HotZ-雷达原理与系统-第一章-绪论part2

雷达原理第一章绪论§1.1.1雷达回波中的可用信息雷达回波中的可用信息距离和空间角度目标位置变化（时间变化规律）目标尺寸和形状（分辨率）目标形状的对称性（极化）表面粗糙度及介电特性雷达坐标系αβ球（极）坐标系斜距R，雷达到目标的直线距离方位角α，目标斜距R在水平面上的投影OB与某起始方向（参考方向）在水平面上的夹角仰角β，目标斜距R与其在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角圆柱坐标系水平距离D，方位角α，高度HD=Rcosβ；H=Rsinβ；α=αα雷达的基本工作原理单基地脉冲雷达收发开关天线大气目标反射大气天线收发开关发射机接收机电信号电磁波回波测距tr2rctR2rRtcC：光速，利用发射信号回波时延求得例：一单基地脉冲雷达目标回波时延为1μs，求目标离雷达的距离。解：由公式2rctR代入参数可得150Rm常见时延与距离：1μs－－0.15km，6.67μs－－1km，12.3μs－－1.852km（1海里），10μs－－1.5km，100μs－－15km，1ms－－150km，测距精度与发射信号（时宽）带宽（或处理后脉冲宽度）有关，脉冲越窄、性能越好测角利用天线方向性实现目标角位置：方位角α仰角βα接收回波最强时的天线波束指向天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力提高角位置还可以利用两个分离接收天线收到信号的相位差来决定2π弧度＝360°＝6000密位，1密位＝0.06°测速利用回波多普勒频移测相对速度2rdvfrvvcosrvvfd：多普勒频移（Hz）vr：雷达与目标之间的径向速度（m/s）λ：载波波长（m）当目标向着雷达运动时，0vr，回波载频提高；反之0vr，回波载频降低。径向速度也可用距离的变化率来求得目标的尺寸和形状利用足够高的分辨力获得22ccRB012kD距离分辨力：角分辨力：τ：脉冲宽度B：信号带宽β0：天线半功率宽度λ：信号波长D：天线孔径常用提高切向维分辨力的方法：当雷达和目标间有相对运动时出现fd，利用多普勒频域的分辨力来获得切向维的分辨力。典型应用：SAR、ISAR习题已知脉冲雷达中心频率f0＝3000MHz，回波信号相对发射信号的延迟时间为1000μs，回波信号的频率为3000.01MHz，目标运动方向与目标所在方向的夹角60°，求目标距离、径向速度与线速度。rvv2rctR2rdvfcosrvv§1.1.2雷达探测能力→基本雷达方程距离R处任一点处的雷达发射信号功率密度：考虑到定向天线增益G：以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：雷达收到功率：最大测量距离：当接收功率为接收机最小检测功率Smin时：雷达天线接收面积战术参数：与战术使用有关的参数技术参数：为保证战术参数分配到雷达各组成部分的技术指标§1.1.3雷达的战术和技术参数战术参数通常包括：威力范围、威力范围内的多目标探测能力、精度（测量值与真实值之间的最小误差）、分辨能力（所能区分的最小目标空间范数值）、体积、重量、尺寸、无故障工作时间、故障恢复时间等等。技术参数通常包括：雷达天线、发射机、接收机等技术指标。如：天线波束（形状，宽度），增益，带宽，频率范围，工作方式，灵敏度，功率等。收发开关第二节雷达的基本组成脉冲雷达基本组成辐射能量和接收回波产生发射信号收发隔离高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大消除不需要的信号及干扰,通过或加强由目标产生的回波信号原始视频，或经过处理的信息雷达的频率和时间标准控制天线转动发射机：产生辐射所需强度的脉冲功率。脉宽τ，重复频率fr直接振荡式：在脉冲调制器控制下产生的高频脉冲功率被直接馈送到天线。主振放大式：由高稳定度的频率源（频综器）作频率基准，在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串，在发射机中放大并驱动末级功放来获得大功率馈给天线。频率稳定度高，每次辐射是相参的，便于回波信号作相参处理。可产生所需的各种复杂脉压波形天线脉冲雷达天线具有强方向性。方向性越强，波瓣宽度越窄，雷达测向的精度和分辨力越高。天线常为抛物面反射体，馈源在焦点上，反射体将高频能量聚成窄波束。天线的扫描方式机械扫描电子扫描平面相控阵电子扫描阵列天线收发开关收发共用天线雷达系统所特有发射时接收时通发射机，断接收机端，避免强大的发射功率进入接收机，烧毁接收机高放混频部分。通接收机，断发射机端，避免微弱的接收功率因发射机旁路而更加减弱。组成高频传输线和放电管，或环行器及隔离器接收机结构多为超外差式，由高放、混频、中放、检波、视放等电路组成。放大回波信号信号处理消除不需要的信号（杂波等）及干扰，通过或加强目标回波信号。信号处理含多普勒滤波（PD雷达中）和MTI，亦含复杂信号的脉压。数据处理检测判决后作数据处理。如自动跟踪、目标识别。数据处理输入端的杂波剩余可用CFAR等技术加以补救。第三节雷达的工作频率f=c/λ只要是通过辐射电磁能量，利用从目标反射回来的回波对目标探测和定位，都属于雷达系统的工作范畴。常用雷达工作频率范围：220MHz～35GHz天波超视距雷达（OTHR）：4MHz～5MHz地波超视距雷达：2MHz毫米波雷达：94GHz雷达频段划分和对应频率－－书P7，表1.1频率选择因素：体积、分辨力、用途、功能国际电讯联盟高频（HF）（短波）3~30MHz甚高频（VHF）（米波）30~300MHz特高频（UHF）（分米波）300M~3GHz超高频（SHF）（厘米波）3~30GHz极高频（EHF）（毫米波）30~300GHz►1979年日内瓦国际无线电波管理会议雷达常用频段雷达频段划分和对应频率频率选择因素：体积、分辨力、用途、功能UHF300~1000MHzL1~2GHzS2~4GHzC4~8GHzX8~12GHzKu12~18GHzK18~27GHzKa27~40GHzmm40~300GHz工作波长(频率)的选择从接收机灵敏度来看，须考虑所选λ下接收机内部噪声和大气噪声大小以及电磁波在大气中的衰减，λ应长一些。从提高距离分辨率、角分辨率、天线增益的角度来看，希望λ要短一些。从目标检测来看，目标的散射特性与λ有关：当目标尺寸λ时，目标对电磁波以散射为主，以绕射为辅，RCS大；当目标尺寸λ时，目标对电磁波以绕射为主，以散射为辅，RCS小；对隐身目标，波长在两个极端即米波或毫米波为好。从地面或水面的反射影响来看：水平极化的米波雷达，由于地面反射，波瓣分裂；地面反射对厘米波影响较小，故中等作用距离的引导雷达均采用厘米波段。从杂波干扰的影响来看：在目标（飞机）与云、雨相混的情况下，由于飞机的尺寸远大于水滴的尺寸，依目标的反射特性，采用大的λ可以提高输入信杂比。当目标（飞机）以地物为背景时，由于飞机的尺寸远小于地物的尺寸，依目标的反射特性，采用小的λ较好。第四节雷达的应用和发展按应用平台分按作用分军用民用按信号形式分按角度跟踪分按测量目标的参量分按信号处理方式分按天线扫描方法分§4.1.1雷达的应用太空，空中，地面，海上（空基，地基，海基）探测，定位，跟踪预警雷达（超远程雷达），洲际导弹，洲际轰炸机；搜索和警戒雷达，飞机；火控雷达，火炮；制导雷达，导弹；战场监视雷达，坦克，车辆，人员；无线电测高仪；雷达引信气象雷达，航行管制（空中交通雷达），遥感，测速脉冲，连续波，脉冲压缩（LFM/相位编码）等单脉冲，圆锥扫描雷达，隐蔽锥扫雷达等测高，两坐标，三坐标，测速，目标识别等分集雷达，相参，非相参积累雷达，动目标显示雷达，合成孔径雷达等机械扫描，相控阵，频扫等VHLSI（VeryHighLargeScaleIntegration）和VLSI数字技术和计算机的发展和应用SAR，ISAR脉压（满足距离分辨力和电子对抗的需要）固态功率源平面阵列天线代替抛物面目标的分类与识别§1.4.2雷达的发展第五节电子战与军用雷达的发展§1.5.1电子战的科学定义几个概念电子战：EW，ElectronicWarfare电子对抗：ECM，ElectronicCountermeasure电子反对抗：ECCM，ElectronicCounter-Countermeasure，信息战：InformationWarfare信息运作（军事行动）：InformationOperation雷达反干扰隐身和反隐身的斗争反侦察和反摧毁§1.5.2军用雷达的发展