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

显示器接收机天控系统

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

天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示

天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描

接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。

显示器的形式和数量：雷达显示器是向操纵人员提供雷达信息的一种终端设备，是人际联系的一个环节。 电子战对抗中的雷达：

电子战（EW ）:敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。

电子对抗（ECM ）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电磁侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁）

电子反对抗（ECCM ）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效采用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁） 雷达反干扰

天线抗干扰：低旁瓣、旁瓣对消、波束控制、随机扫描

发射机抗干扰：提高有效辐射功率、频率捷变、频率编码、频率分集、脉冲压缩、波形隐蔽、窄脉冲、重频时变

接收机、信号处理机抗干扰：接收机抗饱和、重频、脉宽鉴别、MTI 、MTD 、积累检测

二、发射机

发射机任务：产生大功率高频振荡发射信号。脉冲雷达要求发射机产生一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射频脉冲列

基本类型：连续波发射机、脉冲调制发射机（单极振荡式发射机、主振荡式发射机） 输出功率：发射机送到天线输入端的功率

峰值功率：脉冲期间发射机输出功率的平均值（不要过分增大法设计的峰值功率） 平均功率：脉冲重复周期内输出功率的平均值： 工作比D:

常规脉冲雷达工作比

脉冲多普勒雷达工作比10-2 ~10-1量级 连续波雷达工作比100%

总功率：发射机输出功率与输入功率之比 t

r

av

P T P τ

=r

r T F D τ

τ=

=

主振放大式发射机特别注意改善输出级效率

信号形式：

信号形式由雷达体制决定

常规脉冲雷达为简单脉冲波形，特殊体制雷达为复杂调制波形

雷达常用信号形式

波形调制类型工作比

简单脉冲

脉冲压缩

高工作比多普勒调频连续波

连续波矩形振幅调制

线性调制

脉内相位编码

矩形调幅

线性调频

正弦调频

相位编码

30--50

100

100

信号的稳定度或频谱纯度

信号的稳定度：

信号各项参数（振幅、频率（或相位）、脉冲宽度及脉冲重复频率）是否随时间做不应有的变化

信号的频谱纯度：雷达信号在应有信号频谱之外的寄生输出（频谱纯度为稳定度在频域中的表示）

相参信号：

信号的相参性：两个信号相位间存在确定关系。

单级振荡式发射机：振荡器工作状态由脉冲调制器控制，每个射频脉冲起始射频相位由振荡器噪声决定具有随机性，即射频信号相位不相参。

主振放大式发射机：主控振荡器提供基准连续波信号，射频脉冲通过脉冲调制器控制射频功率放大器产生。相继射频脉冲具有固定的相位关系。

脉冲调制器任务：产生等幅、等宽、等时间间隔的视频脉冲序列控制发射机输出高频脉冲序列。

脉冲调制器解决的关键问题：尽可能降低对于电源部分的高峰值功率的要求，实现用较小功率电源产生较大峰值功率射频脉冲。

固态发射机的优点：1、不需要阴极加热、寿命长；2、具有很高的可靠性；3、体积小、重量轻；4、工作频带宽、效率高；5、系统设计和运用灵活；6、维护方便，成本较低。

固态高功率放大器模块：应用先进的集成电路工艺和微波网络技术，将多个大功率晶体管的输出功率并行组合，即可制成固态高功率放大器模块。输出功率并行组合的主要要求是高功率和高效率。根据使用要求，主要有两种典型的输出功率组合方式。

三、接收机

接收机的任务：接收和检测雷达的回波信号并进行处理，为测量系统及控制系统提供包含目标信息的各种必须信号。

处理信号：选择信号——时间、频率，放大信号——高放、中放、视放，变换信号——混频、检波

超外差式雷达接收机主要组成部分：

高频部分，又称为接收机“前端”，包括接收机保护器、低噪声高频放大器、混频器和本机振荡器；中频放大器，包括匹配滤波器；

检波器和视频放大器。

接收机保护器低噪声高

频放大器

混频器

中频放大器

(匹配滤波器)

检波器

视 频

放大器

至终端设备本振

高 频 部 分

高频输入

接收机的工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率范围。要求雷达发射机和接收机具有较宽的工作带宽。频率捷变雷达要求接收机的工作频带宽度为(10—20)%。

动态范围：表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围。

表示方法：使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率之比

措施：采用对数放大器、各种增益控制电路等抗干扰措施

中频的选择和滤波特性：