各式雷达介绍脉波雷达系统依发射波形区分
第十八章_气象雷达
冻雨回波:
类似于春季的层状云降水回波,结构较均匀,呈丝条状,有的地方有一 些小的块状,回波较强,其顶部高约6-7km。
沙暴中的降水回波:
PPI上回波特征为具有混乱的蜂窝状结构(大气不稳定,上升下降气流紊 乱)回波中的空洞地区说明该处有强烈的上升气流带起沙尘造成沙暴, 回波区是下沉气流造成的微弱降水区。
雷达图上的雨带分析
单部雷达只能显示出某一地区的降水情况,雷达网图像 可以显示出降水区的整体分布。 不同的反射率可反映不同的降水强度(mm/h),雷达 不同色调可以显示雨强,从而辅助天气系统分析。
雨强 (mm/h) 颜色
0.3-1 深蓝色
1-4 绿色
4-8 黄色
8-16 粉红色
16-32 红色
>32 浅蓝色
雷达回波的识别-非降水回波
云的回波:云回波的主要特征是强度弱、底部不及地。 层(波)状云: 在平显上的回波是薄膜状和小片状,强度很弱,边缘不整齐;在高 显上顶部平坦,底部不及地,厚度和强度随距离减小,有时可以观 测到雨幡的回波。 对流云: 在平显上呈分散、孤立的小块状,尺度很小。在高显上初始回波顶 常位于空中5km左右,呈两头尖的米粒状或上大下小的倒梨状,强 回波位于回波顶附近,对流云的回波发展迅速,条件适合时很短时 间就会出现阵雨或雷雨。 雾的回波: 回波很弱(雾滴粒子过小),灵敏度高的雷达可显示出。且雾的高 度较低,不易从环境区分。只有范围较大、高度较高的平流雾可观 测。 在PPI上雾的回波呈均匀弥散状,犹如薄纱;在RHI上,雾的回波高 度很低,顶高只有1km左右。
雷达知识点总结
雷达知识点总结
1.雷达的工作原理
1 雷达测距原理
超高频无线电波在空间传播具有等速、直线传播的特性,并且遇到物标有良
好的反射现象。
用发射机产生高频无线电脉冲波,用天线向外发射和接收无线电脉冲波,用显示器进行计时、计算、显示物标的距离,并用触发电路产生的触发脉冲使它们同步工作。
2 雷达测方位原理
(1)利用超高频无线电波的空间直线传播;
(2)雷达天线是一种定向型天线;
(3)用方位扫描系统把天线的瞬时位置随时准确地送到显示器,使荧光屏上的扫描线和天线同步旋转,于是物标回波也就按它的实际方位显示在荧光屏上。雷达基本组成
(1)触发电路(Trigger Circuit)
(2)作用:每隔一定的时间产生一个作用时间很短的尖脉冲(触发脉冲),分别送到发射机、接收机和显示器,使它们同步工作。
(3)
(4)发射机(Transmitter)
(5)作用:在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率高频的脉冲信号(射频脉冲),经波导馈线送入天线向外发射。
参数:X波段:9300MHz—9500MHz (波长3cm)
S波段:2900MHz—3100MHz (波长10cm)
(6)天线(Scanner; Antenna)
(7)作用:把发射机经波导馈线送来的射频脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去,同时只接收从该方向的物标反射的回波,并再经波导馈线送入接收机。参数:顺时针匀速旋转,转速:15—30r/min
(8)
(9)接收机(Receiver)
作用:将天线接收到的超高频回波信号放大,变频(变成中频)后,再放大、检波,变成显示器可以显示的视频回波信号。
雷达原理与系统知识要点总结(必修)
雷达原理与系统(必修)知识要点整理
第一章:
1、雷达基本工作原理框图认知。
2、雷达面临的四大威胁
3、距离和延时对应关系
4、速度与多普勒关系(径向速度与线速度)
5、距离分辨力,角分辨力
6、基本雷达方程(物理过程,各参数意义,相互关系,基本推导)
7、雷达的基本组成(几个主要部分),及各部分作用
第二章雷达发射机
1、单级振荡与主振放大式发射机区别
2、基本任务和组成框图
3、峰值功率、平均功率,工作比(占空比),脉宽、PRI(Tr),PRF(fr)的关系。
第三章接收机
1、超外差技术和超外差接收机基本结构(关键在混频)
2、灵敏度的定义,识别系数定义
3、接收机动态范围的定义
4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义
5、级联电路的噪声系数计算
6、习题
7、AGC,AFC,STC的含意和作用
第四章显示器
1、雷达显示器类型及其坐标含义;
2、A型、B型、P型、J型
第五章作用距离
1、雷达作用距离方程,多种形式,各参数意义,PX=?Rmax=?
(灵敏度表示的、检测因子表示的等)
2、增益G和雷达截面A的关系
2、雷达目标截面积定义
3、习题
4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程
5、奈曼皮尔逊准则的定义
6、虚警概率、检测概率、信噪比三者关系,习题.(会看图查数)
由概率分布函数、门限积分区间表示的各种概率形式;
7、为什么要积累,相参积累与非相参积累对信噪比改善如何,相参M~M倍。
8、积累对作用距离的改善,(方程、结论、习题)
9、大气折射原因、直视距离计算(注意单位Km还是m)
10、二次雷达方程、习题。
11、分贝表示的雷达方程,计算、习题,普通雷达方程的计算。
雷达的工作原理
雷达的工作原理 雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。 为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离公式为:S=CT/2 其中S为目标距离,T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间,C为光速 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,雷达测速利用了物理学中的多普勒原理:当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。 雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。 其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目标本身反射雷达电磁波的能力(雷达散射截面积的大小)等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多,而且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两
雷达信号波形的基本类型
雷达信号波形的基本类型
现代雷达根据其使命和技术体制的不同,分为预警雷达、火控雷达、制导雷达、导航雷达、成像雷达等多种类型。但无论是哪种类型的雷达,其辐射信号波形都可以归为以下几种基本类型:调幅脉冲信号、线性调频和非线性调频脉冲信号、相位编码脉冲信号、连续波信号和调频连续波信号。
调幅脉冲信号是最常用、最简单、也是最重要的雷达信号之一,通常被称为常规脉冲雷达信号。其数学表达式为
s(t)=Arect(t/T)ej2πft,其中A为信号幅度,T为脉冲宽度,f为
载波频率。调幅脉冲雷达信号的波形如图2.3-3所示。
线性调频信号是一种具有大时宽带宽积的信号,可以通过非线性相位调制或线性频率调制获得。由于线性调频信号可以获得较大的压缩比,因此在高分辨率雷达和脉冲压缩雷达等领域得到了广泛应用。线性调频信号的数学表达式为
s(t)=Arect(t/T)ej2π[ft+μt^2/2],其中A为信号幅度,f为载波频率,T为脉冲宽度,μ=B/T为信号的调频频率,B为调制带宽。
线性调频信号有正斜率和负斜率两种基本形式,其波形和频率变化关系如图2.3-4所示。
相位编码信号因其固有特性被广泛应用于脉冲压缩技术。连续波信号和调频连续波信号则在雷达测距和测速等方面发挥着重要作用。
一般情况下,当带宽宽度积(BT)大于等于1时,线性
调频信号的特性可以用以下表达式表示:幅频特性为
S_LFM(f) = A/μ^2 rect[(f-f_0)/B],相频特性为Φ_LFM(f) = -
πμ(f-f_0)^2/4,信号的瞬时频率为f_i = f_0 + μt (-T/2 ≤ t ≤ T/2)。下图展示了带宽为1MHz,脉冲宽度为100μs的线性调频信号
雷达波形
第3章 雷达波形
在雷达系统中,波形类型和信号处理技术的选取在很大程度上取决于雷达具体的任务和作用㊂与某种波形的软硬件实现相关的成本和复杂性是决策过程中的主要考虑因素㊂雷达系统可以使用连续波形(CW)㊁调制或未调制的脉冲波形㊂调制技术既可以是模拟的,也可以是数字的㊂距离分辨率及多普勒分辨率与特定波形的频率特征直接相关,因此,了解一种波形的功率谱密度非常关键㊂一般来说,信号或波形可以用时域或频域的技术来分析㊂本章我们将介绍许多常用的雷达波形㊂某种特定波形的相关应用将在它的时域和频域特征中描述㊂在本书中,术语 波形”和 信号”交互使用,表示相同的意思㊂
3.1 低通㊁带通信号和正交分量
如果信号包含的主要频率处于包括直流(DC)在内的低频频带,则称其为低通(LP)信号㊂如果信号包含的主要频率处于离开原点的某个频率附近,则称其为带通(BP)信号㊂一个实带通信号x(t)在数学上可表示为
(3.1)
其中,r(t)是幅度调制或包络,
x(t)为相位调制,f0是载波频率,r(t)和x(t)所包含的频率成分都比f0明显要小,调制频率为
(3.2)
瞬时频率为
(3.3)
如果信号带宽为B,并且f0远大于B,则信号x(t)被称为窄带信号㊂
带通信号也可以用两个称为正交分量的低通信号表示,此时式(3.1)可以重写为
(3.4)
其中,x I(t)和x Q(t)是称为正交分量的实低通信号,分别表示为
(3.5)图3.1说明了正交分量是如何被提取的㊂
图3.1 正交分量的提取
3.2 解析信号
在式(3.1)中定义的正弦信号x (t )
船舶雷达知识点总结图表
船舶雷达是一种用于船舶导航和安全的重要设备。它通过发射和接收无线电波来探测周围环境,帮助船舶避免障碍物、识别其他船只并保持安全距离。船舶雷达的使用对于船舶的航行至关重要,因此船员需要掌握相关的知识和技能来正确操作雷达。
下面将对船舶雷达的知识点进行总结,包括雷达的工作原理、常见的雷达显示和功能、雷达的使用注意事项等内容。
一、雷达的工作原理
1. 电磁波的发射和接收
雷达通过发射一定频率的电磁波,然后接收并分析被目标反射回来的信号来探测目标的位置和距离。
2. 雷达回波的处理
雷达系统会对接收到的回波信号进行处理,包括计算目标的距离、方位和速度,并在雷达显示器上显示出来。
3. 雷达的波束和分辨率
雷达发射的电磁波是由天线发射出去的,形成一个类似于手电筒光束的范围,被称为“波束”。雷达的分辨率取决于波束的宽度,波束越窄,分辨率越高。
二、雷达的显示和功能
1. 雷达的显示器
雷达显示器通常是采用脉冲波形显示,用于显示探测到的目标物体的位置、距离和方位。
2. 雷达的操作控制
雷达设备通常有一系列的操作控制,包括调整雷达的灵敏度、增益、对比度等参数,以获得更清晰的目标显示。
3. ARPA和AIS功能
一些先进的雷达设备具有自动雷达目标追踪(ARPA)和自动识别系统(AIS)的功能,可以自动追踪目标并显示其关键信息。
4. 雷达报警系统
雷达设备通常配备有报警系统,能够在发现潜在危险或规避目标时发出声音或视觉警报提示船员。
1. 遵守雷达使用规定
船舶雷达的使用需要遵守相关的法规和规定,船员需要熟悉并严格遵守这些规定。
2. 定期维护检查
第一章雷达基本工作原理-雷达与雷达模拟器
1.1.2 雷达技术的发展
1886-1888 Hertz(Germany): 实现了电磁波振荡,发射,接收。 • 1914 (American): 回声探测器-雷达的初始模型。 • Marconi(Italy): 提出一个可实践的雷达系统。 • 1930 Blair: 脉冲回波测量(距离,方向)系统,基本雷达. • RCA Co.(American): 发明了机载雷达。 • (America): “New York” 巡洋舰首先安装舰载雷达。 • After WWII 成为了发展快速的导航仪器。 • 中国:主要从发达国家引进技术 ,目前已生产具有自主产权的 航海雷达。 • 现 代 雷 达 /ARPA: 具 有 计 算 机 , 构 成 组 合 导 航 integrated navigation system(Loran, GPS, ECDIS), 及自动船 桥系统 Automatic bridge navigation system.
• • • • •
§1.3 雷达的基本组成部分及作用
• (4)天线:定向收发天线,将发射机送来的射频脉冲
聚成细束集中向一个方向发射,接收此方向目标反射 回来的雷达波(回波)送接收机。 • (5)接收机:超外差式,将微弱回波信号放大千 万倍以符合显示器要求。 • (6)显示器:平面位置显示器(PPI),计时及计 算,将目标回波按目标的实际距离和方位显示在荧光 屏上;配有测量系统供随时测量。 • (7)雷达电源:把船电变成雷达所需的中频电。 400~2000 Hz。 ARPA : Automatic radar plotting aids —— a plotting device
HotZ_雷达系统(第一章)波形模糊函数
波形是波的周期变化量的瞬时值沿时间表示的图形
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基本概念
相位是在单个周期内波或信号与同频率参考信号相 一致的程度。通常用信号幅度正向穿越零点的这个 时间点来定义,因此,信号的相位是这些过零点相 对于参考信号过零点的超前量或滞后量。
连续波(Continuous Wave,CW)
频率调制连续波(Frequncey Modulated CW,FMCW)
脉冲(Pulsed)
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常见雷达波形介绍
CW Radar
发射连续的单频正弦波信号
发射机与接收机始终处于工作状态
通过多普勒频移发现目标
-可有效测量目标的距离变化率
(《雷达系统》,向敬成.表1-1)
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第一章 雷达系统基础
1.1 常见雷达波形 1.2 雷达信号模糊函数
d
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基本概念
雷达分辨力 在多目标环境中,雷达区分两个或两个以上邻
近目标的能力(距离、速度、角度进行分辨)。
发射信号波形决定 天线方向图(波束)
波形设计
理论依据、工具
雷达原理
一、绪论雷达:无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。
雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。
定时器发射机收发开关天线
天控系统
组成框图
雷达测量原理
雷达发射信号:
雷达接收信号:
雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息
雷达组成:
天线:向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波
收发开关:
发射状态将发射机输出功率接到天线,保护接收机输入端
接收状态将天线接收信号接到接收机,防止发射机旁路信号
发射机:在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波
接收机:放大微弱的回波信号,解调目标信息
雷达的工作频率:
工作频率范围:22mhz--35ghz
扩展范围:2mhz--94ghz
绝大部分雷达工作在:200mhz--10000ghz
雷达的威力范围:最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围分辨力:区分点目标在位置上靠近的能力
距离分辨力:同一方向上两个目标之间最小可区别的距离
角度分辨力:在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度
数据率:雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数,也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。
跟踪速度:自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度
发射功率的和调制波形:
发射功率的大小直接影响雷达的作用距离
发射信号的调制波形:
早期简单脉冲波形,近代采用复杂波形
脉冲宽度:脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力
重复频率:发射机每秒发射的脉冲个数,其倒数是重复周期。决定单值测距的范围,影响不模糊速区域大小
雷达系统
12,
∞
∫ χ (0, fd ) = | u(t) |2 e j2π fdt dt
−∞
恒载频矩形脉冲信号模糊度图及其特征标注
13, 恒载频脉冲串信号模糊度图及特征标注
14, 线性调频脉冲信号模糊度图及特征标注
二, 雷达信号检测 1, 提高信噪比的方法 提高高频器件的性能,降低噪声功率;提高 PD;减小灵敏度;电路设计,增加处 理环节,如匹配滤波和相关 2, 匹配滤波和相关的概念,关系
11, 模糊函数的 5 个特性和相应的物理意义 原点对称性,模糊曲面对称于原点; 原点有极大值,模糊图函数的最大点也就是差平方积分准则的最小点,即最难分辨的点; 模糊体积不变性,任何信号形式都不能改变模糊曲面下的总容积,该容积只决定于信号 的能量,这种关系称为模糊原理; 变换性,用于说明波形变化对模糊函数的影响;
传递函数: H (w) = kS* (w)e− jwt
时域特性: h(t) = ks(t0 − t)
频域特性:| H (w) |= k | S(w) | 系统幅频特性与信号幅频特性相一致;
φ(w) = −θ (w) − wt0 系统的相频特性与信号相频特性反向,同时有一个附加相移。
当 t = t0 时,φ(w) = 0 ,信号分量同相,可获得最大信号输出。
∫ g(t) =
1
∞
S(w)H (w)e jwtdw
雷达原理讲座
雷达发展史
从第一台雷达到现在100年来的时间,多种雷达被发明: • 搜索雷达, • 多普勒雷达 • 制导雷达 • 脉冲压缩雷达 • 合成孔径雷达(SAR) • 测高和3D雷达 • 相控阵雷达 • 电子反干扰雷达—警戒跟踪雷达 • 天基雷达 • 气象雷达 • 超视距雷达 • (雷达的基本原理是没有变的)
雷达发展史
• 1886年,Heinrich Hertz 进一步 扩展了James Clerk Maxwell 的 光学电磁理论(electromagnetic theory of light)。Hertz通过实验 证明了电可以以电磁波的形式发 射,并且其传播速度等于光速, 同时还具有一些其它性质。这直 接导致后来无线通讯、电视、雷 达等的发明。
常用概念和术语
• 合成孔径雷达(SAR) 机载地形测绘雷达,要提高方位分辨率。
用脉压的方法可以有效提高距离分辨率。
采用合成孔径的方法可以有效提高方位分辨Leabharlann Baidu。
SAR是采用信号处理的方法产生一个等效的长天线,实 际天线是很小的。合成孔径雷达用一个辐射单元,天线 沿一直线依次在若干个位置平移,且在每个位置发射一 个信号,接收相应位置的雷达回波信号并存储起来,存 储时必须保持信号的幅度和相位。从而模拟一个大的阵 列天线进行运算,可获得长天线孔径效应。所以称为合 成孔径。
雷达组成及工作原理
各式雷达介绍脉波雷达系统依发射波形区分共56页
56、极端的法规,就是极端的不公。 ——Baidu Nhomakorabea 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要,人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益, 而是为 了公共 的利益 ;一部 分靠有 害的强 制,一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ,那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
61、奢侈是舒适的,否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学,如日出之阳;壮而好学 ,如日 中之光 ;志而 好学, 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也,匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里,与其说好 的教师 是幸福 ,不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战,就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢!
雷达原理介绍
基本原理
发射系统 目标 接收系统
将雷达的接收信号与发射信号进行比较,就可 以获得目标的位置、速度、形状等信息,根据这些 信息,雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识 别等任务。
Βιβλιοθήκη Baidu
基本原理
发射信号:
Tp Tr t
雷达发射周期性脉冲,记脉冲宽度为 Tp,重复周期为 Tr,雷达峰值功率(即脉冲期间的平均功率)为Pt,雷达 平均功率(即周期内的平均功率)为Pav,工作比(即脉冲 宽度与重复周期之比)为D。显然有: D = Tp / Tr = Pt / Pav ≤ 1 当雷达发射信号是连续波时,其工作比D = 1。
雷达原理介绍
2012年7月16日
定义与任务
雷达,英文Radar的音译,源于Radio Detection and Ranging的缩写,原意是“无线电 探测和测距”,即用无线电方法发现目标并测 定它们的空间位置。随着雷达技术的发展,雷 达的种类越来越多,不同雷达的功能范围也从 单纯的测量目标位置扩展到测量目标速度,甚 至测量目标的尺寸、形状、表面粗糙度及介电 特性等。
Tp 2
f (t)
0
Tp 2
t
Tp 2
0
B 2
Tp 2
t
由于它的频率是随时间线性变化的,所以称之为线性调频 信号, 称K为调频斜率。显然,LFM信号频率变化范围, 即频谱宽度B等于: B=K Tp
雷达的原理及运用
雷达的原理及运用
摘要:本文主要介绍了雷达的发展过程和应用。较为简单的分析了雷达的系统组成和工作原理。后段列举了一些雷达在生活上的运用。使大家对雷达有更近一步的了解,并将其运用在更多的方面。
雷达简介
雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译,为Radio Detection And Ranging 的缩写,意为无线电检测和测距的电子设备。各种雷达的具体用途和结构不尽相同,但基本形式是一致的,包括发射机、发射天线、接收机、接收天线,处理部分以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备.
雷达的发展
二十世纪初,无线电技术的迅速发展,得力于人们对电磁波的不断深化认识,同时人们对电磁波的应用也不断扩大。电磁波帮助人类将通信距离伸展几千公里,是一个很好的例子。那么,能否利用电磁波实现对运动物体的远距离测量呢?人们从蝙蝠这一动物得到启发,它利用喉部发出的超声波,通过障碍物如虫、飞蛾的反射,再被耳朵接收,从而发现目标。利用电磁波探测目标是在二十世纪三十年代后期出现的。1934年,英国科学家R.W瓦特在对地球大气层进行无线电回波信号研究时,偶然发现荧光屏上有一串明亮的光点。经过反复试验,证实了这些光点正是实验室附近某幢大楼的反射回波信号。这个意外的发现,使他萌发了利用无线电回波探测移动目标的设想。1935年由瓦特和其他英国电气工程师研制的第一部用于探测飞机的雷达,虽然探测距离只有几十公里,但却开辟了利用电磁波探测和定位的道路。第二次世界大战却给刚刚诞生的雷达事业提供了良好的发展机会。大战开始阶段,雷达作为一种新型防御系统用来预报敌机的入侵,当时在德国飞机狂轰滥炸的威胁下,英国根据瓦特的建议在沿海地带建起了许多雷达站,用来预报来犯敌机的数量,航向和距离。这是雷达首次投入使用。而随后太平洋战争爆发,著名的“珍珠港”事件给美国上了沉重的一课,使他们从轻视雷达神奇作用的迷梦中惊醒过来。1941年12月7日,美国夏威夷海军基地风平浪静,谁会想到一场著名的偷袭战的来临,而战前美国的雷达预警确有一群来犯的日本飞机。而美国人的猛醒又给日军以沉重的打击。在随后爆发的中途岛海战中,美国打了一个漂亮的报复仗,而在其中,雷达也帮了不少美国的忙。在战争中逐渐成长起来的雷达,不断接受战争的洗礼,因此越发变得成熟完美。战争后期,雷达与武器操纵系统结合在一起。也被炮兵、部队用于搜索自动跟踪和轰击目标,从而使火炮的命中率大为提高,逐渐广泛用于海、陆、空全面的防御和打击战中,发挥着举足轻重的作用。
雷达基础知识:脉冲雷达
雷达基础知识:脉冲雷达
雷达通常有两种基本类型:连续波(CW)雷达和脉冲雷达。CW雷达发射连续波,并且发射的同时可以接收反射的回波信号,即收发可同时进行。脉冲雷达间歇式发射脉冲周期信号,并且在发射间隔接收反射的回波信号,即收发间隔进行。
1. 脉冲雷达的优势
雷达在工作过程中,发射信号泄漏会对接收机造成干扰,情况主要有两种:一种是大信号干扰使得接收机压缩增益或出现饱和,甚至造成接收机阻塞,通常可以通过将收发天线进行物理隔离来解决;另一种是发射信号的边带噪声将微弱的回波信号淹没,对接收机的目标检测造成影响。
直接的信号泄漏通常可以采用收发天线隔离和频率分离相结合的方法得到解决。在多普勒导航器中,多普勒频移可以提供足够的频率间隔,以保证发射信号不对接收机造成干扰。
对于机载雷达,每个发射机不可避免的都会产生噪声,并且会调制到发射机的输出,产生调制的边带噪声,覆盖了发射频率左右很宽的频带。尽管这些边带噪声的功率极小,但是仍然比来自目标的回波信号强很多个数量级。
为了防止发射机边带噪声干扰接收信号,必须将接收机与发射机隔离。采用独立的发射机和接收机,并且发射机和接收机采用各自独立的天线,从而实现发射机和接收机的隔离。地面和舰载连续波雷达就是如此。
但是,机载雷达因为空间受限,通常收发要共用一副天线,因此,发射机输出的边带噪声不可避免地会通过天线进入到接收机。脉冲体制雷达则可以有效避免出现发射机干扰接收机的问题。
2. 脉冲雷达的波形参数
如果雷达采用脉冲体制,收发不同时,则发射信号的泄露不再是一个问题。脉冲工作模式的另一优点是可以简化距离测量。如果脉冲间隔足够宽,通过测量发射脉冲与接收到该脉冲的回波脉冲之间的时间差,即可精确地测出目标的距离。
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1.氣層上的延遲誤差
2.多路徑訊號傳送誤差(Multiplex Error)與遮蔽效應(Mask Effect) 3.衛星時錶誤差(Ephemeris Error) 4.幾何精度稀釋(Geometric Dilution of Precision,GDOP) 5.接收器內部誤差(Receiver Error) 6.選效誤差(Selective Availability,SA) 7.週波脫落(Cycle Slips)
GPS(Global Positioning System)
• GPS系統架構
1.太空部分
2.控制部分 3.使用者部分
GPS(Global Positioning System)
• 差分全球定位系統(Differential GPS,DGPS),反錯誤訊號干擾。
• GPS的精度:標準定位精度(SPS)、精密定位精度(PPS)
都卜勒效應
為紀念十九世紀發現都卜勒效應之奧地利物理 學家都卜勒。此效應適合波形輻射信號。
立論要點:
當一個振動源或發射機正在發射輻射信號時, 若將其移動,則將改變信號頻率,且對一個固 定接收機而言,這個頻率的改變與發射機移動 的速度成正比,速度越大,頻率改變也越大。
wenku.baidu.com式
觀察者 (Observer) 和發射源 (Source) 的頻率關係為:
K
KA MM
18-27 GHz
27-40 GHz 40-300 GHz
軍用電磁頻譜
伺服器 收發器
1.時控箱
2.發射機 3.收發器 4.天線 5.接收器 6.指示器 7.伺服器 9.電源箱
時控箱
電源箱 發射機
接收器
指示器
雷達顯示器
發射脈波 回 波 信 號 強 度 目標回波 高 度 目標回波 目標回波
距離
距離
方位
A型顯示器
B型顯示器
C型顯示器
追蹤雷達 追蹤雷達可分為兩類: 第一種是雷達在任何時間裡均執行追蹤的工作。 第二種則是當雷達天線一面掃描目標,一面循環追蹤目標。 追蹤的資料包括下列參數 : 1.時間;2.角度參數;3.目標速度。
GPS(Global Positioning System)
• GPS的校正
• GPS的干擾:蓄意及非蓄意的干擾。
現階段的GPS接收器極易受到人為的蓄意干擾,目前美國採兩 階段來提升防干擾能力: 第一階段:發展防制干擾的技術。 第二階段:將第一階段所發展的技術整合到所有的軍事裝備中。 • GPS的應用 1.航空測量。 2.太空探測。 3.GPS與「指、管、通、情」之結合。 4.火砲之定位導航。 5.人員運輸後勤補給。
電子戰
電磁波
振盪且互相垂直的電場與磁場的結合(向量積)。電 磁輻射在空間中以波的形式移動,有效的傳遞能量和 動量。電磁輻射是由叫光子的量子粒子形成。 人眼可接收波長在400至780奈米間的電磁輻射,因此 這種電磁輻射也叫可見光。研究電磁輻射的物理學叫 電動力學,是電磁學的分支。 電磁輻射先被麥克斯韋方程組預測,而後由德國物理 學家海因里希· 魯道夫· 赫茲在實驗中證實。 電磁波不需要依靠介質傳送,各種電磁波在真空中速 率固定。
依電戰對象
依使用目的
預警雷達
測高雷達 射控雷達 氣象天文雷達 太空遙測雷達
各式雷達介紹
脈波雷達系統 依發射波形區分,可分為: 1.連續波雷達系統 2.脈波雷達系統 都卜勒雷達多使用在氣象偵測 合成孔鏡雷達廣泛的應用於遙感(衛星)和地圖 測繪 電子掃描陣列雷達 長程預警雷達
脈波雷達系統方塊圖 脈波雷達種類雖多,但基本 架構主要有: 目標 天線
三度空間雷達 較早期的雷達系統要達到三度空間搜索的目的,必須由2D搜索 雷達搭配測高雷達來完成運作,除了基本的搜索功能外,還兼 顧某種程度之追蹤與戰術輔導之功能。
反雷達與雷達干擾
• 雷達干擾主要包括:
1.雜訊干擾:定頻、寬頻及掃描定點雜訊干擾;雜訊干擾技術 乃是故意增加雜訊能階。
2.誘騙干擾:包含距離閘引離、速度閘引離及角度閘引離等誘 騙干擾技術。
雷達基本結構
發射器
顯示器 接收機
天 線
發射波 接收波
發射器
顯示器 接收機
天 線 天 線
發射波
接收波
雷達分類
依訊號波形 脈波雷達 連續波雷達 搜索雷達 追蹤雷達
依功能分
依測量參數 二次元雷達 三次元雷達 依適用場合
陸用雷達 空用雷達 艦用雷達
直接威脅雷達 無威脅雷達 間接威脅雷達
敵我識別雷達 照明雷達 導航雷達
f‘ 為觀察頻率, f 為發射頻率; v 為波段速度, vo 為觀察者行進速度 vs 為發射源行進速度。 括號中分子和分母的 上行運算和下行運算分別為 「接近」和「遠離」之意。
雷達基本原理
所謂電磁波,是指在空間中傳播的一種能量,這能 量是由電力線和磁力線相互作用所產生的輻射力場 ,藉電場與磁場之間能量的振盪而將電波傳送出去 ,因此不需借助任何介質,依頻率不同而有無線電 波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X光等。 雷達工作原理即藉發射機產生高功率信號,經由天 線輻射出去,此電磁波束碰到目標後折射回來,再 經天線回到接收機,此回波經放大處理,並與發射 波相比對,據以偵測目標進而決定其距離、高度、 速度和其它資訊,並藉雷達顯示器加以顯示出來。
雷達頻率波段
頻 段 HF VHF UHF L S C X KU 頻 率 範 圍 3-30 MHz 30-300 MHz 300-1000 MHz 1000-2000 MHz 2000-4000 MHz 4000-8000 MHz 8000-12000 MHz 12-18 GHz
國際電機電子工程學會(IEEE)所劃 分的雷達頻率波段,如右表: 雷達接收系統中所謂的雜波,其來 源可分三類型: 1.一般雜波。 2.雜訊。 3.干擾。
無線電
無線電波或射頻波是指在自由空間 (包括空氣和真空)傳播的電磁波 ,其頻率 300GHz 以下。 常見的射頻規範: 3KHz~300GHz, 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz
無線電波的運用
通信 摩斯電碼、廣播、電視、定位 數據傳輸、藍芽……等。 導航衛星導航系統。 雷達 加熱微波爐。 動力宇航動力。 天文學無線電天文望遠鏡。