第5章相控阵雷达
第5章相控阵雷达要点
6.脉冲压缩的实现：
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络，
脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常
用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
带宽
伪随机二进制序列
比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
N 1
E() E e jk k 0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
Fa
sin
Nd
sin
N
sin
d
sin
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。
不出现栅瓣的条件：
πd λ
ht e T
t T 2
11.失配加权
线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号 的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为－13分贝。在实际 应用中，要求副瓣电平低于－30dB至－45dB。
第4章-相控阵雷达
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
– 高分辨率测角 • 波束形成的局限：需大孔径 • 多目标阵列数据模型 • 数据协方差矩阵的特征分解及物理解释 • 信号子空间与噪声子空间 • 最大似然法、MUSIC法 • 相关目标的高分辨率测角
放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
向波束宽度
d B (s)
0.29
Ba (%)
B
s in 0
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 由于d B(s), 0 增大, 允许的带宽变小
– 天线孔径, 波束宽度B , 允许的Ba(%)
– 天线指向0时, 能量充填整个孔径所需时间为
T D sin0 / c
的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的 • 各阵元辐射功率在空间进行合成 • 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参 • 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定
0
• 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F()
相控阵雷达——毫米波TR组件研究
工作在毫米波频段低端的毫米波雷达的许多工作特性与微波雷达（例如Ｘ 频段或Ｋｕ频段雷达）是一样的，只是由于其波长更短，所以工作特性更极端 一些。例如，对于给定的天线孔径，毫米波雷达天线波束比较窄，仅仅是Ｘ频 段或Ｋｕ频段雷达的１／２—１／２０。毫米波雷达的窄波束特性具有某些重大的工作 优点：（１）小天线孔径可有较高天线增益；（２）高的跟踪精度和（或）制导精
毫米波的发展由其本身的固有特点所确定。短波长，宽频带以及与大气的 相应作用，是促进毫米波发展的三个基本因素。
在毫米波频段，电磁能量在大气中传播时与大气中气体、悬浮微粒以及含 水物质的相互作用要比微波能量与它们的相互作用强的多，这些相互作用通过 三种机理，即吸收、散射和折射产生。
毫米波的大气传输特性，决定了各频率的用途。毫米波频段有四个低损耗 大气“窗口”，它们的中心频率在３５，９４，１４０和２２０ＧＨｚ附近，其对应波长分 别为８．６，３．２，２．１和ｌ＿４ｒａｍ，一般地面与卫星通信系统大都工作于这些“窗口” 频率，其可用带宽分别为１６，２３，２６和７０ＧＨｚ，任何一个毫米波“窗口”的可 用带宽几乎都可以把包括微波频段在内的所有低频频段容纳在内。这些带宽特 性，在雷达中可用窄脉冲和宽带调频技术获得目标的细部特征。在通信系统中 能传送更多的信息，大大拓宽已十分拥挤的通信频谱，为更多用户提供互不干 扰的通道。宽带特性也能为各种系统提供高质量的电磁兼容特性。同样，对应 的中心频率为２２，６０，１２０和１８３ＧＨｚ这些大气高衰减区频段成为保密通信的 首选工作频率。
第二章首先简单介绍了微带传输线的特性；随后介绍了微带一波导过渡和 低通滤波器的基本理论并实际设计了微带一脊波导一标准波导的过渡和低通滤 波器。
第三章讨论了毫米波控制电路。本章有四部分内容，第一部分介绍了ＰＩＮ 二极管的特性；接下来的两部分分别介绍了毫米波开关和毫米波衰减器的基本 理论；每四部分较详细的介绍了毫米波移相器的分类，并具体分析了各种类型 移相器的优缺点，同时还设计了一个五位移相器，给出了测试结果并对结果进 行了分析。
相控阵雷达功能特点及其应用分析
相控阵雷达功能特点及其应用分析摘要：相控阵具备迅速扫瞄与灵活波束的能力，支持同时进行多目标搜索、追踪与其他多种任务。
相控阵雷达的出现，在非常大程度之上克服了一般雷达的问题。
相控阵雷达的优势是极大的，但是它也是基于极大的资本投入。
必需融合改良技术，减少输入与输出，展现相控阵雷达的极大优势。
本文对于其特点与应用作了详细的论述。
关键词：相控阵雷达；功能特点；应用分析1 相控阵雷达原理相控阵雷达天线阵由若干辐射单元与接收单元（称作阵元）构成。
单位的数量取决雷达的性能，自几千到几万不等。
这些细胞有规律地排序于一个平面之上，产生一个阵列天线。
通过电磁波相干原理，通过计算机掌控输入到各紫外线单元的电流的相位，可变化波束的扫描方向，故称为电扫描。
天线单元将接收到的回波信号传送到主机，完成雷达对于目标的搜索、追踪与测量。
除天线紫外线元件之外，每个天线单元也具备比如移相器之类的装置。
不一样的振子可通过移相器获得不一样的相电流，进而在空间之中紫外线出不一样方向的光束。
天线的单元数愈多，频带于空间之中产生的波束便愈多。
该雷达以此相控阵天线为基础，并且以此相控阵天线取名。
振幅掌控可通过相位法、频率法与电子馈电开关法来构建。
在一维中布局多个辐射单元作为线阵，在二维中布局多个辐射单元称为面积阵。
紫外线元件也可布局于曲线或是曲面之上。
这种天线称作保角阵列天线。
该共形阵天线消除了线阵与面阵扫描角度的缺乏，构建了单天线全空气电扫。
共形阵天线包含圆形阵、圆锥阵、圆柱阵、半球形阵等。
综上所述，调压阵雷达是以此其天线为相控阵因而取名的。
2 相控阵雷达的特点相控阵雷达和其他雷达相比，具备比较强的生命力与灵活性。
它远高于采用机械扫描的普通雷达。
其特点重要有以下几点。
（1）天线波束形状变动快的能力：依据天线图综合理论，在维持计算机掌控的条件之下，对于每个天线单元相控阵的幅值与振幅原产展开干涉与变化，波束形状发生变化。
其次是相对比较低的速度（宽度，副瓣的位置，副瓣电平与数字，天线副瓣的位置）。
机载有源相控阵雷达技术及应用
科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY INFORM T ION 2008NO.20SCI ENCE &TECH NOLOGY I NFOR MATI ON 高新技术由于军事上的需求,在第二次世界大战中诞生了机载雷达,此后的技术进步又促进了机载雷达的高速发展。
机载雷达的未来取决于需求牵引和技术推动。
客观要求使机载火控雷达面临许多新的挑战,隐身飞机的出现,要看的目标变小了;电子战技术的不断进步,使其所处的电磁环境更为复杂;如何使雷达更适合装机要求;雷达如何更可靠等等,都对未来机载火控雷达提出了更高的要求。
美国F -22战斗机和JSF (F -35)战斗机的公开亮相,标志着2l 世纪先进战斗机(A T F )时代的到来。
新一代战斗机载雷达与往日传统雷达的主要区别在于使用相控阵列天线,这表明有源相控阵雷达将在新一代战斗机上服役,从而标志着21世纪机载雷达将迈入有源相控阵体制时代。
1有源相控阵雷达工作原理“相控阵”,即“相位控制阵列”的简称。
把天线做成一个平面,上面有规则地排列许多个辐射单元和接收单元,称为阵元。
相控阵,就是由许多辐射单元排成阵列形式构成的走向天线,按一定规律控制各单元之间的辐射能量和相位差,利用电磁波的相干原理,则可以控制波束的方向。
典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描,即电子扫描,简称电扫。
接收单元将收到的雷达回波送入主机,完成雷达的搜索、跟踪和测量任务。
相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。
在一维上排列若干辐射单元即为线阵,在两维上排列若干辐射单元称为平面阵。
辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上．这种天线称为共形阵天线。
共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点,能以一部天线实现全空域电扫。
通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。
综上所述,相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。
第5章相控阵雷达概要讲解学习
比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
噪声
|f2-f1| |f2-f1|
B
分辨率 1/比特率
1/|f2-f1| 1/|f2-f1|
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y ( t) s ( t)* h ( t) s ( ) s * ( t t0 ) d
N1
E() E ejk k0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
FaN ssiniN nddssii n n
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。
常用的按两个相位变化，在0o和－180o两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。
另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。
海明函数为：
w (t) 0 .0 8 0 .9c22 o ( ts ) T
加权以后的失配滤波器的冲激响应为：
t T 2
h(t)s(t0t)w(t)
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。
12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。
相控阵雷达天线的工作原理及应用
相控阵雷达天线的工作原理及应用作者：谢振武张劲栓来源：《中国科技博览》2019年第03期[摘要]本文应用惠更斯菲涅耳原理以及平面衍射光栅原理简要的分析了相控阵雷达天线的工作原理，并简要说明了实际相控阵雷达的工作原理及其优点。
最后举例说明了相控阵雷达天线的应用。
[关键词]相控阵；相位差；天线中图分类号：TN958.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0380-01一、引言相控阵雷达现已被人们视为现代科技的标志物。
各国对此相当重视，将其列为机密科研项目之一。
但就是这样一个被视为现代科技的标志物的原理却不那么深奥，它仅仅是一个电磁波发射和接受的装置。
它所应用的高技术，始终是波产生和接收这两个环节展开的。
传统雷达对区域进行探测时是通过机械转动其天线，形成波来扫描，这种扫描的周期较长（几秒～几十秒），且扫描速度慢，因而机械扫描无法实现对高速飞行物的跟踪探测。
而相控阵雷达的天线无物理运动，故其波束扫描的速度和方向均可以敏捷地调节。
二、相控阵雷达的工作原理相控阵天线由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。
基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。
由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。
一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。
相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。
相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。
通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。
控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。
在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。
雷达原理复习
第一章 绪论1、雷达的任务：测量目标的距离、方位、仰角、速度、形状、表面粗糙度、介电特性。
雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置。
当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将其视为“点”目标，可对目标的距离和空间位置角度定位。
目标不是一个点，可视为由多个散射点组成的，从而获得目标的尺寸和形状。
采用不同的极化可以测定目标的对称性。
任一目标P 所在的位置在球坐标系中可用三个目标确定：目标斜距R ，方位角α，仰角β在圆柱坐标系中表示为：水平距离D ，方位角α，高度H 目标斜距的测量：测距的精度和分辨力力与发射信号的带宽有关，脉冲越窄，性能越好。
目标角位置的测量：天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。
相对速度的测量:观测时间越长，速度测量精度越高。
目标尺寸和形状：比较目标对不同极化波的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。
2、雷达的基本组成：发射机、天线、接收机、信号处理机、终端设备3、雷达的工作频率：220MHZ-35GHZ 。
L 波段代表以22cm 为中心，1-2GHZ;S 波段代表10cm ，2-4GHZ ；C 波段代表5cm ，4-8GHZ ；X 波段代表3cm ，8-12GHZ ；Ku 代表2.2cm ，12-18GHZ ；Ka 代表8mm ，18-27GHZ 。
第二章 雷达发射机1、雷达发射机的认为是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。
雷达发射机可分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振放大式发射机；连续波发射机。
2、单级振荡式发射机组成：大功率射频振荡器、脉冲调制器、电源触发脉冲 脉冲调制器 大功率射频振荡器 收发开关 电源 高压电源 接收机主要优点：结构简单，比较轻便，效率较高，成本低；缺点：频率稳定性差，难以产生复杂的波形，脉冲信号之间的相位不相等3、主振放大式发射机：射频放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。
相控阵雷达自适应资源调度研究
收稿日期:2018 05 09
第5期
周 潇 等 :相 控 阵 雷 达 自 适 应 资 源 调 度 研 究
13
得 不 放 弃 对 一 些 目 标 的 跟 踪 、识 别 ,使 防 御 系 统 面 临 巨 大 威 胁 的 同 时 ,资 源 调 度 分 配 资 源 、确 定 工 作 方 式 的复杂程度也直 线 提 高。 因 此,研 究 在 复 杂 电 磁 环 境下的资源调度问 题,是 提 高 相 控 阵 雷 达 作 战 能 力 和作战效率的有效方法。
度 进 行 分 析 研 究 ,对 某 型 雷 达 的 作 战 任 务 规 划 具 有 指 导 意 义 。
关 键 词 :相 控 阵 天 线 ;调 度 策 略 ;时 间 窗
中 图 分 类 号 :TN958.92
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :CN32-1413(2018)05-0012-05
DOI:10.16426/kij.cdzdk.2018.05.003
相控 阵 雷 达 的 硬 件 设 备 虽 然 先 进,但 是 其 资 源
依然是有限的。多目标时出现的多种问题都是由资 源调度来处理的 。 [2] 可以看出资源调度是相控阵 雷 达的大脑,指挥着这 个 精 密 而 且 庞 大 的 雷 达 系 统 有 条 不 紊 地 运 行 ,完 成 各 项 任 务 。
光控相控阵雷达
将全面展开并加速进行。 由于光纤传输具有损耗低、 频带宽等固有的优 点， 光纤在雷达系统的应用首先用于连接雷达天线 和雷达控制中心， 从而可使两者的距离从原来用同 轴电缆时的 ’## 9 以内扩大到 ) P , O9。用光纤作 传输媒体， 其频带可覆盖 ( 波段 （ % P ")K * QRN ） 或 SE 波段 （ ")K * P "% QRT） 。目前 ( 波段高频光纤系
二、 光控相控阵的技术优势
为了提高抗干扰能力， 相控阵雷达必须具有尽 可能大的带宽。为了提高雷达的分辨、 识别能力和 解决多目标成像问题， 相控阵雷达必须具大的瞬时 带宽。为了对抗反辐射导弹的威胁， 也要求采用大 瞬时带宽的扩频信号。但是由于孔径效应的存在， 相控阵雷达波束的的指向随频率的变化而偏移： ・ =E・
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收稿日期： )##’ $ ") $ )’ ・ +"・
! !""# 年第 ! 期 统已实用化， "# 波段的宽带微波光纤线路系统也已 有大量报道。 光纤在相控阵信号处理方面的应用主要是光纤 延迟线信号处理。先进的高分辨率雷达要求损耗 低、 时间带宽积大的延迟器件进行信号处理。传统 延迟线、 电荷耦合 的同轴延迟线、 声表面波 （ $%& ） 器件 （ ’’( ） 等均已不能满足要求。静磁波器件和 超导延迟线虽能满足技术要求， 但离实用化尚很遥 远。光纤延迟线具有损耗低 （ 在 ) * )+ ,-. 频 段 、 时间 内， 单位延迟时间的损耗仅 +/ 0 * +/ ) 12 3 45 ） 带宽积大 （ 达 )+0 * )+6 ） 、 带宽宽 （ 7 )+ ,-. ） 等优 点， 且动态范围大， 三次渡越信号小， 实现彼此跟踪 的延迟线相当容易， 而且能封装进一个小型的封装 盒。用于相控阵雷达信号处理的多半是多模光纤构 成的延迟线。目前国外光纤延迟线已进入成熟期。 为提高相控阵雷达天线波束扫描的灵活性， 减 小初始功耗， 以及精密控制所需的单元相位和幅度 以实现低的空间旁瓣， 需要对每一天线单元提供波 束 （ 相位） 控制信号、 极化控制信号和幅度控 制 信 号。采用光纤高速传输这些控制信号， 相位稳定性 好， 可以大幅度减少每一有源单元的电子组件量， 简 化系统构成， 降低雷达成本， 减小体积和质量。 光纤技术在相控阵雷达的应用还包括用光纤延 迟线在光控相控阵雷达波束形成所需的相移； 在电 光相控阵发射机中采用集成光学进行波束形成， 用 光纤技术进行天线的灵活遥控； 利用光纤色散棱镜 技术的宽带光纤实时延迟相控阵接收机等。其中， 除光纤延迟线外， 光纤耦合器、 波分复用 3 解复用器、 集成光学、 偏振保持光纤、 高色散光纤、 光纤放大器、 光纤光栅等先进的光纤元器件技术得到了应用。 ［ )］ 据已有资料 ， 美国空军 89:;5 试验室已进行 了 （ )<<= ） 光控相控阵的实验实现， 在 > 6+? 侧向扫 描角下， 光控相控阵可以实现 @+A （ B 波段： C@+ * ) 0++ -.） 的即时带宽。 光控相控阵雷达的国内研究尚未见报道。
2014相控阵雷达
空域滤波与频域滤波
对于基于均匀直线阵列的发射天线，当阵元的激励 电流各不相等时，阵列的方向函数：
对于基于均匀采样的离散时间系统，其时域有限冲激 响应函数h(n)对应的频域响应为：
令采样 间隔为ts
14
时间离散系统时域有限冲激响应函数h(n)对应的 频域响应和均匀直线阵列方向函数具有相似性
阵列天线的方向 图可视为空域上 的频谱分布
若 0
d d sin sin sin
N d sin sin F ( ) N d sin
天线方向图 形状为辛格 函数
N d sin sin F ( ) N d sin
相控阵技术的发展现状
上世纪60年代为适应对人造地球卫星及弹道导弹 观测的要求，相控阵雷达技术获得了很大的发展 由于技术进步及研制成本降低，相控阵雷达技术 逐渐推广应用于多种战术雷达 相控阵技术在军民两用/民用雷达中的应用 多种机载与星载合成孔径相控阵雷达
对相控阵雷达探测的新需求
由空域参数和时域参数的对应关系，利用波束指向性 选择不同入射角度信号的机理和利用不同频率响应选 择不同频带信号机理相同，如下图所示：
空域滤波就是通过调整阵列天线参数，使得主瓣对准有用 信号方向，获得较大接收增益；使方向图零点指向干扰信 号入射方向，以压制干扰信号，获得最大信干比。
15
相控阵技术的发展与应用
雷达要观察不断出现的新目标/新作战平台 雷达要适应复杂的目标环境与工作环境 获取更多/更精确的目标信息 提高雷达的生存 要集成至新装备平台/系统 能力与对抗能力 观测低空、小目标 成像、识别、解译 推远雷达探测距离
医学成像-第五章：超声成像系统
人体组织对超声波的衰减系数
介质名称
血液 肝 肾 肌肉 软组织 颅骨 肺 空气 水
平均衰减系数（db/(cm．MHz)
0.18 0.94 1.0 1.05～1.75 1.35～1.68 20 40 10 0.002
超声的生物效应
（2）机械作用 a: 辐射压强 （a）：骚动效应：当强超声束通过液体时，
可以看见很强的骚动效应。如：水的沸腾现 象。 （b）摩擦现象 B：声压
超声的生物效应
(3) 化学作用: 超声的空化作用和热作用与化 学作用是有机联系的；化学作用是氧化和还 原作用。 在高剂量超声情况下，因超声的 化学作用还会破坏有机结构的蛋白质 .
在水和空气的界面上，其中：
Z水 1.492kg / m2s Z空气 0.00428kg / m2s
则反射回来的能量比为： R=（11..449922+-00..0000442288 ）= 0.99
即：99%
此时入射超声能量中有99％被反射，
由此可见，超声从液体(或固体)向气体中传播几乎是不可能，
超声的反射和折射
*反射率Rpቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：反射压和入射压的比率
Rp
Pr Pi
Z2 * cosi Z2 * cosi
Z1 * cost Z1 * cost
*折射率τp：透射压和入射压的比值
p
Pt Pi
2* Z2 *cost Z2 cosi Z1 cost
超声的反射和折射
讨论： 当 i t
0
时，Rp
Z2 Z2
5.2脉冲回波式超声成像系统
5.2脉冲回波式超声成像系统
c波段全数字有源相控阵天气雷达_标准_解释说明
c波段全数字有源相控阵天气雷达标准解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在对C波段全数字有源相控阵天气雷达标准进行解释说明。
全数字有源相控阵天气雷达是一种采用C波段频段的雷达系统，利用数字信号处理和相控阵技术来实现对天气情况的监测和分析。
它具备较高的精度和灵敏度，能够提供更准确、及时的天气预警信息，对于保障人们的生命财产安全具有重要意义。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分都针对C波段全数字有源相控阵天气雷达标准的不同方面进行详细介绍。
在引言部分，我们将首先简要介绍文章的背景和目的，并概括论文结构。
然后，在第二部分中，我们将详细解释C波段全数字有源相控阵天气雷达的原理与特点，包括其基本原理、技术特点以及应用领域。
接下来，在第三部分中，我们将详细描述C波段全数字有源相控阵天气雷达标准的制定过程与内容，包括标准制定过程概述、标准内容详解以及标准实施情况及影响效果评估。
随后，在第四部分中，我们将对C波段全数字有源相控阵天气雷达标准进行解释与说明，包括标准的解释及相关术语解析、标准要点的详细说明以及标准使用和遵守的建议。
最后，在结论和展望部分，我们将对全文进行总结，并回顾主要研究成果。
同时，我们还会展望C波段全数字有源相控阵天气雷达未来发展趋势，提出一些建设性的建议。
1.3 目的本文旨在通过对C波段全数字有源相控阵天气雷达标准进行解释说明，使读者更好地理解该技术所涉及的原理与特点，并了解其在实际应用中的制定过程与内容。
通过深入剖析标准解释与说明部分，读者能够更加明确如何正确使用和遵守这一标准。
此外，本文还致力于概述相关研究成果，并对未来发展趋势进行展望，为进一步推动该技术的发展提供参考。
2. C波段全数字有源相控阵天气雷达的原理与特点2.1 C波段全数字有源相控阵天气雷达的基本原理C波段全数字有源相控阵天气雷达是一种通过多个分布式发射和接收单元组成的雷达系统。
它利用电子束形成技术来实现精确调控并发射和接收雷达信号。
相控阵雷达系统的仿真_王桃桃
斯杂波，将高斯白噪声通过给定的杂波谱密度设计的
滤波器（ 成型滤波器） 。然后对两个分别设计的相关 高斯滤波器的输出杂波取模［2］。其中成型滤波器的
设计方法就是对所希望的滤波器的频率特性作傅里
叶级数展开求得 FIＲ 滤波器的权系数。
已知 FIＲ 滤波器的频率响应为：
N －1
H（ f）
=
∑
n =0
a
n
e
210
计算机与现代化
2014 年第 2 期
的研究。其 中，重 点 对 雷 达 的 信 号 处 理 做 分 析 与 仿 真，为数据处理做好准备。
= sin θcos φ，垂直方向设 v = sin θsin φ。
1 相控阵雷达系统的仿真设计
典型的相控阵雷达主要由天线、发射机、接收机、 信号处理机、数据处理机和显示器组成。不同于机械 式雷达，相 控 阵 雷 达 的 天 线 由 许 多 辐 射 单 元 排 列 而 成，而各个单元的馈电相位由计算机灵活控制，形成 在空中可 移 动 的 波 束，从 而 实 现 电 扫 描［1］。 相 控 阵 雷达系统的仿真结构图如图 1 所示，主要有天线系 统、信号环境、信号处理和人机交互界面。
式（ 1） 中，N 为天线阵元数，dx 为阵元的横向间 距，dy 为阵元的纵向间距，θ 为天线波束指向的方位 角，φ 为天线波束指向的俯仰角。仿真中依据式（ 1） ， 设波束指向方位角为 20°，俯仰角为 30°，阵元数为 30 × 30，如图 2 所示，其中 dx = dy = 0． 5λ，水平方向设 u
通过对目标数据的100次测量数据和真实数据进行分析比较得到的分析结果如表1所示数据均在合理范围内仿真达到预期的目标数据分析距离均方差km002900270039距离误差kma处理前b处理后恒虚警处理前后目标1目标2目标3002400220036在进行恒虚警检测之前目从图6中可以看出标周围的杂波幅度较高此时若门限选择过低会造成虚警如果门限选择过大会造成漏警
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h(t ) s (t0 t )w(t )
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。
12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。 常用的按两个相位变化，在 0o 和－ 180o 两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。 另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。 四相码应用较少。
习题：线性调频信号的带宽 B为1MHz，时宽T 为100μs ，零中频，t0=0 。采 样频率fs=B。 1． 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2． 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3． 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4． 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
当t=t0时，y(t)达到最大，实现了脉冲压缩。
10.线性调频脉冲压缩
线性调频信号为
s ' t Re[e
B j 2 f 0 t t 2T
]
t
T 2
式中幅度已经归一化，f0中心频率，T为脉冲宽度，B为带宽。其零 中频信号为： B 2 j t T T st e t 2
非线性调频扫描
|f2-f1|
|f2-f1|
1/|f2-f1|
1/|f2-f1|
噪声
B
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y (t ) s (t ) * h(t ) s () s* ( t t0 )d
波阵面 θ
dsin(θ )
d
d
d
0
1
2 图5.1阵列天线示意图
N-1
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
2 d sin 考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布， 等幅馈电，在θ方向某点辐射场矢量和：
2.无源相控阵列雷达
共用一个和几个接收机和发射功，其余与有源相控阵列雷达相同。 发射机
显示
控制
数据处理，接收机
波控计算机
移相 阵列
天线 阵列
图5.5有源相控阵雷达框图
！！！
§5.4相位扫描系统的组成及工作原理 阵列组态 目前，相控阵天线的阵面大都为平面阵(p158) 均匀排列若干辐射源 (阵元)。常见的辐射源： 半波振子 喇叭口 缝隙振子 微带偶极子 移相器 1． 二极管移相器 输入 22.5o 45o 90o 图5.6 二极管移相器 180o 输出
第五章 相控阵雷达
§5.1概述
相控阵： 相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排 列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波 阵面。 相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术 有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈 变化的时期。
相控阵采用的高技术：
计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展
铁氧体(4段) 波导 图5.7铁氧体移相器
铁氧体移相器结构如图5.7。其中，铁氧体上的线圈未画出。利 用线圈对每段铁氧体独立充磁，改变各段磁化状态，从而改变波导 中的相位移。 速度慢、体积大、、功率大 移相的量化误差。
波束形成网络
波束形成分发射波束形成、接收波束形成， 一般指接收波束形成。 射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成
7.双基地雷达
8.毫米波雷达
9.外辐射源雷达
相控阵雷达的特点：
波束捷变 多目标跟踪 远作用距离 高数据率 自适应抗干扰 快速识别目标 高可靠性 天线共形
§5.2相控阵列的基本原理
相控阵天线的阵元一般在100-10000 个，每个阵元后接一个可控移相器。改 变每个移相器的移相量就改变了阵元间 的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁 波的波阵面指向。
E () E e jk
k 0 N 1
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
sinNd sin Fa N sind sin
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
0 2 d sin 0
主瓣方向
波阵面 θ
dsin(θ 0)
0
d d ej0 e-jψ0 e-j2ψ0
d e-j(N-1)ψ0
图5.3阵列天线扫描示意图
此时，天线方向图为。
sinNd sin sin 0 Fa N sind sin sin 0
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣 栅瓣 栅瓣
-π/2
0
π/2
π 3π/2 图5-2阵列因子图
2π
主瓣
-π/2 0 π/2栅瓣来自π 3π/2 图5-2阵列因子图
栅瓣
2π
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。 不出现栅瓣的条件： π d sinθ ，或
§5.5有源相控阵雷达
每个阵元有一个收发组件
§5.6相控阵雷达的有缺点及发展趋势
特点：p182有8个特点 发展：战术相控阵和战略相控阵
小结
1.相控阵雷达的基本概念 2.与相控阵雷达相关的技术 3.相控阵雷达的特点 4.阵因子和阵元因子 5.远场和近场 6.栅瓣和克服栅瓣的方法 7.相控阵雷达扫描与角分辨率 8.相控阵雷达的组成 9.相位扫描系统
这是一个4位移相器。步长为22.5o。
移相器由延迟线实现，22.5o 采用十六分之一波长延迟线。因而 ，带宽有限。移相器还可以用电感、电容实现，或其他方式延迟线 。 二极管起一个开关的作用，加正向偏置导通，反向偏置截止。 体积小，重量轻，开关时间短 (50ns-2μs) ，驱动功率小，温度系 数小，适用于固态集成电路。 2．铁氧体移相器
0 0
0
可以采用非均匀分布的阵列天线，见P156 表5－1。 以上分析的是相控阵一维阵列天线分析，二维天线的分析方法相 同。
§5.3相控阵雷达的组成
相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类：
1.有源相控阵列雷达
每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器 激励器 显示 控制 数据处理 波控计算机 图5.4有源相控阵雷达框图 发射 天线 接收 阵列 阵列
第七章 其他若干现代雷达体制简介
1.连续波雷达
零差拍连续波雷达,p227 超外差连续波雷达,p228
• 调频连续波雷达 • 调相连续波雷达
2.单脉冲雷达
•振幅和差单脉冲雷达, p232 •相位和差单脉冲雷达, p237
3.边扫描边跟踪雷达
4.频率捷变雷达和频率分集雷达
5.超宽带雷达
6.超视距雷达
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络， 脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常 用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
伪随机二进制序列
带宽
比特率
分辨率
1/比特率
线性调频扫描
d 1 1 sin 0
(5-7)
无栅瓣的条件：
结论：
1． 相控阵天线一维主瓣方向由阵元馈电相位差决定。 2 d sin 2． 当阵元间距d太大时，将出现与主瓣等幅度的栅瓣。有两个克 服方法： d 1 限制阵元间距， 1 sin 。 限制阵元天线方向图，使阵元主瓣内不出现栅瓣。 3． 天线扫描时，θ0增大，波束要展宽。 4． 天线扫描时，θ0增大，天线增益要下降。
第四章小结
1.雷达距离分辨率与雷达信号带宽 雷达信号TB积的概念 普通脉冲雷达信号的时宽(T)带宽(B)积是一个常量(约为1)， 矩形脉冲的带宽是时宽的倒数。 要增加带宽只有减小脉冲时宽一 条道。要进一步减小时宽有一定的难度。要有足够大的作用距离就 要有足够大的平均功率。因此，减小脉宽就得增加脉冲功率。现在 的峰值功率已经非常大，给设备的耐压，防止高压打火，体积和重 量提出了高要求。 2.脉冲压缩 产生一个这样的脉冲，它的TB 积远大于 1 ，一般在 20 －100 之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。 3.雷达距离分辨率： c r 2B
λ
d/λ≤1 结论： 2 N d sin 1. 阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。∑ 2. 阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。
πd sinθ λ
二、相控阵天线扫描
在图 5.3 中，阵列天线馈电相位按 ψ0 递减，则波束指向为 θ0 。改 变ψ0，就能实现相控阵扫描。馈电相位差与等价波程差关系：
4.压缩比D
D T TB 1/ B
5.脉冲压缩的优点：
时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距 离。 有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。
6.脉冲压缩的实现：
ht e