雷达介绍

电子系统——雷达系统第一讲介绍2“活雷达”－蝙蝠3雷达RADAR——RAdioDetectionAndRanging4原理5电磁波谱6电磁波波段频段波长传播方式主要用途长波/地波100kHz~300kHz3000m～1000m地波。主要沿地球表面绕射传播超远程无线电通信和导航中波300kHz~3MHz1000m～100m地波和天波。主要沿地球表面绕射传播和经电离层反射传播调幅(AM)无线电广播电报通信短波HF3MHz～30MHz100m～10m天波。主要经电离层反射传播，其次是沿着地球表面传播超短波（米波VHF甚高频）30MHz～300MHz10m～1m主要在自由空间作直线传播，其次是沿着地球表面传播和经电离层反射传播调频(AM)无线电广播电报通信微波300MHz~300GHz1m~1mm在自由空间作直线传播电视、雷达、导航78一、雷达的任务目标距离的测量目标方位和仰角的测量相对速度的测量目标尺寸和形状的测量目标形状的对称性目标的粗糙度和介电特性9二、雷达和无线电通信的比较所用的电磁波频率不同：一般来说雷达所用频率更高目的不同：无线电通信的目的是实现点对点的信息传输，雷达的目的是通过接收目标的反射信号确定目标的属性（空间位置、速度、类型等）天线形式不同：无线电通信一般通过全向天线完成；雷达为了完成目标定位和提高作用距离，天线的方向性很强侧重点不同：无线电通信主要考虑的是传输信道的容量、传输信号的保密性和如何确保信号在传输过程中不失真；雷达主要考虑的是如何快速地发现更远的目标，如何从目标回波中获取更多、更准确的目标信息。10二、雷达和无线电通信的比较雷达与无线电通信的共同点：二者的理论基础是一致的，都涉及到电路与系统、电磁场与微波技术、信号与信息处理、计算机应用等学科；电子系统大部分相似，都包括发射机，接收机，信号处理机等。总体来说，雷达系统比通信系统要复杂得多；雷达对信息获取的要求更高、难度更大；雷达的信号形式更多，更复杂，信号处理更复杂。11三、雷达的发展历史•1842年，奥地利物理学家多卜勒——率先提出了速度与音高关系的多卜勒效应。•1865英国物理学家Maxwell——描述了电磁场理论•1886德国物理学家Hertz——发现了电磁场并证明了Maxwell的理论12三、雷达的发展历史•1904年，德国工程师Hulsmeyer——发明了用电磁波测量船距的装置（第一次雷达测试）•1922年，马可尼在美国电器及无线电工程师学会发表演说，讲题是可防止船只相撞的平面波雷达。13三、雷达的发展历史•1924年，英国阿普利顿首次成功进行无线电测距试验，利用无线电回波测定电离层的高度。•1930年NRL的汉兰德采用连续波雷达探测到了飞机。•1938年美国无线电（RCA）研制出第一部使用的XAF舰载雷达，安装在美国“纽约”战舰，对海面舰船探测距离为20km，对飞机为160km.•1939年，英国在飞机上安装了一部200MHz的雷达，用来监视入侵的飞机，这可以称为第一部机载预警雷达。•第二次世界大战中空用和海用雷达大多数工作在超高频(UHF300M~3000M)。大战末期，利用雷达的高射炮命中率从5000发50发击中一架飞机。14三、雷达的发展历史•1943年，高功率的磁控管投入生产后，微波雷达正式问世。而低功率的速调管在很长一段时间内只用作超外差接收机的本振。•1947年，美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达•50年代，大功率的速调管开始应用于雷达，发射功率比磁控管大两个数量级。•50年代中期，美国装备了超视距预警雷达系统，可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。•1959年，美国通用电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。15三、雷达的发展历史•60年代，电扫描相控阵天线。美国AN/SPS-33防空相控阵雷达工作于S波段（2G～4GHz,10cm），方位机械扫描，仰角电扫描。•1964年，美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造地球卫星或空间飞行器。•60年代，NRL美国海军实验室研制成探测距离在3700km以上的“麦德雷”高频超视距雷达，首先证明了超视距雷达探测飞机，弹道导弹和舰艇的能力，还能确定海面状况和海洋上空风情的能力。16三、雷达的发展历史•合成孔径雷达、相控阵雷达、脉冲多普勒雷达在70年代得到新的发展。•70年代中期，合成孔径雷达的计算机成像。装在卫星的合成孔径雷达获得分辨率25×25m的雷达图像，1cm波段的机载合成孔径雷达可以达到0.09m2的分辨率。•70年代越南战争后期，出现用甚高频（VHF）雷达探测地下坑道。•空间应用方面，雷达用来帮助“阿波罗”飞船在月球着陆，在卫星方面被用作高度计，测量地球及其表面的不平度。•70年代，“丹麦眼镜蛇”雷达是一部又代表性的大型高分辨率相控阵雷达，美国将该雷达用于观测，跟踪苏联勘查加半岛下靶场上空的多个再入弹道导弹的弹头。17三、雷达的发展历史•80年代，相控阵雷达大量应用于战术雷达。这个时期，出现美国陆军的“爱国者”，海军“宙斯盾”和空军的B-1B系统。•空间监视雷达，“铺路爪”全固态大型相控阵雷达是一个重大发展。•90年代，海湾战争的刺激，雷达进入新的发展时期：对雷达的观察隐身目标能力，在反辐射弹（ARM）与电子战（EW）条件下的生存能力和有效性提出高要求。对雷达测量目标特征参数，目标分类，目标识别提出更强烈的要求。•双/多基地雷达与雷达组网技术，与无源雷达及其他的传感器综合，实现多传感器数据融合在当今雷达发展中占有重要地位。18三、雷达的发展历史捷克“塔马拉”雷达系统(被动雷达)分析空中商用电台、电视的频率和信号特征及其他信号的波动状态来侦测隐形飞机。19四、雷达的应用1、远程预警雷达美国“铺路爪”弹道导弹防御，探测洲际导弹，和绕地球的卫星420－450兆赫（UHF）探测距离4800～5550km高32m，2000个阵元20四、雷达的应用预警飞机预警机探测距离远、低空探测能力强、机动范围大探测精度高、使用灵便21四、雷达的应用哈工大高频地波超视距雷达22四、雷达的应用2、警戒雷达（防空）作用距离400km分辨力要求不高方位360oL波段（1~2G）23四、雷达的应用3、引导指挥雷达（监视雷达）能对多批次目标同时检测测量目标的精度和分辨力较高S波段（2～4G）24四、雷达的应用4、火控雷达作用距离小测量精度高25四、雷达的应用5、制导雷达美国“爱国者”探测距离：150km～400km监视100个目标同时跟踪3个目标对3枚导弹进行制导26四、雷达的应用5、制导雷达雷达导引头27四、雷达的应用6、战场监视雷达28四、雷达的应用7、机载雷达预警雷达、截击雷达、机载护尾雷达机载导航雷达、火控雷达29四、雷达的应用8、舰载雷达30四、雷达的应用8、舰载雷达对空作用距离：400km同时监视400个目标同时跟踪100个目标对10个目标进行打击美国“宙斯盾”31四、雷达的应用9、测速雷达32四、雷达的应用10、气象雷达33四、雷达的应用11、空中管制雷达34四、雷达的应用12、合成孔径雷达35四、雷达的应用13、宇航应用36四、雷达的应用14、其它测高雷达雷达引信探地雷达防撞雷达37四、雷达的应用15、毫米波雷达优点：1）波束窄，增益高2）分辨率高3）体积小，重量轻缺点：1）受大气传播衰减严重，作用距离30km2）不适合大面积搜索3)制作精度高，可靠性不高应用：目标探测和监视、火控和跟踪、导引头和导弹末制导、外层空间38四、雷达的应用16、激光雷达优点：◆频率高（比微波高3~4个数量级）。多普勒频率高，对抗电子干扰、反隐身，高精度测距（cm）◆能量高度集中，无副瓣缺点：◆激光的大气传输效应（大气悬浮粒子对于光能的吸收和散射）限制了近地应用时的作用距离◆极窄的波束使得对于运动目标的搜索和捕获比较困难，通常需要靠其他手段来引导。应用：飞行器空间交会测量，目标精密跟踪，瞄准，直升机防撞告警，化学战剂和局部风场测量，水下目标探测（蓝绿激光0.5um可探测深达百米的目标）39五、雷达的分类按安装位置分地面雷达机载雷达天基雷达舰载雷达40五、雷达的分类按信号波形分连续波雷达脉冲波雷达•高重复频率•中重复频率•低重复频率脉冲压缩雷达41五、雷达的分类按体制和原理分单基地雷达、双基地雷达主动雷达、被动雷达单脉冲雷达相控阵雷达二次雷达合成孔径雷达、逆合成孔径雷达42五、雷达的分类按工作频率分LetterdesignationFrequency(GHz)Newbanddesignation(GHz)HF0.003-0.03(100m~10m)AVHF0.03-0.3(10m~1m)A0.25;B0.25UHF0.3-1.0(1m~30cm)B0.5;C0.5L-band1.0-2.0DS-band2.0-4.0(10cm)E3.0;F3.0C-band4.0-8.0(5cm)G6.0;H6.0X-band8.0-12.5(3cm)I10.0;J10.0Ku-band12.5-18.0JK-band18.0-26.5(1cm)J20.0;K20.0Ka-band26.5-40.0KMMWNormally40.0L60.0;M60.043五、雷达的分类频带特点应用HF电离层反射超视距雷达VHF,UHF天线尺寸大搜索雷达电离层折射传播UHF,L大天线搜索雷达S,C中等尺寸天线多功能雷达中等测量精度X,Ku,K小天线跟踪雷达精密测量机载雷达非常小的天线短程雷达Ku,K,Ka高的测量精度精密制导雷达有大气和降雨损耗millimeter严重的大气和降雨损耗空—空雷达44