2机载气象雷达 - 雷达基本原理

Airborne Weather Radar 电子信息工程学院
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Questions ?
1 What is radar? 2 Where did it come from? 3 What is it used for in ATC system? 4 Which university and which specialty? 5 When and where radar was born? 6 Who set up radar network along its coast?
Airborne Weather Radar(WXR) --radar principle
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Contents
Con1：Radar principle Con2: Introduction to WXR Con3：Ranging,Azimuth measurement,Doppler Con4：Real system
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Con1-1 雷达的定义和类型
Airbห้องสมุดไป่ตู้rne Weather Radar
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Con1-1 雷达的定义和类型
• Radar is an electromagnetic（EM） system for the detection and location of reflecting objects such as aircraft, ships, spacecraft, vehicles, people and the natural environment.
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Con1-1 雷达的定义和类型
The simplest radar system transmits a pulse of high frequency energy and listens for the echo of that pulse. Given that EM energy travels at 3 108 m / s, the time it takes for a pulse to travel to a target and the echo to travel back will tell us the range.
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Con1-0 雷达历史 Why we need radar？
ATC function Provision of safe and expeditious sequencing of traffic; Provision of safe horizontal and vertical separation; Safe meaning: No collision
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Con1-3 雷达基本组成
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Con1-4 雷达方程
假设：1，天线各向同性且均匀辐射（spherical spreading） 2，接收发射采用同一部天线 P 发射机功率 G 天线增益 R 探测距离 目标截面积
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Airborne Weather Radar(WXR) Con1：Radar principle
Outlines For Con1
0 1 2 3 4 雷达历史 雷达的定义和类型 雷达探测目标的原理 雷达基本组成 雷达方程
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Con1-2 雷达探测目标的原理
雷达频段
WXR: 9300~9375Mhz
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Con1-2 雷达探测目标的原理
目标斜距的测量(测距)
2R=ctr
ct r R 2
式中, R为目标到雷达站的单程距离, 单位为m; tr为电磁波往返于 目标与雷达之间的时间间隔, 单位为s; c为光速，c=3×108m/s。 计算1us，1ms雷达探测距离，探测100NM所需时间。
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PPI: Plan Position Indicator
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PPI and clutters
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Con1-1 雷达的定义和类型
RADAR: RAdio Detection And Ranging
雷达：无线电探测与测距 One of the most important surveillance sensors
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Con1-1 雷达的定义和类型
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Con1-1 雷达的定义和类型
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Con1-2 雷达探测目标的原理
The radar dish or antenna transmits pulses of radio waves or microwaves which bounce off any object in their path. The object returns a tiny part of the wave‘s energy to the radar dish or antenna which is usually located at the same site as the transmitter. Obviously, we cannot send out another pulse until a time window has passed, in which we expect to see a return echo.
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Separation minima
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Former controller
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Current controller
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• The range of radars can exceed hundreds of miles and they can be placed on mobile platforms greatly increasing their effectivity.
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Con1-4 雷达方程--RCS
海鸥的形体与燕八哥相近，但海鸥的雷达反射截面却比燕八哥大200倍。 蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。可见， 体积的大小并不是决定隐蔽能力的唯一因素，体形才是决定隐身的关键。 普通飞机无论何种姿态，都可以产生雷达回波，隐形飞机的则会长时间 无回波，偶尔产生强烈回波（即亮点）
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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Con1-4 雷达方程
Ae天线有效接收面积 Smin最小检测信号功率
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Con1-4 雷达方程--RCS
RCS是一假想面积，是描述目标在一定入射功率下后向散射功率能 力的量，该量以面积单位来描述。面积越大，后向散射能力越强， 产生的回波功率也就越大。
• Radar can perform its function at long or short distances and it can operate in darkness, haze, fog, rain, and snow. Its ability to measure distance with high accuracy and in all weather is one of its most important attributes.
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Con1-2 雷达探测目标的原理
发射脉冲
目标斜距的测量（测距）
回波
t 噪声
tr
tr
t
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Con1-2 雷达探测目标的原理
目标角度的测量（测角）
目标
O
雷达天线波束扫描原理
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R = cTR/2 where R = range in meters c = the speed of the EM pulse TR = the round trip transit time
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