现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第5章..
现代雷达系统分析与设计陈伯孝
现代雷达系统分11析与设计陈伯孝
(4.1.10)
2.指数表示法
复解析信号在推导信号的一般特性时是有效的表示方式， 但在分析具体信号时又极不方便，故常采用指数形式的复信 号来代替复解析信号。
实信号用指数形式的复信号实部表示为
其中 形式，而
(4.1.11) 为实信号的复指数 为复信号的复包络。
(4.1.14)
现代雷达系统分18析与设计陈伯孝
(4.1.15)
由于噪声叠加在信号上的缘故，在测时(测距)和测频(测速)
时就会出现随机偏移真实值的情况。以有效时宽βt和有效带 宽βf来表示的时间测量和频率测量的均方根误差的近似式分 别为
(4.1.16)
现代雷达系统分19析与设计陈伯孝
(4.1.17)
现代雷达系统分27析与设计陈伯孝
4.2.1 模糊函数的定义及其性质 1.模糊函数的定义
模糊函数最初是为了研究雷达分辨率而提出的，目的是 通过这一函数定量描述当系统工作于多目标环境下，发射一 种波形并采用相应的滤波器时，系统对不同距离、不同速度 目标的分辨能力。换句话说，就是当“干扰目标”与观测目 标之间存在着距离和速度差别时，模糊函数定量地表示了 “干扰目标”(即临近的目标)对观测目标的干扰程度。
下面从分辨两个不同的目标出发，如图4.3所示，以最 小均方差为最佳分辨准则，推导模糊函数的定义式。
现代雷达系统分28析与设计陈伯孝
图4.3 目标环境图
现代雷达系统分29析与设计陈伯孝
雷达的发射信号通常为窄带信号，用复信号可表示为
(4.2.1) 其中u(t)为信号的复包络，f0为载频。
若采用理想的“点目标”模型，假设目标1和目标2的时 延分别为d和d＋τ，多普勒频移分别为f和f＋fd，且功率相同， 两个目标的回波信号可表示为
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章
本节首先介绍RCS的定义，然后介绍影响RCS的几个 因素及计算，最后介绍统计意义上的雷达横截面积模型和 模型对最小可检测信号的影响。
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3.2.1 RCS的定义
雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。一般 用后向散射能量的强度来定义目标的RCS。为了描述目标 的后向散射特性，在雷达方程的推导过程中，定义了“点” 目标的RCS为σ，σ定义为
(3.1.8) 由式(3.1.8)可看出，接收的回波功率Pr与目标的距离 R的四次方成反比，这是因为在一次雷达中，雷达波的能 量衰减很大(其传播距离为2R)。只有当接收到的功率Pr大 于最小可检测信号功率Smin时，雷达才能可靠地发现目标。
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所以，当Pr正好等于Smin时，就可得到雷达检测目标的最大 作用距离Rmax。因为超过这个距离，接收的信号功率Pr进 一步减小，就不能可靠地检测到目标。它们的关系式可以 表示为
根据式236接收机的噪声系数f为3111机带宽代入上式输入端信号功率为3112若雷达的检测门限设置为最小输出信噪比snromin则最小可检测信号功率可表示为311331143115统计检测理论基础上的统计判决方法来实现信号检测检测目标信号所需的最小输出信噪比又称为检测因子detectabilityfactordsnromin就是满足所需检测性能即检测概率为pd和虚警概率为pfa在检波器输入端单个脉冲所需要达到的最小信噪比也经常表代替snromin并考虑接收机带宽失配所带来的信噪比损耗在雷达距离方程中增加带宽校正因子c3116器输入端的d0n值可以下降因此该方程表明了雷达作用距离和脉冲积累数n之间的关系计算和绘制出标准曲线供查用
(3.1.4)
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目标受到电磁波的照射，因其散射特性将产生散射回 波。散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1 及目标的散射特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是 面积)来表征其散射特性。若假定目标可将接收到的回波能 量无损耗地辐射出来，就可以得到目标的散射功率(二次辐 射功率)为
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章
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即 (3.2.3)
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图3.3 目标的散射特性
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因此，σ又可定义为：在远场(即平面波照射)条件下， σ等于4π乘以在一个特定方向上散射波的辐射强度与入射 波的功率密度之比。为了进一步了解σ的意义，按照定义 来考虑一个具有良好导电性能的各向同性的球体截面积。 设目标处入射功率密度为S1，球目标的几何投影面积为A1， 则目标所截获的功率为S1A1。由于该球是导电良好且各向 同性的，所以它将截获的功率S1A1全部均匀地辐射到4π立 体角内，根据式(3.2.3)的定义，球目标的RCS
1.RCS与视角的关系
为了便于说明，考虑各向同性的点散射体。各向同性 的散射体向所有方向均匀散射入射波。考虑如图3.4所示的 模型。两个单位面积(1m2)的各向同性散射体沿着雷达视线 (零角度)并列放置在距离R处的远场中。这两个散射体的间 距是d＝1 m。然后雷达视角从0°变化到180°。
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这两个散射体的合成RCS由散射体1和散射体2这两个单个 目标散射截面积叠加组成。当电间距为零时，合成的RCS 为2m2。以散射体1的相位作为基准，当视角变化时，合成 RCS由两个散射体之间的电间距导致的相位变化也不同。 例如，在θ＝10°
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第 3章
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雷达是依靠目标散射的回波能量来探测目标的。雷 达方程定量地描述了作用距离和雷达参数及目标特性之间 的关系。研究雷达方程主要有以下作用：
①根据雷达参数来估算雷达的作用距离； ②根据雷达的威力范围来估算雷达的发射功率； ③分析雷达参数对雷达作用距离的影响，这对雷达系 统设计中正确地选择系统参数有重要的指导作用。 本章从基本雷达方程入手，分别介绍目标的散射截面 积(RCS)、雷达的系统损耗以及干扰器和几种体制的雷达 方程。
现代雷达实验课程设计
现代雷达实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解雷达的工作原理，掌握雷达的基本组成、功能及其在现代科技中的应用。
2. 使学生掌握雷达信号的处理方法，了解雷达信号的特性。
3. 帮助学生了解现代雷达技术的发展趋势及其在国防、航空、气象等领域的应用。
技能目标：1. 培养学生运用雷达原理进行实验操作的能力，提高实验数据的处理与分析技巧。
2. 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，能够设计简单的雷达实验方案。
3. 培养学生团队协作能力，提高实验操作的规范性和安全性。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对雷达技术及其应用的兴趣，培养创新意识和探索精神。
2. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到科技发展对国家的重要性。
3. 培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯，提高学生的自主学习能力。
课程性质：本课程为现代雷达实验课程，旨在通过实验让学生深入了解雷达原理，掌握雷达技术的基本技能。
学生特点：学生为高年级本科生，已具备一定的电子技术和信号处理知识，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：结合课程性质、学生特点，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和创新能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养学生解决问题的能力。
二、教学内容1. 雷达原理与组成- 雷达的基本原理- 雷达各组成部分的功能与作用- 雷达方程及其应用2. 雷达信号与处理- 雷达信号的类型与特性- 雷达信号的处理方法- 雷达目标检测与跟踪技术3. 现代雷达技术与应用- 相控阵雷达技术- 合成孔径雷达技术- 雷达对抗与隐身技术4. 雷达实验操作与数据处理- 雷达实验原理与步骤- 雷达实验设备的操作与维护- 雷达实验数据的采集、处理与分析5. 雷达技术在现实生活中的应用案例- 国防领域应用案例- 航空航天领域应用案例- 气象监测领域应用案例教学内容安排与进度：第一周：雷达原理与组成第二周：雷达信号与处理第三周：现代雷达技术与应用第四周：雷达实验操作与数据处理第五周：雷达技术在现实生活中的应用案例教学内容与教材关联性：教学内容与教材紧密关联，按照教材章节顺序进行教学，确保学生能够系统地掌握雷达技术知识。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第2章
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正交场放大器(Crossed
FieldAmplifier，CFA)：由于其效
率高(25％～65％)和低工作电压的原因而用于很多功率较高的 地面雷达系统。它是线性放大的，调制起来比较容易。不过， 其增益相当低(7～16 dB)，而且必须用其它CFA、TWT或速调 管来激励。其噪声输出要比磁控管低得多，但比其它器件高。
式中fr＝1Tr是脉冲重复频率。TeTr＝Tefr＝D，称为雷达的
工作比。常规的脉冲雷达工作比只有百分之几，最高达百分之 几十；连续波雷达的D＝1。
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单级振荡式发射机的输出功率取决于振荡管的功率容量， 主振放大式发射机则取决于输出级(末级)发射管的功率容量。 考虑到耐压和高功率击穿等问题，从发射机的角度，宁愿提高 平均功率而不希望过分增大它的峰值功率。
射一种特定的大功率信号。发射机为雷达提供一个载波受到调
制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。
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雷达发射机有单级振荡式和主振放大式两类，其中单级振 荡式发射机又可分为两种：一种是初期雷达使用的三极管、四 极管振荡式发射机，其工作频率为VHF或UHF频段；另一种为 磁控管振荡式发射机。单级振荡式发射机比较简单，如图2.2(a) 所示，它所提供的大功率射频信号是直接由一级大功率射频振 荡器产生的，并受脉冲调制器的控制，因此振荡器的输出是受 到调制的大功率射频信号。例如，一般的脉冲雷达辐射的是包 络为矩形脉冲调制的大功率射频信号，所以控制振荡器工作的
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振荡器是连续工作的。主振放大器的脉冲实际上是从连续 波上“切”下来的，如图2.3所示。若键控开关的时钟是以振 荡器为时钟基准产生的，则其脉冲是相干的，对于脉冲信号而 言，所谓相干性(也称相参性)，是指从一个脉冲到下一个脉冲 的相位具有一致性或连续性。若脉冲与脉冲之间的初始相位是 随机的，则发射信号是不相干的。 射频放大链如图2.4所示，通常采用多级放大器组成。末 级的高功率放大器经常采用多个放大器并联工作，再通过大功
现代雷达技术设计与测试说明书
Trends in Radar Design and TestRadar technology has been a critical capability for flight safety, precision navigation, space applications, and more. To meet future electromagnetic spectral operation requirements, modern radars are being increasingly designed to be frequency agile with cognitive modes while utilizing ultra-broadband active electronically scanned arrays to dynamically adapt to electronic warfare and theever-changing electromagnetic spectrum.Additionally, modern radars are increasinglydesigned with the goal of improved EW resilienceand low probability of intercept (LPI) withmultifunction and cognitive capability, radar, EW,and comms. Due to the increased complexity ofdesigns, finding issues before an open-air rangetest has never been more important. Today, radarengineers are leveraging powerful modeling andsimulation tools to digitally test systems prior tointegration. Most leading radar manufacturersleverage hardware-in-the-loop (HIL) integrationtesting to mitigate risk and find issues in the earlystages of the design cycle. Radar target generation technology is a powerful tool to inject realistic targets into radar systems in the lab or during production test to validate system performance or provide that final functional check before deployment.FIGURE 01Phases of Radar Design Test and EvaluationRadar Target Generation Software OverviewThe Radar Target Generation (RTG) Software includes applications and APIs to help you operate certain models of the PXI Vector Signal Transceiver (VST) as a closed-loop real-time radar target generator. The RTG software works with scenarios calculated in real-time, provided from a file, or generated from a linear motion calculation. With this software, engineers can inject up to four independent targets with configurable range (time delay), velocity (doppler frequency offset), and path loss (attenuation) into a radar for test. In its default personality, the VST is a calibrated RF generator and analyzer. Beyond the standard VST calibration, the RTG software includes a loopback calibration that enables users to apply accurate time delay and attenuation by de-embedding residual and external cabling and fixtures effects. The RTG Software is well suited to basic functional validation of radars, production test, or MRO (maintenance, repair, and overhaul).Applications•Closed-loop real-time target generation•Open-loop spectral and datalink systems test•Programmable signal generation and analysisKey Characteristics Array•Frequency Range: 10 MHz to 21 GHz(22.5 GHz to 44 GHz withfrequency extender)•Signal IBW: 1 GHz•Number of Targets: 4 per channel•Channels Per Chassis: up to 4•Signal Parameters: Delay, Doppler, Attenuation•Maximum Range: 64,000 km•Minimum Range: >1 m in low-latency mode125 m otherwise•Update Rate: 15 kHz (List Mode)1 kHz (Live Mode)•Range Step: 0.8 ns (0.12 m)•Doppler Offset: +/- 2 MHz•Doppler Resolution: <5 Hz•Pulse Width: Unrestricted•Typical Rx to Tx SFDR:68 dBc•Overlapping Targets:YesSupported NI Modules: PXIe-5830, PXIe-5831, PXIe-5832, PXIe-5841System Components• Four independent, overlapping targets• NIST-traceable calibration • Automate test scenarios with Ethernet API or partner IP• FPGA Coprocessor Harness for custom IP integration• Low Latency Mode for close-in targetsVector Signal Transceiver Hardware Capability1. 10 MHz to 21 GHz Fc2. 1 GHz IBW3. Coherent receive to transmit4.PXIe-5831, PXIe-5830, PXIe-5841, PXIe-5832NI RTGEngineNI RTG System ComponentsControl API• Manual parameter control panel • Remote API over Ethernet• Scenario generation not included • License-controlled distributionPXIe System ComponentsHave high fidelity test requirements? Connect with our radar test partners. Contactusat:************Integrated Embedded Controller•Intel Xeon 8-core x86 processor •Removable hard drive•Windows 10 support •64 GB DDR4PXIe System Infrastructure•3U modular instrumentation chassis •Expandable to 18 slots•Data transfer up to 24 GB/s •Integrated clocking / triggers/radar。
现代雷达系统理论
第一章 绪论
根据雷达分机和雷达测 量方法分别介绍雷达的组成 和测量原理。前者包括雷达 发射机、雷达接收机、终端 显示和数据录取设备的组成、 基本工作原理及主要指标； 后者包括雷达的测距、测角 和测速的基本原理和各种实 现方法。
第四章 脉冲压缩
近年来，从改进雷达体制方面 来扩大作用距离和提高距离分辨力 方面已有很大进步。这种体制就是 脉冲压缩雷达体制，它采用宽脉冲 发射以提高发射的平均功率，保证 足够的最大作用距离，而接收时则 采用相应的脉冲压缩方法获得窄脉 冲，以提高距离分辨力，因而较好 地解决作用距离和分辨力之间的矛 盾。
接收机
数据采集
信号处理
通讯
雷达原理框图
显示 操作员
雷达发射机（1）
雷达发射机工作原理：
振荡源
脉冲调制器
功率放大
电源
雷达发射机（2）
雷达发射机主要指标：
1. 工作频率或波段 2. 输出功率 3. 效率 4. 信号形式 5. 信号频谱纯度
雷达发射机（3）
雷达发射机分类：
使用器件
工作方式Βιβλιοθήκη 真空电子管发射机 单级振荡式发射机
晶体管固态发射机 主振放大式发射机
雷达发射机（4）
磁控管发射机：
磁控管
调制器
雷达发射机（5）
行波管发射机：
雷达发射机（6）
固态发射机：
雷达天线（1）
雷达天线的工作原理：
B
k
D
雷达天线（2）
雷达天线的主要指标：
1. 方向图 2. 增益 3. 带宽 4. 极化 5. 副瓣电平
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第5章
图5.1 模拟正交相干检波器
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若中频输入信号模型为s(t)＝cos2π( f0＋fd )t，则在理想 情况下，正交两路混频器的参考信号和输出的基带信号为
(5.3.1) 若两个本振信号存在幅度相对误差εA和正交相位误差 εj(即相位差不等于90°)，正交两路混频器的参考信号和输 出的基带信号为
其中(θ0，j0)为目标的方位角和仰角。
(5.2.4)
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5.3 数字中频正交采样
5.3.1 模拟正交相干检波器的不足
传统雷达对接收信号经过模拟混频、滤波得到中频信 号，再经过模拟正交相干检波器得到基带I、Q信号。模拟 正交相干检波器如图5.1所示。
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再利用两路模-数变换器(ADC)同时对I、Q分量进行采样。 根据奈奎斯特(Nyquist)采样定理，要求采样频率fs至少是信 号最高频率fmax的2倍。然而，如果信号的频率分布在某一 有限频带上，而且信号的最高频率fmax远大于信号的带宽， 此时仍按Nyquist定理采样的话，则其采样频率会很高，以 致难以实现，或是后续处理的速度不能满足要求。另外， 由于模拟正交相干检波器需要两路完全正交的本振源、两 个混频器和滤波器，如果这两路模拟器件的幅度和相位特 性不一致，将导致I、Q不平衡，产生镜频分量，影响改善 因子等。
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(5.3.10)
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由上式可以看出，可直接由采样值交替得到信号的同 相分量I(n)和正交分量Q(n)，不过在符号上需要进行修正。 另外I、Q两路输出信号在时间上相差一个采样周期ts，但在 信号处理中，要求得到的是同一时刻的I和Q之值，所以需 要对其进行时域插值或进行频域滤波，二者是等效的。下 面就低通滤波法、插值法和多相滤波法这三种方法进行简 单介绍。
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现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第5章
针对无源干扰的特点，采取适当的对抗措施，如提高雷达信 号处理能力、优化雷达工作参数、采用多站雷达协同探测等 ，以提高雷达在无源干扰环境下的探测性能。
复合干扰识别与对抗措施
复合干扰识别
当雷达同时受到多种类型的有源和无源干扰时，需要综合运用信号分析、特征提取和分类识别等方法 ，对复合干扰进行识别。
现状
现代雷达技术已经相当成熟，具有高分辨率、高灵敏度、多功能等特点。同时， 随着人工智能、大数据等技术的融合应用，雷达正朝着智能化、网络化方向发展 。
雷达系统组成与功能
组成
雷达系统主要由发射机、天线、接收机、信号处理机、终端显示设备等组成。其中，发射机负责产生高频电磁波； 天线用于电磁波的辐射和接收；接收机负责接收回波信号；信号处理机对回波信号进行处理以提取目标信息；终 端显示设备用于显示目标信息。
对抗措施
针对复合干扰的特点，采取综合的对抗措施，如综合运用有源和无源干扰对抗技术、采用自适应抗干 扰算法、优化雷达系统结构等，以提高雷达在复合干扰环境下的探测和抗干扰能力。
05
雷达性能评估方法
探测性能评估指标
探测距离
雷达能够探测到的目标的 最远距离，是评估雷达探 测性能的重要指标。
探测精度
雷达对目标位置、速度等 参数的测量精度，直接影 响雷达的探测性能。
利用信号处理技术对雷达回波信号进行参 数估计，如距离、速度、角度等，为后续 的目标识别和跟踪提供准确的信息。
恒虚警率检测
在复杂环境中，通过自适应调整检测 门限，保持恒定的虚警率，以提高雷 达的检测性能。
杂波抑制技术
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02
03
动目标显示
通过相减或滤波等方法， 抑制地物杂波，提高运动 目标在雷达图像中的可见 度。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章
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增益与天线的方位和仰角波束宽度又有关系式：
(3.1.3) 式中K≤1，且取决于天线的物理孔径形状，θa、θe分别 为天线的方位和仰角波束宽度(单位为rad)。 在自由空间里，在雷达天线增益为Gt的辐射方向上， 距离雷达天线为R1的目标所在位置的功率密度S1为
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图3.6 RCS与频率的关系图
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3.RCS与极化的关系
目标的散射特性通常与入射场的极化有关。任何具有 固定极化方式的电磁波照射到目标上时，一般会朝各个方 向折射或散射。这些散射波可以分为两部分：一部分是由 与接收天线具有相同极化的散射波组成，接收天线对其做 出响应；另一部分散射波具有不同的极化，接收天线对其 做出较小的响应。若这两种极化是正交的，则分别称为主 极化波和正交极化波。设沿着正z方向传播的x和y轴的电场 分量为：
1.RCS与视角的关系
为了便于说明，考虑各向同性的点散射体。各向同性 的散射体向所有方向均匀散射入射波。考虑如图3.4所示的 模型。两个单位面积(1m2)的各向同性散射体沿着雷达视线 (零角度)并列放置在距离R处的远场中。这两个散射体的间 距是d＝1 m。然后雷达视角从0°变化到180°。
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这两个散射体的合成RCS由散射体1和散射体2这两个单个 目标散射截面积叠加组成。当电间距为零时，合成的RCS 为2m2。以散射体1的相位作为基准，当视角变化时，合成 RCS由两个散射体之间的电间距导致的相位变化也不同。 例如，在θ＝10°
学雷达怎么入门？雷达专业必备的理论书籍
学雷达怎么入门？雷达专业必备的理论书籍1.引言大家好！我是调皮哥，目前研三，尚未毕业，研究生阶段主要是做一些毫米波雷达的应用，对线性调频连续波雷达的一些基本原理算是有一些了解吧。
如今盲审已过，剩下的时间准备把手头的项目做做，接着准备毕业论文答辩，然后在有空的时候顺便给大家分享一些雷达方面的学习经验、问题解答，以及做一些资料分享的工作。
希望大家能够保持关注，鉴于个人能力有限，加上雷达理论本就博大精深，因此我更多的是抱着和大家相互学习的心态。
一山还有一山高，强中自有强中手，学术无止境，任何的研究都需要抱着开放、谦虚、相互学习的态度去做，才会有更多的收获。
故而，如果我存在做的不好的地方，还需要大家多多提意见和建议，大家的建议更能够使我清楚地看到自己的不足，以便于针对性地提高自己，同时在提升自己后也更能够把我想分享给大家的内容做得更加专业。
雷达科普的意义很重要，我个人认为具体有两个原因，第一，是可以帮助刚入门的小白尽快找到学习的方向。
学习雷达的过程中自信心的建立很关键，不能够让很多人在学习雷达的过程中丧失自信，因此把雷达科普做得通俗、易于理解，我觉得是很有必要的。
第二，科普文章和学术论文的最大不同就是学术论文需要一定的基础才能理解，而科普文章有时候就像读科幻小说一样简单，但把复杂的东西通过生动形象的方式展现给大家是一件不容易的事情，就是因为不容易，所以去做这件事情才有意义。
我很惋惜，很多人本科或者研究生阶段学习了很多专业的知识，最后去从事了与所学专业不相关的工作。
我的惋惜不在于说我们不应该这样，其实我是支持这种做法的，因为学习知识所学的是方法论和世界观，而是我们应当在学习知识的过程中认识到，很多东西都具备相同的思想和思考方式，即使是做雷达的，换去酿酒也可以的。
我所惋惜的是本来怀着对雷达感兴趣的初心，然后却在学习的过程中走了很多弯路，浪费了很多时间，以至于收效甚微，逐渐失去去雷达研究的自信和毅力，然后抛弃了雷达转而去研究别的领域。