率精度和穩(wěn)定度高，雜散和相位噪聲低，諧波略大，鎖定時間較長，捕獲帶寬略小。基準振蕩N倍頻/分路器M倍頻/分路器n分頻單邊帶混頻/濾波器特點：頻率精度和穩(wěn)定度高，變頻快，相噪較低，雜散略高。F2020/11/24443.5動態(tài)范圍和增益控制3.5.1動態(tài)范圍

定義：，為接收機工作時的最大（飽和）可輸入信號功率。工作動態(tài)范圍：不限制時間和接收機狀態(tài)調(diào)整瞬時動態(tài)范圍：同一時刻和同一狀態(tài)下的動態(tài)范圍的需求因素：目標距離遠近，RCS大小和起伏，信號處理的合適范圍3.5.2增益控制

主要指標：控制范圍，響應時間，控制特性曲線自動增益控制（AGC）

特點：控制范圍大（80100dB），響應時間長（接近秒級），普遍用于雷達的自動 跟蹤系統(tǒng)中放包絡檢波視放峰值檢波低通濾波波門選通AGC專用距離波門至雷達信號處理2020/11/24453.5動態(tài)范圍和增益控制瞬時自動增益控制（IAGC）

特點：控制范圍較小（2040dB），響應時間短（520），用于抑制長時間強干擾，使接收機在強干擾結(jié)束后迅速恢復近程增益控制（STC） 根據(jù)回波信號的遲延時間（距離），控制接收機增益中放瞬時包絡檢波器視放短時常數(shù)積分器IAGC部分至雷達接收機例如：R0=10km，G0=30dB，k=30dB

當R=20km時的增益為39dB2020/11/24463.5動態(tài)范圍和增益控制人工增益控制（MGC）

特點：控制范圍較大（4080dB），通常人工進行AGC/MGC選擇，少數(shù)只控視放，用于在復雜背景（干擾/多目標等）下輔助人工檢測和參數(shù)測量對數(shù)中放限幅中放例如：Si1=10-10W，k=106，kL=1mWSi=10-8W時，輸出功率為310-3W

Si=10-3W時，輸出功率為810-3W中放檢波器視放MGC電壓中頻信號輸入選擇開關(guān)合成MGCAGC中頻信號輸出STC

IAGC非線性中放會形成交調(diào)，產(chǎn)生大量的其它頻譜分量，必須通過中頻濾波器抑制2020/11/24473.6濾波和接收機帶寬3.6.1匹配濾波和準匹配濾波匹配濾波滿足最大信噪比準則的濾波器為匹配濾波器白噪聲背景中的匹配濾波器特性為：匹配濾波器的輸出信噪比：

準匹配濾波選擇物理可實現(xiàn)的實際濾波器和參數(shù)逼近匹配濾波器，稱為準匹配濾波，兩者輸出信噪比的比值定義失配損失：

2020/11/24483.6濾波和接收機帶寬3.6.1匹配濾波和準匹配濾波 各種常用準匹配濾波器的帶寬時寬積由求得Bopt。2020/11/24493.6濾波和接收機帶寬3.6.2接收機帶寬選擇警戒雷達 盡可能提高檢測信噪比，故按照Bopt設計帶寬

中頻帶寬：,為AFC跟蹤殘差視頻帶寬：跟蹤雷達 已有較高的檢測信噪比，需要提高時間測量精度，故按照包絡前沿時間設計中放和視放帶寬2020/11/24503.6濾波和接收機帶寬3.6.2接收機帶寬選擇舉例警戒雷達 發(fā)射矩形脈沖寬度0.5s，無AFC跟蹤殘差 接收機中放為5級參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為

跟蹤雷達發(fā)射矩形脈沖寬度0.5s，無AFC跟蹤殘差 接收機中放為5級參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為2020/11/24514、雷達終端顯示器與錄取設備4.1雷達終端顯示器4.2距離顯示器4.3平面位置顯示器4.4計算機圖形顯示4.5雷達數(shù)據(jù)的錄取2020/11/24524.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型與指標1.顯示信號類型 模擬顯示/一次顯示直接顯示接收機輸出的模擬信號 數(shù)字顯示/二次顯示顯示經(jīng)過數(shù)字信號處理后的數(shù)字信號2.顯示屏類型 CRT陰極射線管 LED LCD3.顯示色彩 單色，多色，彩色4.顯示目標信息 距離-幅度（距離顯示） 距離-方位-幅度（平面位置顯示） 距離-仰角/高度-幅度 距離-方位-仰角-幅度（空間位置顯示，如飛行員頭盔顯示） 綜合本課程主要討論：模擬/CRT/單色顯示器

2020/11/24534.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型與指標5.模擬/CRT/單色顯示器的主要指標 掃描方式不加信號時電子束在顯示屏上的軌跡形狀 直線掃描，圓周掃描，徑向圓周掃描，光柵掃描 目標回波信號對電子束的作用 偏轉(zhuǎn)調(diào)制，亮度調(diào)制 顯示亮度的保持時間 短余輝（s級），中余輝（ms級），長余輝（s級） 最小掃略線/亮點寬度d（mm） 最大顯示尺寸 圓形r（cm），矩形L（cm）W（cm） 最大分辨數(shù) 圓形4r2/d2，矩形LW/d2

2020/11/24544.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

1.距離顯示器原理：以掃略線偏離起點的掃略長度L（cm）代表目標距離R（km）， R=LC，C為標尺系數(shù)（km/cm）例如：C=10km/cm，

L=3cm，R=30km主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，掃略長度Lmax(cm)，標尺系數(shù)C=Rmax/Lmax

掃略時間T(ms)=Rmax/150km，偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/V)，偏轉(zhuǎn)電壓 Vmax=Lmax/S主要類型：A顯中短余輝偏轉(zhuǎn)

調(diào)制顯示器，直線掃

略，X偏轉(zhuǎn)長度正比

于距離，Y偏轉(zhuǎn)長度

正比于回波電壓幅度

發(fā)射主波目標回波加亮顯示距離刻度2020/11/24554.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

形成R顯的參數(shù)：量程RRmax(Km)，掃略長度LRmax(cm)，標尺系數(shù)CR=RRmax/LRmax掃略時間TR(ms)=RRmax/150km，偏轉(zhuǎn)電壓VRmax=LRmax/S

1.距離顯示器主要類型J顯中短余輝偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器，圓周掃略，正上方為距離0，順時針圓周弧長正比于距離，徑向偏轉(zhuǎn)正比于回波電壓幅度。由于圓形顯示器的周長是直徑的倍，所以J型顯示器具有較高的顯示精度A/R顯同A顯，但具有A顯的局部放大，發(fā)射主波目標回波距離刻度R顯發(fā)射主波目標回波A顯2020/11/24564.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

2.平面顯示器原理：以掃略線偏離正上方（正北）順時針角度表示方位，以掃略線距離圓心的長度表示距離R主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，max()，掃略長度Lmax(cm)，標尺系數(shù)C(Km/cm)，掃略時間T(ms)=Rmax/150km，偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A)偏轉(zhuǎn)電流Imax(A)=Lmax/S主要類型：P顯/PPI中長余輝亮度調(diào)制

顯示器，徑向-圓周掃略，回波電

壓幅度正比于亮度，亮弧與正北

夾角為方位，距圓心的長度為

距離正北452252703151351809090km目標2020/11/24574.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

2.平面顯示器B顯中余輝亮度調(diào)制顯示器，垂直-水平掃略，目標包絡電壓正比于亮度，亮點的水平投影為方位，

垂直投影為距離

-30-20-1001020306050403020100方位距離目標2020/11/24584.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

3.高度顯示器原理：以掃略線的水平投影長度表示距離R，以掃略線的垂直投影長度表示仰角（高度H）主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，max()，掃略長度Lmax(cm)，標尺系數(shù)

C(Km/cm)主要類型：E顯中長余輝亮度調(diào)制顯示器，水平-垂直掃略，目標包絡電壓正比于亮度，亮點的水平投影為距離R，亮點的垂直投影為仰角RHI顯中長余輝亮度調(diào)制顯示器，徑向-扇形掃略，目標包絡電壓正比于亮度，亮點的水平投影為地面距離D，亮點的垂直投影為高度HE顯仰角6050403020100距離0

20

40

60

80

100

120目標RHI高度水平距離目標10864200

20

40

60

80

100

1202020/11/24594.1雷達終端顯示器4.1.1顯示器的主要類型

4.情況顯示器和綜合顯示器表現(xiàn)除目標模擬信號以外的其他信息，如：目標敵我屬性，批號，航跡等5.光柵掃描雷達顯示器數(shù)字顯示，掃略線按照行或列固定掃略，所有顯示信息與顯示緩存區(qū)相連接正北452252703151351809090kmE001/339/75F001/140/50距離方位0600-3030左舵右舵00E001/-14/362020/11/24604.1雷達終端顯示器4.1.2對顯示器的主要要求根據(jù)任務要求選擇顯示器種類和數(shù)量 與雷達的任務、功能、目標環(huán)境密切相關(guān)對比度 與工作背景亮度密切相關(guān)圖像重顯頻率 模擬顯示與脈沖重復周期、天線掃描周期密切相關(guān) 數(shù)字顯示與視覺滯留有關(guān)，50Hz顯示失真和誤差2020/11/24614.2距離顯示器4.2.1A顯

A顯畫面1.1目標回波上偏轉(zhuǎn)1.2距離刻度下偏轉(zhuǎn)1.3水平掃略從左至右1.4亮度控制顯示與量程對應的時間1.5加亮控制對特定時間顯示加亮A顯波形與各級電壓發(fā)射主波目標回波加亮顯示距離刻度觸發(fā)脈沖水平掃掠刻度脈沖輝亮方波加亮脈沖目標回波2020/11/24624.2距離顯示器4.2.1A顯

A顯組成 方波產(chǎn)生器鋸齒電壓形成電路差分放大器振鈴電路限幅放大正向微分移動距標形成輝亮放大主要參數(shù)設計 示波管偏轉(zhuǎn)靈敏度：S(cm/V)，鋸齒電壓幅度：Vmax=Lmax/S 正程時間：T(s)，量程：Rmax=0.15T(Km)單位刻度：R(Km)，刻度波周期：T=R/0.15(s)2020/11/24634.2距離顯示器

舉例：某雷達A顯量程為300km，示波管偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.1cm/V，掃略線

長度為20cm，距離刻度為15km，目標距離25km，試求：正程掃略時間，2.掃略電壓幅度，3.刻度波周期，4.標尺系數(shù)，5.目標所在的掃略長度解：1.正程掃略時間Tmax=300km/150km=2ms 2.掃略電壓幅度V=20cm/(0.1cm/V)=200V 3.刻度波周期TC=15km/150km=100s 4.標尺系數(shù)C=300km/20cm=15km/cm 5.目標所在的掃略長度L(25km)=25km/15km=5/3cm2020/11/24644.2距離顯示器4.2.2A/R顯A/R顯畫面對A顯局部距離范圍進行放大顯示 R顯可有單獨的距離刻度A/R顯組成 單束A/R顯只有一個電子束， A/R各有掃描電路，按照 次序A-R-A分時進行，R在 A上空缺 雙束A/R顯同時有兩個電子束 和掃描電路，分別用作A顯 和R顯，R在A上加亮A顯R顯R顯A顯單束A/R顯雙束A/R顯2020/11/24654.3平面位置顯示器4.3.1畫面特點正上方對準正北方向， 順時針圓周角為方位圓心為雷達站位置， 徑向長度正比于距離目標回波為加亮弧段 回波信號幅度對應亮度方位刻度為等分直徑線 距離刻度為同心圓周線徑向掃略與雷達脈沖 重頻同步圓周掃略與雷達天線 方位圓周掃描同步正北452252703151351809090km目標主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，徑向掃略長度Lmax(cm)，標尺系數(shù)C=Rmax/Lmax

徑向掃略時間T(ms)=Rmax/150km，徑向偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A)，

徑向偏轉(zhuǎn)電流Imax=Lmax/S2020/11/24664.3平面位置顯示器4.3.2動圈式平面位置顯示器

由天線同步發(fā)電機帶動示波管同步電動機/偏轉(zhuǎn)線圈旋轉(zhuǎn)，形成圓周掃描，由偏轉(zhuǎn)線圈中鋸齒波電流驅(qū)動電子束徑向偏轉(zhuǎn)組成與波形

系統(tǒng)設計 距離掃略偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A)，鋸齒電流幅度Imax=Lmax/S 方位掃略由同步收發(fā)電機完成 距離刻度同A顯 方位刻度由天線刻度盤和光電檢測器完成方位刻度偏轉(zhuǎn)線圈同步電機回波方波產(chǎn)生距離刻度階梯電壓鋸齒電流輝亮放大信號混合2020/11/24674.3平面位置顯示器4.3.3定圈式平面位置顯示器 采用X/Y固定的偏轉(zhuǎn)線圈，經(jīng)過掃描電流的分解實現(xiàn)距離/方位掃描距離/方位掃描的力矩電流： 掃略電流的分解--旋轉(zhuǎn)變壓器 定圈式平面位置顯示器的組成方波產(chǎn)生鋸齒電流形成功率放大電流放大鉗位水平偏轉(zhuǎn)線圈振鈴電路輝亮放大陽極電流放大鉗位垂直偏轉(zhuǎn)線圈刻度形成混合電路陰極視頻放大方位刻度天線轉(zhuǎn)盤天線轉(zhuǎn)軸2020/11/24684.4計算機圖形顯示4.4.1計算機圖形顯示系統(tǒng)與分類系統(tǒng)的組成

計算機信號控制/處理/存儲電路顯示讀出裝置操作員/接口信號控制/處理/存儲電路（顯示卡）以顯示系統(tǒng)約定的格式保存需要顯示的全部圖形數(shù)據(jù)；顯示讀出裝置以約定的格式從存儲電路中讀出顯示數(shù)據(jù)，并將其表現(xiàn)在顯示屏幕上；操作員、計算機通信裝置通過人機界面，完成對顯示數(shù)據(jù)的實施修改和控制 分類根據(jù)CRT內(nèi)電子束的偏轉(zhuǎn)方式分類隨機掃描顯示器電子束根據(jù)顯示的內(nèi)容控制其在X、Y平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)（掃描）和亮度（Z），書寫速度快，掃描復雜，較少使用光柵掃描顯示器電子束按照規(guī)定的軌跡在X、Y平面內(nèi)進行偏轉(zhuǎn)（如由上至下、由左至右），根據(jù)顯示內(nèi)容控制電子束在偏轉(zhuǎn)過程中的軌跡亮度，書寫速度慢，掃描簡單，普遍使用2020/11/24694.4計算機圖形顯示4.4.2字符產(chǎn)生器主要技術(shù)指標 字符種類，字符尺寸（mn），書寫速率（字符/s），顯示效率（字符輝亮時間與書寫時間的比值）隨機掃描字符產(chǎn)生器

書寫步驟：1給出需要書寫的字符碼C和C在顯示器上的初始位置x0，y0，置入x,y計數(shù)器，字符譯碼邏輯查找其在字符庫中的存儲位置2給出書寫起始信號，同步控制邏輯發(fā)出存儲器讀出時鐘，存儲器依次給出x,y單位變化和輝亮3順序點陣法經(jīng)過確定的時鐘，書寫自行停止（每個字符具有相同的點陣數(shù)）；

程控點陣法存儲器讀出結(jié)束，輸出書寫停止（每個字符的點陣數(shù)不同）。字符碼C

字符譯碼邏輯

字符庫存儲器

同步控制邏輯

X計數(shù)器/ADC

x掃描y掃描Z輝亮y計數(shù)器/ADC

起止x0，y0隨機掃描字符產(chǎn)生器電路組成2020/11/24704.4計算機圖形顯示4.4.2字符產(chǎn)生器1.順序點陣法規(guī)定：起點、終點、x,y順序、點陣數(shù)mn，只需要進行字符輝亮分解{zi,}mn特點：xy規(guī)則變化（與字符無關(guān)），每個字符具有相同mn舉例：字符A，75點陣，起點、終點、順序如圖，分解得到的輝亮點陣順序如下表

12345678

21

22

3514

15

28

292020/11/24714.4計算機圖形顯示4.4.2字符產(chǎn)生器2. 程控點陣法(xy階躍變化，每個字符點陣數(shù)不同)規(guī)定：起點/方向，按字符軌跡分解{xi+,xi-,yi+,yi-,zi}i

特點：書寫效率高，每個字符的分解點陣數(shù)不同舉例：起點左下角，x,y正方向如圖中箭頭，書寫順序如紅線所連，結(jié)果見下表3. 單位線段法(xy連續(xù)變化，其余同程控點陣法)光柵掃描字符產(chǎn)生器 全屏幕的順序點陣法字符產(chǎn)生器

12020/11/24724.4計算機圖形顯示4.4.3矢量產(chǎn)生器矢量與圖形具有一定方向和長度的直線稱為矢量，圖形可表現(xiàn)為一組首尾相接的矢量的集合矢量產(chǎn)生器作圖原理單條矢量的完成時間：1/f在該時間里發(fā)生的計數(shù)脈沖數(shù)：|x||x|Sgn(x)數(shù)字倍頻器可逆計數(shù)器DAC時鐘f掃描輸出2020/11/24734.4計算機圖形顯示4.4.3矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器負邊沿計數(shù)分頻，正邊沿微分輸出分頻器1分頻器4分頻器3分頻器2與門1與門2與門3與門4|x|4|x|3|x|2|x|1或門ckF1F2F3F4ckF1F2F3F4由各增量位選擇相應的分頻器正邊沿微分輸出，經(jīng)或門用作計數(shù)脈沖2020/11/24744.4計算機圖形顯示4.4.3矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器作圖過程1.|x|，|y|送對應寄存器，線長檢測器按照高位共有0數(shù)設置分頻鏈位置2.啟動分頻鏈對ck分頻，產(chǎn)生相應的計數(shù)脈沖進行加減計數(shù)，經(jīng)DAC輸出掃掠電壓3.檢測到分頻鏈全0（也可作下段矢量繪圖啟動），本段矢量繪制結(jié)束。

|x|Sgn(x)Sgn(y)|y||x|寄存器全0檢測器N級分頻鏈X符合門xDACX可逆計數(shù)器|y|寄存器線長檢測器起停控制yDACY可逆計數(shù)器Y符合門2020/11/24754.4計算機圖形顯示4.4.3矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器作圖過程1.|x|，|y|送對應寄存器，移位控制按照高位共有0數(shù)設置寄存器移位2.啟動兩個累加器按ck時鐘累加.|x|，|y|，產(chǎn)生相應的進位脈沖進行加減計數(shù)，經(jīng)DAC輸出掃掠電壓3.檢測到兩個累加器全0（也可作下段矢量繪圖啟動），本段矢量繪制結(jié)束。

|x|Sgn(x)Sgn(y)|y||x|寄存器全0檢測器X累加器xDACX可逆計數(shù)器|y|寄存器移位控制起停控制yDACY可逆計數(shù)器Y累加器2020/11/24764.4計算機圖形顯示累加法矢量產(chǎn)生器 初始全零，用累加器的溢出作為矢量增/減的時鐘，結(jié)束全零 |x|寄存x累加器x掃掠計數(shù)器xDAC 移位控制全零檢測 |y|寄存y累加器y掃掠計數(shù)器yDAC累加器長度n決定矢量的最大長度 移位控制使|x|、|y|的最高位不同時為0，自適應調(diào)整作圖的時間。Sgn(x)Sgn(y)啟停2020/11/24774.5雷達數(shù)據(jù)的錄取4.5.1引言

檢測、測量、記錄、保存和分發(fā)目標數(shù)據(jù)稱為雷達數(shù)據(jù)的錄取人工錄取由人操作完成上述過程半自動錄取由人完成目標檢測和引導，設備完成其他過程全自動錄取由設備完成上述過程4.5.2目標距離數(shù)據(jù)的錄取——距離編碼器 計數(shù)脈沖距離計數(shù)器0距離脈沖（清零）檢測脈沖目標計數(shù)器距離存儲器各目標距離輸出

影響距離錄取精度的因素：距離量化誤差，脈沖前沿斜率（噪聲），系統(tǒng)穩(wěn)定度4.5.3目標角坐標數(shù)據(jù)的錄取—光電轉(zhuǎn)換讀取角度碼盤

單向增量碼盤雙向增量碼盤二進制碼盤循環(huán)碼盤低位（15-16）高位單向掃描雙向掃描任意相鄰碼只差一位正北2020/11/24785、雷達作用距離5.1雷達方程5.2最小可檢測信號5.3脈沖積累對檢測性能的改善5.4目標截面積及其起伏特性5.5系統(tǒng)損耗5.6傳播過程中各種因素的影響5.7雷達方程的幾種形式2020/11/24795.1雷達方程5.1.1基本雷達方程——表現(xiàn)空間能量關(guān)系

5.1.2目標的雷達截面積（RCS）

分別為散射總功率，入射功率密度，距離R處的散射功率密度。通常采用如下的測試方法：1.測量距離R處鍍金或銀的標準金屬球(0)回波信號功率2.測量距離R1處的目標回波信號功率 ， 盡量使R=R1，以便降低不同大氣衰減的影響3.計算2020/11/24805.1雷達方程例如：某雷達測得20km處10m2標準金屬球的回波信號功率為 10-12W，在同樣距離處測得目標的回波信號功率為510-12W，計算可得該目標的雷達截面積為=10m2

5=50m2。

注意：

的散射默認為各方向相同(無方向性，如標準金屬球)，而實際目標的散射都具有方向性，因此它是目標入射角的函數(shù)，與目標的物理投影面積不同。例如：邊長為a的三角形反射器，當電

磁波 從35錐角內(nèi)入射時，=4a4/(32)， 若a=1m，=3cm，則=4654m2aaa2020/11/24815.2最小可檢測信號5.2.1最小可檢測信噪比D0（M）

滿足檢測性能要求（虛警概率，發(fā)現(xiàn)概率）時，在接收機線性系統(tǒng)輸出端單個脈沖檢測需要的最小信噪比5.2.2門限檢測

將接收機輸出信號與檢測門限進行比較，高于門限時判為有目標判決結(jié)果存在4種可能1.無目標判為有目標稱為虛警，虛警概率2.3.有目標判為有目標稱為發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)概率4. 其中只有兩種獨立結(jié)果：虛警，發(fā)現(xiàn)（檢測）無目標判為無目標，概率有目標判為無目標稱為漏警，概率VT目標t2020/11/24825.2最小可檢測信號5.2.3檢測性能和信噪比解決虛警與發(fā)現(xiàn)概率的矛盾N-P準則：首先滿足虛警概率的要求，然后達到發(fā)現(xiàn)概率最大。恒虛警（CFAR）檢測門限此時達到的最大發(fā)現(xiàn)概率

結(jié)論：對于給定的，僅是信噪比的函數(shù)2020/11/24835.2最小可檢測信號其它常用描述檢測特性的參數(shù)平均虛警寬度：，發(fā)生一次虛警的平均時間寬度，近似為等效噪聲帶寬（接收機帶寬）的倒數(shù)平均虛警時間：，發(fā)生虛警的平均時間周期，因為虛警數(shù)：，在時間里最大可能出現(xiàn)的虛警次數(shù)重要設計：P137圖5.7例如：虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9，查圖可得2020/11/24845.3脈沖積累對檢測性能的改善在目標方向發(fā)射的每一個信號都會存在目標回波，短時間內(nèi)距離不變。將相同距離單元的n個回波信號求和，再進行信號檢測稱為脈沖積累。在中頻求和時稱為中頻積累（相參積累/線性），在視頻求和時稱為視頻積累（非相參積累/非線性）。5.3.1積累的效果相參積累的信噪比改善：n倍。因為n個同相正弦波疊加后功率提高n2倍，n個非相關(guān)噪聲疊加后功率提高n倍，因此相參積累后信噪比改善n倍非相參積累的信噪比改善倍。是信號與噪聲合成包絡的疊加，無解析式，由P139/140圖5.9/5.10查表計算D0(n),表中單位為dB組合積累n個脈沖中，每m個作相參積累，n/m個再作非相參積累，其檢測因子：D0=D0(n/m)-10lgmdB積累后的檢測因子2020/11/24855.3脈沖積累對檢測性能的改善舉例：某雷達脈沖積累數(shù)為25，虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9，試求其在相參積累、非相參積累、m=5時組合積累條件下的檢測因子解：1.由圖5.7查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時的單個脈沖檢測因子為13dB，相參積累時2.由圖5.10查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時,非相參積累D0(25)=2.2dB3.由圖5.10查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時,非相參積累D0(25/5)=7.3dB 組合積累5.3.2積累脈沖數(shù)的確定

分別為雷達脈沖重復頻率，波束在目標方向的駐留時間和目標在雷達距離分辨單元的駐留時間。對方位機械掃描雷達 分別為方位波束寬度，掃描速度和仰角； 分別為雷達的距離分辨和目標徑向運動速度

2020/11/24865.3脈沖積累對檢測性能的改善設計舉例某雷達發(fā)射功率105W，G=30dB，=10cm，接收機噪聲系數(shù)F=6dB，等效接收機帶寬2MHz，天線圓周掃描，6轉(zhuǎn)/分鐘，方位波束寬度3，重頻500Hz，相參積累，Pfa=10-10，Pd=0.5，仰角0，求其對RCS為1m2非起伏目標的作用距離。解：1.計算脈沖積累數(shù)掃描速度2.求M根據(jù)Pfa=10-10，Pd=0.5，查P137圖5.7得D01=13.6dB相參積累改善后的D0=13.6-16.2=2.6dB3.求接收機靈敏度Simin=-114dBm+6+10lg2-2.6=-107.59dBm4.計算作用距離2020/11/24875.4目標截面積及其起伏特性5.4.1點目標特性與波長的關(guān)系 以半徑為r的鍍金或銀金屬球測試結(jié)果

目標雷達截面積與球半徑r的關(guān)系(可推廣到一般目標)：瑞利區(qū)：r<<，<<r2，目標散射很弱，成透射狀態(tài)諧振區(qū)：r，r2，目標散射呈現(xiàn)諧振特性，半波長箔條干擾光學區(qū)：r>>，=r2，目標散射特性相對穩(wěn)定，主要目標/r22r/112020/11/24885.4目標截面積及其起伏特性5.4.2常用簡單形狀目標的雷達截面積(裁剪自P143表5.1、表5.2)2020/11/24895.4目標截面積及其起伏特性5.4.3目標特性與極化的關(guān)系

目標散射矩陣

無源物體滿足收發(fā)極化互易性： 為主極化散射面積，也是無源目標散射的主分量。因此一般雷達具有相同的收發(fā)信號極化，且共用同一天線。與入射方向?qū)ΨQ的目標滿足正交極化分量對消性：利用目標極化散射矩陣可識別目標特性，例如先發(fā)射，正交接收再發(fā)射，正交接收 ，利用得到完整的目標散射矩陣。觀察雷達天線波導口的狀態(tài)，可判斷其極化(垂直于長邊方向)。為水平、垂直入射電場的功率密度2020/11/24905.4目標截面積及其起伏特性5.4.4復雜目標的雷達截面積由多個不同形狀、不同位置的物體共同組成的目標稱為復雜目標，它的雷達截面積是一系列小散射體雷達截面積的矢量合成：雷達的分辨能力： 距離分辨 ，例如帶寬為10MHz的雷達信號一般雷達角度分辨點目標：目標尺寸<V,面目標/體目標：目標尺寸>V,本章討論點目標。

復雜目標是電波入射方向的復雜函數(shù)，參見P147圖5.12,起伏30dB復雜目標舉例，P148表5.3，一般以各向平均值表示。2020/11/24915.4目標截面積及其起伏特性5.4.5目標起伏模型

目標隨時間的變化稱為起伏（相對運動引起），歸納為4種極限情況。

模型號分布振幅A分布散射點分布相對運動Swerling1均勻慢速，掃描間起伏(S級)Swerling2 快速，脈間起伏(ms級)Swerling3 非均勻,有強散射點慢速，掃描間起伏Swerling4快速，脈間起伏對檢測性能的影響：通過查表P151圖5.15，修訂起伏模型對D0的影響。例如發(fā)現(xiàn)概率0.5時，情況1/2損失2.7dB，情況3/4損失1dB發(fā)現(xiàn)概率0.9時，情況1/2損失8dB，情況3/4損失4.2dB2020/11/24925.5系統(tǒng)損耗射頻傳輸損耗 由于射頻信號在系統(tǒng)內(nèi)傳輸引起的損耗，如轉(zhuǎn)換開關(guān)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，傳輸波導等天線波束形狀損失 天線波束寬度邊緣增益低于最大值引起疊加損失 參與積累的脈沖中有一部分不含有目標信號引起設備不完善損失 匹配濾波不理想，時間/頻率漂移，信號采集邊緣化等引起其他損失對作用距離的影響：

2020/11/24935.6傳播過程中各種因素的影響5.6.1大氣傳播影響大氣衰減由大氣中水蒸氣和氧氣形成，與波長、仰角、氣象條件有關(guān)，主要特點：1.頻率越高衰減越大，氧氣衰減在40GHz以下較平緩，100GHz附近有小衰減區(qū)(稱為傳播窗)，所以遠程雷達選用較低頻率2.測量單程衰減 ,晴天地面雷達：P157圖5.18，雨霧天圖5.193.對雷達作用距離查P158圖5.20修正，修正方法 a)首先計算無衰減時作用距離Rmax，再查圖得到有衰減時Rmax

b)首先根據(jù)有衰減Rmax查圖得到Rmax，再分配計算無衰減時作用距離例如：求10cm波長雷達，5仰角，在晴天和小雨天對300km目標的單程衰減解：將km換算為海里 海里，由圖5.18b查得雙程衰減0.73dB，求得此時單程衰減為

小雨天由圖5.19查得單程雨衰減0.01dB/km全天候雷達按照考核的天氣條件計算作用距離

雷達最大作用距離是在中取最小值2020/11/24945.6傳播過程中各種因素的影響5.6.1大氣傳播影響大氣折射與雷達直視距離由于電磁波呈直線傳播，雷達頻段主能量透射大氣層，地球曲率影響作用距離；大氣密度非均勻，使電磁波傳播會向地表彎曲，對作用距離有一定的改善。考慮大氣折射后的等效地球半徑為R=8490km

直視距離

例如：海岸邊天線高度10m的雷達，觀測海面2m目標的直視距離為雷達探測需要同時滿足能量條件和直視距離條件，所以實際最大作用距離是在兩者中取最小值 雷達天線都應具有盡可能大的高度RRRhahtRaRt2020/11/24955.6傳播過程中各種因素的影響5.6.2地面或水面反射對作用距離的影響條件：主瓣打地(0.5),且存在地/水面鏡反射(表面粗糙度</8)多徑路程差分析

對雷達最大作用距離的影響雷達RR1R2haht目標解決方法：1.采用垂直極化波減小鏡反射2.采用較高的頻率避免鏡反射2020/11/24965.7雷達方程的幾種形式5.7.1二次雷達方程

在目標上加裝收發(fā)信機與雷達收發(fā)信號相互協(xié)同工作稱為二次雷達第1收發(fā)信機作用距離：第2收發(fā)信機作用距離：二次雷達作用距離：舉例：某地面測控雷達發(fā)射功率100W，波長10cm，收發(fā)天線增益30dB，接收機靈敏度-120dBm，星上應答機發(fā)射功率10W，收發(fā)天線增益20dB，靈敏度-110dBm，忽略大氣衰減與直視距離，求其作用距離解：特點1.協(xié)作目標2.作用距離遠2020/11/24975.7雷達方程的幾種形式5.7.2雙基地雷達方程

收發(fā)不在相同位置處的雷達為雙多基地雷達接收信號功率：條件：收發(fā)天線均對準目標作用距離：舉例：某地面雙基地雷達發(fā)射功率105W，波長10cm，收發(fā)天線增益30dB，接收機靈敏度-120dBm，目標的側(cè)向雷達截面積1m2,忽略大氣衰減，求其作用距離積解：發(fā)射接收目標R1R2特點：雙基地雷達作用距離沒有明顯差別，但收發(fā)信號時間、空間、頻譜同步復雜有利于隱蔽接收，抗干擾，反隱身，發(fā)射源可借用多種形式2020/11/24985.7雷達方程的幾種形式5.7.3用信號能量表示的雷達方程在雷達方程中帶入?yún)?shù)條件：相參積累數(shù)M，按照準匹配濾波選擇帶寬，失配損失CB，帶入雷達方程主要表明：照射目標的能量越大，作用距離越遠，包括增加脈沖積累數(shù)M，提高發(fā)射功率Pt，加大脈寬，提高天線增益。5.7.4搜索雷達方程在雷達方程中帶入?yún)?shù)條件：主要表明：搜索空間越小，搜索時間Tf越長，作用距離越遠2020/11/24995.7雷達方程的幾種形式5.7.5跟蹤雷達方程在t0時間內(nèi)連續(xù)跟蹤一個目標，帶入?yún)?shù)帶入雷達方程：

主要表明：天線在目標方向跟蹤的時間t0越長，作用距離越遠雷達可用天線連續(xù)照射目標方向方式提高作用距離(距離燒穿)但t0仍然會受到目標在雷達分辨單元內(nèi)駐留時間的限制2020/11/241005.7雷達方程的幾種形式5.7.5干擾環(huán)境下的雷達方程有源干擾雷達天線指向目標，干擾天線指向雷達接收有源干擾功率：

接收目標回波功率： 忽略接收機內(nèi)噪聲影響，檢測目標需要的信干比得到有源干擾環(huán)境下的雷達方程分別為干擾發(fā)射功率(W)，天線增益(倍)，雷達在干擾方向天線增益(倍)，干擾極化失配損失(典型值0.5)，干擾機距離(m)，干擾信號帶寬(Hz)，雷達信號帶寬(Hz)雷達干擾目標RRj2020/11/241015.7雷達方程的幾種形式5.7.5干擾環(huán)境下的雷達方程舉例：某雷達發(fā)射功率105W，波長10cm，收發(fā)天線增益30dB，線極化，接收機帶寬2MHz，靈敏度-120dBm，目標的雷達截面積1m2,自衛(wèi)干擾機的發(fā)射功率100W,干擾發(fā)射天線增益10dB，圓極化，干擾帶寬10MHz，(S/N)0=10-1，忽略大氣衰減，試求其在無干擾和有干擾時的最大作用距離解：無干擾自衛(wèi)干擾時 方程簡化為2020/11/241025.7雷達方程的幾種形式5.7.5干擾環(huán)境下的雷達方程目標處于無源干擾物中，接收無源干擾功率：體雜波 ，0為單位體積無源干擾的雷達截面積

面雜波 ，0為單位面積無源干擾的雷達截面積

忽略接收機內(nèi)噪聲影響，檢測需要的信雜比：舉例：某艦載雷達的距離、方位、仰角分辨力分別為150m，2，5，波長10cm，目標艦艇的雷達截面積為8000m2,距離1km，脈沖寬度1s，如果(S/C)0=0.3，試求：1.箔條云干擾時的箔條數(shù)量，2.波條走廊干擾時的箔條密度解：1.箔條云干擾時 2.波條走廊干擾R0.5R0.5c/2R0.5Csec/22020/11/241036、目標距離的測量6.1脈沖法測距6.2調(diào)頻測距法6.3距離跟蹤原理6.4數(shù)字式自動測距器2020/11/241046.1脈沖法測距6.1.1基本原理

測量目標回波脈沖包絡的遲延時間tr

，主要分為前沿測量法以回波脈沖包絡過門限的時刻度量tr，受波形、 噪聲影響較大；中值測量法以包絡過門限且兩側(cè)波門內(nèi)能量相等度量tr， 受波形、噪聲影響較小6.1.2影響測距精度的因素

電波傳播誤差c(c=299792km/s0.001，是空間位置的函數(shù))時間測量（判讀）誤差tr

6.1.3距離分辨力和測距范圍

距離分辨力 d光點直徑(cm)，vn光點掃描速率cm/s測距范圍最小距離 ，t0為恢復時間； 最大無模糊測距： 解模糊測距：

N為最大可解模糊數(shù)trVTtrVT2020/11/241056.1脈沖法測距6.1.4判距離模糊的方法雙重頻解模糊假設采用兩種重頻互質(zhì)，且相差很小，測量方程為： 其中未知。作如下判斷：如果 ，則 ，如果 ，則 從而實現(xiàn)解模糊計算 但在多目標時存在組合錯誤例如：某雷達采用100s和105s兩種重復周期，當2目標位于20km和220km時，求其遲延時間和對兩種重頻的遲延尾數(shù)，并驗證解模糊算法解：遲延時間 尾數(shù)解模糊計算

2020/11/241066.1脈沖法測距6.1.4判距離模糊的方法舍脈沖去模糊方法在發(fā)射脈組中舍脈沖(下圖中紅色脈沖)檢測從發(fā)射舍脈沖到接收舍脈沖之間的脈沖重復周期整數(shù)m和尾數(shù)tr解模糊計算：各種解模糊方法對多目標環(huán)境都可能造成組合錯誤，因此一般脈沖雷達探測均采用無模糊測距方法trmTr2020/11/241076.1脈沖法測距舉例：某雷達采用150s和160s兩種脈沖重復周期，當目標距離為192km時，試求：1.目標回波的無模糊遲延時間，2.兩種重復周期下的有模糊遲延時間，3.進行距離解模糊的計算解：1.無模糊遲延