雷达基本理论与基本原理

描。

325承受机的灵敏度
指雷达承受微弱信号的能力，用承受机载一定的噪声电平时所能感知的输入 功率的大小来表示。

326终端装置和雷达输出数据的形式 327电源供给
飞机和船舶上的雷达，为减轻重量，常常采用高频的交流电源 4、雷达方程与目标检测
4.2.1提高雷达作用距离的途径：
（1） 尽可能选用大孔径天线，即加大天线的有效面积或增益，但因此会
影响雷达的抗风能力设计，机动能力设计和构造设计等；
（2） 提高发射功率，但因此可能会出现高压打火以及增加设备的重量和 体积
等问题；
（3） 尽可能提高接收机的灵敏度，但也可能出现抗噪声性能下降等问题; （4） 尽可能降低系统的传输损耗L 。

4.2.2其他因素
（1） 最小可检测信号的统计特性； （2） 目标雷达反射面积的统计特性； （3） 地球外表或大气传播的准确特性； （4） 雷达本身可能存在的各种损耗。

4.3对雷达方程的进一步讨论
4.3.1检测因子：检测目标信号所需的最小输出信噪比，用
D o 表示，其中:
4.3.2用检测因子和能量表示雷达方程
5、
4.1根本雷达方程： 4.2雷达方程的讨论:
[
7
PA/ 2S •
L
i min ■
D o
E L N o
)omin
(SNR)omin
E r 为信 号冃匕量。

上图是主振放大式发射机组成框图，主振放大式发射机具有很高的频率稳定
度，可以发射相位相参信号，能产生复杂的调制波形，并且适用于频率捷变雷达。

2.3雷达发射机的主要技术指标 2.3.1工作频率和射频带宽
工作频率和雷达的工作能力和抗干扰性能有关，射频带宽和雷达的距离 分辨率有关。

2.3.2输出功率
影响雷达的威力和抗干扰能力。

2.3.3总效率
发射机的输出功率与输入总功率之比。

对于减轻整机的体积与重量很有意 义。

2.3.4调制形式
根据雷达体制的不同选择不同的调制方式。

2.3.5信号稳定度与谱纯度
信号的稳定度指信号的各项参数是否随时间做不应有的起伏变化，可分为 规律不稳定和随机不稳定两类。

信号稳定度在频域即称信号的谱纯度。

3、雷达接收机
3.1雷达接收机的作用和分类
雷达接收机可分为超外差式、超再生式、晶体视放式和调谐高频式四类。

其 中超外差式具有灵敏度高、增益高、选择性好和适用性广等优点，是应用最为广 泛的一种接收体制。

3.2超外差式接收机的主要技术指标
3.2.1灵敏度 接收微弱信号的能力，通常用最小可检测信号表示。

322工作频带宽度
振翳器
m
彳巧r
布肌 纵超
哉准摊荡辞 ・相「压苗痔
相参脉冲雷达中各电路节点的信号波形示意图
4.1 振荡频率源
4.1.1 基准振荡器〔RO〕基准振荡器的频率极其稳定，它提供雷达工作所需的基准参考频率，并为雷达系统中的其他电路提供基准的时钟信号。

4.1.2 相干振荡器〔COHO〕
有基准振荡器驱动，其工作频率为f F ,且一般情况下f F V f RF ,其中f RF为载频，由用户给定。

4.1.3 稳定本机振荡器〔STALO〕通过基准振荡器驱动来获得最大的频率稳定度，其工作频率为f LO f RF f IF 。

4.2 波形调制雷达信号时经过调制的射频信号，因调制信号的不同而得到不同的雷达波形。

波形发生器接收到波形信息后，与相干振荡器输出的中频信号经混频器混频后，产生低功率的、具有所需发射波形的中频信号，在上图中，冲相干振荡器来得中频信号〔频率为f IF ，带宽为0〕同带宽为B RF 的基带模拟波形混频，产生受到波
6.1.1雷达终端的根本内容包括：目标数据的录取、数据处理及目标状态的显
示。

自接收机
自天线
雷达终端的典型组成框图
1) 各局部的作用
(1)点迹录取用于实现对来自接收机或信号处理机的雷达目标回报确认, 并提取其仰角、
方位角。

距离、速度等信息；
(2)数据处理完成目标数据的关联、航迹处理、数据滤波等功能实现对目标的连续跟
踪；
(3)轴角编码完成天线瞬时指向角的提取及其坐标转换；
(4)显示系统完成目标的位置、运动状态、特征参数及空情态势等信息的显示。

2)雷达显示画面的坐标系可分为极坐标和直角坐标两种方式。

根据显示的坐标
参数数量，可分为一维显示和二维显示。

3)雷达终端采用的显示器件可分为阴极射线管〔CRT和平板显示器件，其中阴极射线管包括静
电偏转CRT和磁偏转CRT平板显示器件包括液晶显示板
〔LCD和等离子显示板〔PDP。

4)对于传统的雷达显示器，有直线扫描、径向扫描、以及圆周扫描等方式；对现代雷达显示
器，有随机扫描显示方式和光栅扫描显示方式。

5)根据需要显示信息的种类，可将雷达终端设备分为一次信息显示和二次信息显示，一次显示
以模拟显示为主，二次显示以数字显示为主。

6.1.2传统雷达显示器的类型及质量指标
1)距离显示器
图像至视频D/A 帧缓
L<
存
各局部功能
①、A/D变换：将
雷达原始信号转换成数字信号，满足奈奎斯特准那么；
②、数据压缩：显示屏幕上一根扫描线上的像素点往往小于雷达回波在一个雷达重复周
期内的采样点数，为正常显示，需对邻近距离单元的回波数据进展必要的合并压缩处理；
③、矢量产生：为产生径向扫描线，需要产生扫描线上各像素点的X、丫
坐标值，可以通过矢量产生器得到。

④、图像展开：对矢量产生的坐标值进展相应的变换处理。

3）图形通道
〔1〕、系统构成
至图像通道
卜、
/ ____
主机
接口
PROM图形
处理器视频
DAC
至监视器
I/O 接口
图形帧缓存
雷达
状态控制字数据缓
存I
数据缓存
控制台指令—次信息DROM
〔2〕各局部功能
① 、图形处理器：直接外部主机接口，可编程
CRT 控制，直接DRAM 、
双口 VRAM 接口，自动CRT 显示刷新，直接灰度转换。

② 、视频DAC:完成显示信号的接收与锁存，画面优先叠加，彩色查找, D/A 转换及状态控制等。

三、雷达测距
根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常采用脉冲法、频率法和相位法。

3.1脉冲法测距
R 0.15t R
有两种定义回波到达时间t R 的方法：一种是以目标回波脉冲的前沿作为它的
到达时刻；另一种是以回波脉冲的中心作为它的到达时刻。

3.2调频法测距
3.2.1调频连续波测距
在无线电波从目标返回天线的这段时间内， 发射机频率较之回波频率已有了 变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。

后者经过放大、限幅后加到频率 计上。

由于差频电压的频率与目标距离有关， 因而频率计上的刻度可以直接采用
距离长度作为单位。

（1） 三角波形调制
f t 为发射频率，f r 为回波频率，对于一定距离的目标回波，除去在时间轴上
很小的一局部2R/c 以外〔这里差频急剧下降至零〕，其他时间差频是不变的。

假 设用频率计测量一个周期内的平均差频值：
f
8 fR T m 2R/c bav
壬c —Tm —
实际工作中，应保证单值测距且满足 T m 渗2R/c ，由此可以得出目标距离。

假设存在多普勒频移，回波频率为：f r f 0 f d 社t 2R/c
差频：f b
8 fR
T m
c
目标距离：R c f b f b
8 f 2f m
宽度，称为名义分辨力。

他外表主瓣对邻近目标的分辨能力，当目标延迟差较大时，为全面考虑主瓣和旁瓣对分辨性能的影响，又定义了延迟分辨常数：
y( )2d
利用傅里叶变换以及帕萨瓦尔定理，上式可以改写为:
f 4df
2
2
U
df
可见距离分辨力取决于雷达信号的频谱构造。

3.4测距范围
雷达系统中不模糊距离范围〔测距范围〕为:
I tp R u
假设距离超过|T p，远处目标的回波会被认为是在距离近处的目标回波，因此产生距离模糊。

假设距离小于|tp，雷达此时收发开关处于发射状态，无法承受目标回波信号，此距离称作雷达的距离盲区。

四、雷达测角
雷达测角的物理根底是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性，雷达测角的性能可用测角范围、测角速度、测角准确度或精度、角分辨力来衡量。

准确度用测角误差的大小来表示，它包括雷达系统本身调整不良引起的系统误差和由噪声及各种起伏因素引起的随机误差。

而测量精度由随机误差决定。

角分辨力存在多目标的情况下，雷达能在角度上把它们分辨开的能力，通常用雷达在可分辨条件下同距离的两目标间最小角坐标之差来表示。

4.1相位法测角
根本原理：到达承受点的目标回波近似为平面波，那么利用多个天线所承受回波
信号之间的相位差进展测角：
2 2
R d sin
为雷达波长，为相位差，只要测出相位差就可以确定目标的方向。

\2E/N °
式中，等效孔径宽度定义为： 2 2
2 2 z/ |A(z) dz
|A(z)「dz
在给定信噪比条件下，雷达的测角精度取决于天线孔径的电尺寸 D / ，天线电
尺寸越大，测角精度越高；或者说，雷达的测角精度取决于天线波束宽度，天线 波束越窄，其测角精度越高。

五、雷达测速
5.1根本方法
率，可以测得运动目标的径向速度：
V T
如果雷达和目标均在动，那么径向速度对应
的是雷达和目标之间的距离变化率, 取决于雷达和目标的相对速度。

5.2最大不模糊多普勒频率〔速度〕：
整数或者负整数，那么该相位不能同 0相互区分开，故导致相位的模糊。

这 种相位的模糊进而导致相应的多普勒速度模糊，称为多普勒盲速。

因此产生盲速 的条件为：
c 4 V t 2 n
t 为脉冲重复时间间隔， t 1/ f p ，f p 为雷达脉冲重复频率，那么雷达测速的
最大不模糊速度间隔为：
V
fp u max
2 5.3雷达测频〔测速〕精度
雷达测速的精度取决于雷达测多普勒频率的精度。

根据最大不模糊速度的公式, 测速均方根误差公式为：
V - f 2
如果雷达固定不动，目标以径向速度
V T 向雷达靠近，那么通过测量多普勒频 如果来自一个移动目标的两个序贯脉冲的相位差是 2 n ,n 是不等于零的正 2
2
采用低噪声放大器是为了提高接收机的噪声系数
(3)混频器
混频器将输入的射频信号转换为中频信号，因为一般来说，接收机处理中频信号比处理射频信号要容易很多。

(4)中频放大器
经过混频器下变频处理所得的中频信号通过中频放大器进一步放大，以便正交混频器提取出所需的回波幅度和相位信息。

脉冲多普勒雷达的信号处理模型
1)正交检波
为了得到回波信号的相位差信息，通常采用正交检波将相位差的变化转化成输出电压的变化，在雷达信号处理中，I/Q检波是广为采用的技术。

将I/Q检
波结果通过低通滤波器等装置后，最终输出结果为：
通
道：
V A cos
可见，经过I、Q检波后，保存了接收信号中关于目标距离的延迟相位和原始相
位信息。

2) A/D采样
经过I、Q正交检波的信号可由A/D变换器离散化采样，并提供给数字信号处理
系统做进一步处理。

〔昨天在请教师兄的过程中，师兄指出，当前的雷达信号处理机制中，
一般把A/D采样放在检波前面，从而实现数字检波，具体实现过程如何，
有待进一步的学习。

〕
Q通道：V
4 R
Asin -------。