雷达原理与系统课程设计

电子科技大学

课程设计报告

课程名称：雷达原理与系统

设计名称：雷达系统设计

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设计题目： 设计一雷达系统，对12m 目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求：

1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。

2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。

3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。

参数求解：

1

已知距离分辨率的公式为：min 2

c R τ

∆= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7

min 8

2215100.1310

R s s s c τμ-∆⨯=

===⨯ 令雷达的工作频率为kHz f 5000=，发射功率kW P t 50=，则

m m f c 6.010

51038

8

=⨯⨯==λ 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得：

水平口径尺寸L 为：m m L 6.890

26.02=⨯==

π

αλ 垂直口径尺寸h 为：m m h 85.09

26.02=⨯==

π

βλ 天线的孔径 22376.786.06.8m m Lh A =⨯==

天线增益 2586.0376

.7442

2

=⨯=

=

πλπA

G

发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则

av t t r r P P P f T τ

τ==

设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为

0.0001-0.01，取0.001D =，则6

0.001

100.110r D f Hz kHz τ-===⨯

以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为12

4

max 2min 4t r i P A R S σπλ⎡⎤

=⎢⎥⎣⎦

则接收机灵敏度 W W R A P S r t 11

432234max

2

2

min 1001.6)1010(6.04376.7110504-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ππλσ 设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平

波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，取0.5==2θ

α

则对一个点目标的相参积累时间为0.5

21

20360/6060

a

t s s θ=

=

=Ω⨯

脉冲积累个数31

101016660

r n tf ==⨯⨯≈

2

不产生频闪的条件是：1

2d r f f ≤

其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ

= 关系可得最大不模糊速度：s m s m f v r r /1500/4

10106.043

max =⨯⨯==λ 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通常应选取8

max

3

310152221010

r r cT c R m km f ⨯≤===⨯⨯ 故最大不模糊距离max 15R km =

设发射脉冲为单载频的矩形脉冲信号，其单位能量复包络可写成()u t ，表达式

为：()100

t u t τ

<<⎧=⎨⎩其它

则由速度模糊函数的定义可得模糊函数()d w χ 为：()()

sin 2/22/2

d d d f f f τπχτ

τπ⨯=⨯

多普勒分辨常数d f A 为：()()

2

2

=

=50000d d d f f df A χχ+∞

-∞

⎰

有效相关时间e T 为：1

0.2d

e f T ms A =

= 信号在时域持续的时间越长即e T 越大，速度分辨力越强， 速度分辨率 s m s m t

v v /9/60

126

.02=⨯=

=

λ

3

由于相参积累的个数为166n =，则雷达实际的探测距离则会增加为原来的4n ,所以实际的探测距离为：'44max max 1661035.89R nR km km ==⨯≈

设压缩网络是无源网络，其本生不会产生噪声，而输入的噪声具有随机特征，故经过压缩网络后输入噪声不会被压缩，仍保持在接收机的原有噪声电平上，所以输出脉冲信号噪声的功率比与输入脉冲信号噪声的功率比提高了D 倍。 即

()()//i o

S N D S N =，其中D 称为压缩比。

这就使得脉冲压缩雷达的探测距离比采用相同发射的脉冲功率和保持相同分辨率的普通脉冲调制雷达的探测距离增加了4D 倍。故可求得：

4

4

4

max max ''max max 200964.3335.89R

R D D R R ⎛⎫⎛⎫=⇒==≈ ⎪ ⎪⎝

⎭⎝⎭

由于线性调频波的距离分辨率为3m ，所以压缩后的脉冲宽度'τ 为：'20.02R s c τμ∆==

则压缩前的脉冲宽度τ为：'=964.330.0219.28D s s ττμμ=⨯= 线性调频波的带宽B 为：'

1

50B MHz τ=

=

综上所述设计线性调频波()S t 为：()2022kt j f t S t e

π⎛⎫+ ⎪ ⎪⎝⎭

=