雷达基本工作原理
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航海雷达与ARPA
第一篇 船用雷达
绪
论
雷达名称： 一、 雷达名称：(Name)
“Radio Detection and Ranging Radio Ranging” 无线电探测与测距） （无线电探测与测距） (英文缩写 英文缩写) Radar (英文缩写) 雷达( ]音译) 雷达( [′reid ∂ 音译)
反射特性 是一种利用物标对电磁波的反射特性， 探测与测量物标的 是一种利用物标对电磁波的反射特性，来探测与测量物标的 一种无线电设备。 一种无线电设备。
目标 雷达
2
航海雷达与ARPA
四、航海上为什么要用雷达？ 航海上为什么要用雷达？
(Why to use radar in navigation?) 当在雾天、 当在雾天、夜间航行等能见度不良时 如何判断周围有目标？是否会相撞？ 如何判断周围有目标？是否会相撞？ 或者在海图上进行定位呢？ 或者在海图上进行定位呢？ 就必须用雷达→ 就必须用雷达→ 探测目标 ——判别本船周围是否有目标存在 判别本船周围是否有目标存在？ ——判别本船周围是否有目标存在？ ——以亮点形式显示出来。 ——以亮点形式显示出来。 显示出来 测量目标 测量出（水面以上）目标的： —测量出（水面以上）目标的： 方位（Azimuth） 方位（Azimuth） 距离（Range） 距离（Range）
二、雷达起源
问题（ 如何尽早发现飞机？ 问题（在第一次世界大战中）：---如何尽早发现飞机？ 启发：仿生学---------------蝙蝠 启发：仿生学--------蝙蝠 方法：利用电磁波来发现目标? 方法：利用电磁波来发现目标? 1
航海雷达与ARPA
绪
论
雷达定义： 三、 雷达定义：(Definication)
二战中发展 航海上。 二战后 → 民用 → 航海上。 结构上——电 子管 → 晶体管 → IC → LIC 结构上 电 功能
一维： 一维：距离 二维：距离、 二维：距离、方位 三维：距离、方位、 三维：距离、方位、高度 多维：距离、方位、高度、速度、 多维：距离、方位、高度、速度、航向等
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航海雷达与ARPA
绪
论
CH1 雷达基本工作原理（ Radar basic principle of operation） operation） ξ1.1 雷达测距测方位基本原理 T2 T1 测距原理( 一. 测距原理( Ranging Principle)
说明： 未知） 说明：1）O----T 之间的距离为 S（未知） ----T 2）电磁波往返时间为Δt 电磁波往返时间为Δ △t = t2 - t1 该电波反射回到天线时刻； [ t2：该电波反射回到天线时刻； t1：电波从天线发射时刻 ] 2 S = C △t ∴ S =
C △t 2
S2
S1 Δt O
发射（ 发射（往） 接收（ 接收（还）
（1 - 1 - 1 ）
Δt
6
C：电磁波传播速度，常数 C = 3×108 米/秒 电磁波传播速度，
航海雷达与ARPA
绪
论
原理：通过测量本船与目标之间电磁波的往返时间 原理：
（Δt）， 就可以测量出本船与目标之间的距离（S）。 Δt）， 就可以测量出本船与目标之间的距离（ [实际上]：在雷达上直接把时间△t→转换成距离（海里表 实际上] 在雷达上直接把时间△t→转换成距离（ 转换成距离 示）。
条件：电磁波传播满足： 条件：电磁波传播满足：
1）直线 2）等速 3）反射 注意：时间单位： 注意：时间单位：1S = 103 ms = 106 us
7
航海雷达与ARPA
绪
论
二.
1.
测方位原理( 测方位原理( Bearபைடு நூலகம்ng, Azimuth )
雷达天线方向性： 雷达天线方向性：辐射功率与方位的关系 ----具有高度的定向性！ 具有高度 ----具有高度的定向性！ ----扇形 ----扇形
眼睛” 是驾驶员的“眼睛”！
4
航海雷达与ARPA
绪
论
六、雷达的发展概况
年代： 30 年代：
By 1934 R.M.Page had photographed their first radar echo at NRL and by 1938 the US SCR-268 radar was operational as an Anti Aircraft AA radar. The US first naval radar XAF was at sea in 1938 aboard the USS New York.
垂直方向
θv
轴线
θh
水平方向
旁瓣
半功率点
主瓣 重要参数： 重要参数： ——天线垂直波束宽度 天线垂直波束宽度： θv——天线垂直波束宽度： 在垂直方向，半功率是之间的夹角（ 30° 在垂直方向，半功率是之间的夹角（15 ～ 30°） θn——天线水平波束宽度： ——天线水平波束宽度： 天线水平波束宽度 在水平方向，半功率是之间的夹角（ 在水平方向，半功率是之间的夹角（1 ～ 2°） 强调：在水平方向上， 很小—— ——具有高度定向性 强调：在水平方向上，θh很小——具有高度定向性
绪
论
T1 T2 O
3
航海雷达与ARPA
绪
论
五 、雷达在航海上的应用
(Application in navigation) navigation) 1）定位 (Positioning ) 2）导航 (Navigation ) 3）避碰 (Avoidance Collision )
雷达------雷达------是船舶航行不可缺少的、重要的导航仪器！ 是船舶航行不可缺少的、重要的导航仪器！
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航海雷达与ARPA
2、测向原理
绪
论
过程分析： 过程分析：
天线高度定向性——θh很小 a、天线高度定向性 θ 该目标接收电波——反射 b、只有当主波束对准目标——该目标接收电波 只有当主波束对准目标 该目标接收电波 反射 当偏离目标——主波束不对准 c、当偏离目标 主波束不对准 该目标——不能被探测 不能被探测——无反射 该目标 不能被探测 无反射 ∴ 主波束轴方向——代表O—T之间的方向；[理解：→第1 主波束轴方向 代表O T 之间的方向； 理解： 代表 要点] 要点] d、由于显示器扫描线与天线同步旋转 当主波束扫到某一方向——扫描线相应扫在这一 即 ： 当主波束扫到某一方向 扫描线相应扫在这一 方位上。 方位上。 [理解：→第2要点] 理解： 要点] 该目标回波——就会立即在该方向上显示出来。 就会立即在该方向上显示出来。 ∴ 该目标回波 就会立即在该方向上显示出来
第一篇 船用雷达
绪
论
雷达名称： 一、 雷达名称：(Name)
“Radio Detection and Ranging Radio Ranging” 无线电探测与测距） （无线电探测与测距） (英文缩写 英文缩写) Radar (英文缩写) 雷达( ]音译) 雷达( [′reid ∂ 音译)
反射特性 是一种利用物标对电磁波的反射特性， 探测与测量物标的 是一种利用物标对电磁波的反射特性，来探测与测量物标的 一种无线电设备。 一种无线电设备。
目标 雷达
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四、航海上为什么要用雷达？ 航海上为什么要用雷达？
(Why to use radar in navigation?) 当在雾天、 当在雾天、夜间航行等能见度不良时 如何判断周围有目标？是否会相撞？ 如何判断周围有目标？是否会相撞？ 或者在海图上进行定位呢？ 或者在海图上进行定位呢？ 就必须用雷达→ 就必须用雷达→ 探测目标 ——判别本船周围是否有目标存在 判别本船周围是否有目标存在？ ——判别本船周围是否有目标存在？ ——以亮点形式显示出来。 ——以亮点形式显示出来。 显示出来 测量目标 测量出（水面以上）目标的： —测量出（水面以上）目标的： 方位（Azimuth） 方位（Azimuth） 距离（Range） 距离（Range）
二、雷达起源
问题（ 如何尽早发现飞机？ 问题（在第一次世界大战中）：---如何尽早发现飞机？ 启发：仿生学---------------蝙蝠 启发：仿生学--------蝙蝠 方法：利用电磁波来发现目标? 方法：利用电磁波来发现目标? 1
航海雷达与ARPA
绪
论
雷达定义： 三、 雷达定义：(Definication)
二战中发展 航海上。 二战后 → 民用 → 航海上。 结构上——电 子管 → 晶体管 → IC → LIC 结构上 电 功能
一维： 一维：距离 二维：距离、 二维：距离、方位 三维：距离、方位、 三维：距离、方位、高度 多维：距离、方位、高度、速度、 多维：距离、方位、高度、速度、航向等
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航海雷达与ARPA
绪
论
CH1 雷达基本工作原理（ Radar basic principle of operation） operation） ξ1.1 雷达测距测方位基本原理 T2 T1 测距原理( 一. 测距原理( Ranging Principle)
说明： 未知） 说明：1）O----T 之间的距离为 S（未知） ----T 2）电磁波往返时间为Δt 电磁波往返时间为Δ △t = t2 - t1 该电波反射回到天线时刻； [ t2：该电波反射回到天线时刻； t1：电波从天线发射时刻 ] 2 S = C △t ∴ S =
C △t 2
S2
S1 Δt O
发射（ 发射（往） 接收（ 接收（还）
（1 - 1 - 1 ）
Δt
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C：电磁波传播速度，常数 C = 3×108 米/秒 电磁波传播速度，
航海雷达与ARPA
绪
论
原理：通过测量本船与目标之间电磁波的往返时间 原理：
（Δt）， 就可以测量出本船与目标之间的距离（S）。 Δt）， 就可以测量出本船与目标之间的距离（ [实际上]：在雷达上直接把时间△t→转换成距离（海里表 实际上] 在雷达上直接把时间△t→转换成距离（ 转换成距离 示）。
条件：电磁波传播满足： 条件：电磁波传播满足：
1）直线 2）等速 3）反射 注意：时间单位： 注意：时间单位：1S = 103 ms = 106 us
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论
二.
1.
测方位原理( 测方位原理( Bearபைடு நூலகம்ng, Azimuth )
雷达天线方向性： 雷达天线方向性：辐射功率与方位的关系 ----具有高度的定向性！ 具有高度 ----具有高度的定向性！ ----扇形 ----扇形
眼睛” 是驾驶员的“眼睛”！
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绪
论
六、雷达的发展概况
年代： 30 年代：
By 1934 R.M.Page had photographed their first radar echo at NRL and by 1938 the US SCR-268 radar was operational as an Anti Aircraft AA radar. The US first naval radar XAF was at sea in 1938 aboard the USS New York.
垂直方向
θv
轴线
θh
水平方向
旁瓣
半功率点
主瓣 重要参数： 重要参数： ——天线垂直波束宽度 天线垂直波束宽度： θv——天线垂直波束宽度： 在垂直方向，半功率是之间的夹角（ 30° 在垂直方向，半功率是之间的夹角（15 ～ 30°） θn——天线水平波束宽度： ——天线水平波束宽度： 天线水平波束宽度 在水平方向，半功率是之间的夹角（ 在水平方向，半功率是之间的夹角（1 ～ 2°） 强调：在水平方向上， 很小—— ——具有高度定向性 强调：在水平方向上，θh很小——具有高度定向性
绪
论
T1 T2 O
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论
五 、雷达在航海上的应用
(Application in navigation) navigation) 1）定位 (Positioning ) 2）导航 (Navigation ) 3）避碰 (Avoidance Collision )
雷达------雷达------是船舶航行不可缺少的、重要的导航仪器！ 是船舶航行不可缺少的、重要的导航仪器！
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航海雷达与ARPA
2、测向原理
绪
论
过程分析： 过程分析：
天线高度定向性——θh很小 a、天线高度定向性 θ 该目标接收电波——反射 b、只有当主波束对准目标——该目标接收电波 只有当主波束对准目标 该目标接收电波 反射 当偏离目标——主波束不对准 c、当偏离目标 主波束不对准 该目标——不能被探测 不能被探测——无反射 该目标 不能被探测 无反射 ∴ 主波束轴方向——代表O—T之间的方向；[理解：→第1 主波束轴方向 代表O T 之间的方向； 理解： 代表 要点] 要点] d、由于显示器扫描线与天线同步旋转 当主波束扫到某一方向——扫描线相应扫在这一 即 ： 当主波束扫到某一方向 扫描线相应扫在这一 方位上。 方位上。 [理解：→第2要点] 理解： 要点] 该目标回波——就会立即在该方向上显示出来。 就会立即在该方向上显示出来。 ∴ 该目标回波 就会立即在该方向上显示出来