现代雷达系统分析与设计陈伯孝第2章ppt课件
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《现代雷达系统理论》课件
仿真测试
利用计算机仿真技术，模拟雷达系统的运行 过程，评估其性能。
雷达系统性能优化技术
信号处理算法优化
天线设计优化
通过改进信号处理算法，提高雷达系统的 分辨率、精度和抗干扰能力。
优化雷达系统的天线设计，提高天线增益 、波束宽度等参数，从而提高雷达系统的 探测距离和抗干扰能力。
系统集成优化
软件算法优化
多功能一体化
雷达系统正朝着多功能 一体化方向发展，实现 多种探测、通信、导航 等功能的集成，提高作
战效能。
高分辨率与高精度
高分辨率和高精度的雷 达系统能够提供更准确 的目标信息和环境感知 ，是未来发展的重要方
向。
面临的挑战
随着雷达技术的不断发 展，如何提高雷达系统 的性能、降低成本、减 小体积和重量以及应对 复杂电磁环境下的干扰 和隐身目标等挑战是当
雷达通过发射机产生电磁波信号，经 过天线辐射到空间中。当这些信号遇 到目标后，会反射回来，被雷达的接 收机接收。这一过程涉及到信号的幅 度、频率和相位的变化。
雷达信号的调制与解调
总结词
调制与解调是雷达信号处理中的重要环节，通过调制技术， 可以在信号中加入额外的信息，便于后续处理。解调则是提 取这些信息的过程。
雷达系统的历史与发展
早期雷达
01
雷达的起源可以追溯到二战时期，当时主要用于军事目的，如
探测敌机和导弹。
现代雷达
02
随着科技的发展，雷达技术不断进步，应用领域也日益广泛，
如气象探测、航空交通管制、地形测绘等。
未来雷达
03
未来雷达将朝着更高频段、更远探测距离、更高分辨率和智能
化方向发展。
雷达系统的基本组成
频谱分析是利用傅里叶变换等方法，将时域的雷达信号转换为频域表示。通过 分析频谱，可以了解信号的频率成分、带宽、功率分布等情况，有助于识别目 标类型和运动特性。
利用计算机仿真技术，模拟雷达系统的运行 过程，评估其性能。
雷达系统性能优化技术
信号处理算法优化
天线设计优化
通过改进信号处理算法，提高雷达系统的 分辨率、精度和抗干扰能力。
优化雷达系统的天线设计，提高天线增益 、波束宽度等参数，从而提高雷达系统的 探测距离和抗干扰能力。
系统集成优化
软件算法优化
多功能一体化
雷达系统正朝着多功能 一体化方向发展，实现 多种探测、通信、导航 等功能的集成，提高作
战效能。
高分辨率与高精度
高分辨率和高精度的雷 达系统能够提供更准确 的目标信息和环境感知 ，是未来发展的重要方
向。
面临的挑战
随着雷达技术的不断发 展，如何提高雷达系统 的性能、降低成本、减 小体积和重量以及应对 复杂电磁环境下的干扰 和隐身目标等挑战是当
雷达通过发射机产生电磁波信号，经 过天线辐射到空间中。当这些信号遇 到目标后，会反射回来，被雷达的接 收机接收。这一过程涉及到信号的幅 度、频率和相位的变化。
雷达信号的调制与解调
总结词
调制与解调是雷达信号处理中的重要环节，通过调制技术， 可以在信号中加入额外的信息，便于后续处理。解调则是提 取这些信息的过程。
雷达系统的历史与发展
早期雷达
01
雷达的起源可以追溯到二战时期，当时主要用于军事目的，如
探测敌机和导弹。
现代雷达
02
随着科技的发展，雷达技术不断进步，应用领域也日益广泛，
如气象探测、航空交通管制、地形测绘等。
未来雷达
03
未来雷达将朝着更高频段、更远探测距离、更高分辨率和智能
化方向发展。
雷达系统的基本组成
频谱分析是利用傅里叶变换等方法，将时域的雷达信号转换为频域表示。通过 分析频谱，可以了解信号的频率成分、带宽、功率分布等情况，有助于识别目 标类型和运动特性。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章ppt课件
2精2选ppt
22
图6.4 机载雷达下视模式的主波束杂波区
2精3选ppt
23
图6.5 辐射区的概念
2精4选ppt
24
由图6.5知，杂波区域的面积Ac
雷达从该杂波区接收到的杂波功率是
(6.2.7)
2精5选ppt
(6.2.8)
25
其中，Pt是峰值发射功率，G是天线增益，λ是波长，σc ＝σ0Ac为该杂波的RCS，下标c表示区域杂波。而从该区域接 收到一个RCS为σt的目标的回波功率为
精7 选ppt
7
6.2 雷达杂波
杂波被用来描述这样一类物体，即能够产生干扰雷达正 常工作的非期望信号的雷达回波。通过天线主瓣进入雷达的 寄生回波称为主瓣杂波，否则称为旁瓣杂波。
精8 选ppt
8
杂波通常分为两大类：面杂波和体杂波。面杂波包括树木、 植被、地表、人造建筑及海表面等散射的回波。体杂波通常 指具有较大范围(尺寸)的云雨、鸟及昆虫等，一般教科书上 也将金属箔条看做体杂波。
3精0选ppt
30
图6.7 地基雷达杂波几何图(侧视图和下视图)
3精1选ppt
31
由图6.7可以导出如下关系：
3精2选ppt
(6.2.12) (6.2.13) (6.2.14)
32
其中，ΔR是雷达距离分辨率，斜距R在地面的投影为
(6.2.15) 因此，主瓣和旁瓣对应的杂波区的面积为
(6.2.16)
雷达的杂噪比CNR为
(6.2.23)
3精7选ppt
37
［例6-2］ MATLAB函数“clutter_rcs.m”：画出杂波 RCS和CNR与雷达斜距之间的关系图，其输出包括杂波 RCS(dBsm)和CNR(dB)。函数调用如下：
现代雷达技术ppt课件
第二章自动检测、自动跟踪和多传感器融合
2.1 自动检测 ■统计检测：检测门限
处理虚警：自适应门限（CFAR），非参量检测器（秩值），杂波
图
■最佳检测器
统计检测：二元假设，有目标H1，无目标H0
似然比检测
Lx1 ,x2 ,,xn
p p
x1 ,x2 ,,xn x1 ,x2 ,,xn
H1 H0
T
99 98
90 发 70 现 50
虚警概率一定，信噪比越大， 发现概率越大。
概 率
30 10
在虚警概率和发现概率一定 的条件下，信噪比越大， 目标的探测距离就越远。
2 1 0.2 0.1 0.01
0 2 46 8
2 E N0
滑窗的径向切向扫描
滑窗在径向（距离）上每次移动一个 距离量化单元，距离上扫描结束后， 再沿切向移动一个方位量化单元，开 始下一次距离扫描。
EuL
uL puL duL
1
C
ln
式中，欧拉常数C≈0.557，uL的均方值：
E uL2
uL2 puL duL
1 2
2
6
C
ln
2
uL的方差为：
DuL E uL2
EuL
2
2 6
1 2
归一化，v
uL
EuL ，v DuL
的概率密度函数为：
pv
ev 6eC
目标
杂波强度估计不足，虚警率高。
参考单元 参考单元
目标
参考单元 参考单元
杂波强度估计过大，检测能力低。
杂波的非平稳性影响虚警率的稳定性和目标的检测能力。
参考单元数越多，杂波非平稳性的影响越大，对杂波变化的敏感性 越差。
2.1 自动检测 ■统计检测：检测门限
处理虚警：自适应门限（CFAR），非参量检测器（秩值），杂波
图
■最佳检测器
统计检测：二元假设，有目标H1，无目标H0
似然比检测
Lx1 ,x2 ,,xn
p p
x1 ,x2 ,,xn x1 ,x2 ,,xn
H1 H0
T
99 98
90 发 70 现 50
虚警概率一定，信噪比越大， 发现概率越大。
概 率
30 10
在虚警概率和发现概率一定 的条件下，信噪比越大， 目标的探测距离就越远。
2 1 0.2 0.1 0.01
0 2 46 8
2 E N0
滑窗的径向切向扫描
滑窗在径向（距离）上每次移动一个 距离量化单元，距离上扫描结束后， 再沿切向移动一个方位量化单元，开 始下一次距离扫描。
EuL
uL puL duL
1
C
ln
式中，欧拉常数C≈0.557，uL的均方值：
E uL2
uL2 puL duL
1 2
2
6
C
ln
2
uL的方差为：
DuL E uL2
EuL
2
2 6
1 2
归一化，v
uL
EuL ，v DuL
的概率密度函数为：
pv
ev 6eC
目标
杂波强度估计不足，虚警率高。
参考单元 参考单元
目标
参考单元 参考单元
杂波强度估计过大，检测能力低。
杂波的非平稳性影响虚警率的稳定性和目标的检测能力。
参考单元数越多，杂波非平稳性的影响越大，对杂波变化的敏感性 越差。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章
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°。
33
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
为
(3.1.12)
若雷达的检测门限设置为最小输出信噪比(SNR)omin，
则最小可检测信号功率可表示为 (3.1.13)
13
将式(3.1.13)代入式(3.1.10)，并用L表示雷达各部分
的损耗，得到
(3.1.14)
(3.1.15)
14
式(3.1.14)和式(3.1.15)是雷达方程的两种基本形式。
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。
24
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
(3.2.1)
第3章 雷达方程
3.1
基本雷达方程
3.2 目标的散射截面积 (RCS)
3.3 系统损耗
3.4 存在干扰时的雷达方程 3.5 雷达方程的几种形式 3.6 本章的MATLAB程序
1
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；
《现代雷达技术》课件
相控阵雷达阶段开始于20世纪80年代， 该阶段的雷达系统采用相控阵天线，可 以实现多目标跟踪和高速扫描。
模拟雷达阶段主要集中在20世纪50年代 ，该阶段的雷达系统采用模拟电路，功 能较为简单。
数字化雷达阶段开始于20世纪70年代， 该阶段的雷达系统开始采用数字信号处 理技术，提高了雷达的性能和精度。
接收机
接收机是雷达系统的另一重要 组成部分，负责接收和处理回
波信号。
接收机的性能指标包括灵敏度 、动态范围、抗干扰能力等， 直接影响雷达的检测精度和可
靠性。
常见的接收机类型包括超外差 式和直接变频式等，根据雷达 系统的需求选择合适的接收机 类型。
接收机的设计需考虑噪声抑制 、信号处理和稳定性等问题， 以确保接收机能够提供高质量 的回波信号。
《现代雷达技术》ppt课件
contents
目录
• 雷达技术概述 • 现代雷达技术发展历程 • 现代雷达系统组成与工作原理 • 现代雷达的主要技术特点 • 现代雷达技术的应用实例 • 现代雷达技术的挑战与未来发展
01
雷达技术概述
雷达的定义与原理
雷达定义
雷达波传播方式
雷达是一种利用无线电波探测目标的 电子设备。
信号处理与数据处理
数据处理负责对目标数据进行进一步的分析和 处理，包括目标检测、跟踪、识别和多目标处
理等。
随着信号处理和数据处理技术的发展，现代雷达系统 不断引入新的算法和技术，以提高雷达的性能和功能
。
信号处理是雷达系统的关键环节，负责对回波 信号进行滤波、放大、变频和检测等处理，提 取出目标信息。
标速度。
合成孔径雷达
利用高速运动平台，通过信号 处理技术形成大孔径天线，提
高分辨率。
模拟雷达阶段主要集中在20世纪50年代 ，该阶段的雷达系统采用模拟电路，功 能较为简单。
数字化雷达阶段开始于20世纪70年代， 该阶段的雷达系统开始采用数字信号处 理技术，提高了雷达的性能和精度。
接收机
接收机是雷达系统的另一重要 组成部分，负责接收和处理回
波信号。
接收机的性能指标包括灵敏度 、动态范围、抗干扰能力等， 直接影响雷达的检测精度和可
靠性。
常见的接收机类型包括超外差 式和直接变频式等，根据雷达 系统的需求选择合适的接收机 类型。
接收机的设计需考虑噪声抑制 、信号处理和稳定性等问题， 以确保接收机能够提供高质量 的回波信号。
《现代雷达技术》ppt课件
contents
目录
• 雷达技术概述 • 现代雷达技术发展历程 • 现代雷达系统组成与工作原理 • 现代雷达的主要技术特点 • 现代雷达技术的应用实例 • 现代雷达技术的挑战与未来发展
01
雷达技术概述
雷达的定义与原理
雷达定义
雷达波传播方式
雷达是一种利用无线电波探测目标的 电子设备。
信号处理与数据处理
数据处理负责对目标数据进行进一步的分析和 处理，包括目标检测、跟踪、识别和多目标处
理等。
随着信号处理和数据处理技术的发展，现代雷达系统 不断引入新的算法和技术，以提高雷达的性能和功能
。
信号处理是雷达系统的关键环节，负责对回波 信号进行滤波、放大、变频和检测等处理，提 取出目标信息。
标速度。
合成孔径雷达
利用高速运动平台，通过信号 处理技术形成大孔径天线，提
高分辨率。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章
(3.1.2) 其中λ表示波长，天线等效面积Ae和天线物理面积A之 间的关系为Ae＝ρA，ρ是指天线的孔径效率(有效接收率)， 0≤ρ≤1，性能好的天线要求ρ接近于1。在实际中通常约取ρ 为0.7。本书提到的天线，除特殊声明外，Ae和A是不加区 别的。
5
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
38
图3.6 RCS与频率的关系图
39
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°。
33
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°
5
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
38
图3.6 RCS与频率的关系图
39
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°。
33
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
(3.2.2)
26
即 (3.2.3)
27
图3.3 目标的散射特性
28
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°。
33
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
1
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。
26
即 (3.2.3)
27
图3.3 目标的散射特性
28
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°。
33
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
1
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。
雷达原理第二章课件
进一步分析表明：所需电源： 部分放电时， Ea≈Uc3min极近于Uc3max !完全放电时， Ea≈1.6Uc3max部分放电时， ηc → 100%
分析思路： 画充放电等效电路 → 列微分议程 → 按初始条件简化方程，得充放电流、电压表达式→ 画曲线、分析 → 结论。
结论：从所需电源高低及充电效率高低看，均采用部分放电较有利，只有对于更大功率雷达，要Ua 、Iao很大， C3 、G1承受不了，才不得不用完全放电式。
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
a
a
cm
保
L
隔
E
由
后
τ内
c
1
V
G
G1通，经G1对B初级等效负载放电，若负载与X特性阻抗匹配，则B初级获得幅度为Vcmax/2 、宽度为τ 的调制脉冲，经B升压后送到G2。
L ++Ei
2. 工作概述
式中：
图
来
C 3
21
r 0
—
a
c
∵ 是全部放电 UComin=0 ∵ 实际可做到充电电路品质因数 Q0=10~20
振荡器振荡频率↑的因素：
特殊结构的必要性:
限制普通L 、C
5
2) 阳极v 园柱形铜块，四周挖有8~14个对称园 洞，每洞有缝隙，构成振荡腔体。(壁——等效L；缝——等效C) 两侧有盖极.
v 各腔高频场有磁交连，缝口构成直→ 交流能量交换的作用空间。
6
同轴线 λ=3.10cm时用2. 结构特点：1)管、路合一；2)有阴、阳极，形同二极管；但阴极上有腔体，其尺寸决定了分布电感，分布电容值，从而决定固有f s ； 3)加有磁场，电子受正交电、磁场双重控制、故称“磁控管” 。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第2章
第1章 绪 论
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1.4 雷达的生存与对抗
1
1.1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
7
“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
8
4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
5
2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
6
3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1.4 雷达的生存与对抗
1
1.1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
7
“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
8
4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
5
2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
6
3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
第2章雷达基本组成PPT课件
脉冲串信号
均匀脉冲串信号 加权脉冲串信号
参差脉冲串信号 频率编码脉冲串信号 重复周期参差脉冲串信号
连续信号
采样噪声
第16页/共39页
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标 • 5、信号的稳定度和频谱纯度： • 信号的各项参数（振幅，相位，脉宽，脉冲重频）是否随时间变化 • 时域上：振幅方差，相位方差，定时方差，脉宽方差 • 频域上：频谱纯度，雷达信号在应有的信号频谱之外的寄生输出 • 离散型:信号频谱纯度定义为该离散分量的单边带功率与信号功率之比 dB • 分布型:偏离载频处单位频带内单边带功率与信号功率之比 dB/Hz • 现代雷达要求频谱纯度高，PD雷达：-80dB
前的间隔是波长的某一整数倍
基准振荡器
相参脉冲串
第26页/共39页
§2.1 发射机
• 思考题 • 无限长不相参脉冲串和无限长相参脉冲串的频谱有什么不同？
第27页/共39页
§2.1 发射机
• 两类发射机的比较： – 单级振荡式发射机每个射频脉冲的起始相位是由振荡器噪声决定的，因而是随机的，只能发射非相参 信号。 – 主振放大式发射机的主控振荡器提供的是连续波，一直存在，定时脉冲之间时间间隔是确定的，因此 截取下来的脉冲串之间当然有确定的相位关系，因此“主振放大式发射机”也称为“相参发射机”。
•
米波雷Байду номын сангаас：MW级
•
毫米波雷达：百瓦级
第7页/共39页
§2.1 发射机
• 频率选择需要权衡的因素
• c、波束宽度：天线波束宽度正比于
•
为了得到窄波束 低频，天线要求较大
L
•
高频，天线尺寸较小
• d、大气衰减：电波通过大气时，吸收、散射
现代雷达系统分析与设计陈伯孝PPT课件
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信号变换包括频率变换、AD变换、相关、放大及延时等。 根据雷达的任务及其工作环境，对雷达信号处理的要
求是： (1)能够处理海量信息，即不仅能够获取目标的位置和
数量等常规信息，还能获取目标的属性或图像信息。 (2)实时性强，使完成一次处理所用的时间与雷达的数
据率相匹配。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
9
(5)良好的环境适应能力：①自适应杂波抑制(自适应滤 波、自适应CFAR、杂波图等)；②自适应数字波束形成； ③智能化特征抽取和目标识别算法；④多模式协同工作(例 如预警机、多模式SAR)。
雷达信号处理的分类方法较多，按处理域分为时域信 号处理、空域信号处理、频域信号处理、极化域信号处理 和多域联合信号处理。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
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例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
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信号变换包括频率变换、AD变换、相关、放大及延时等。 根据雷达的任务及其工作环境，对雷达信号处理的要
求是： (1)能够处理海量信息，即不仅能够获取目标的位置和
数量等常规信息，还能获取目标的属性或图像信息。 (2)实时性强，使完成一次处理所用的时间与雷达的数
据率相匹配。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
9
(5)良好的环境适应能力：①自适应杂波抑制(自适应滤 波、自适应CFAR、杂波图等)；②自适应数字波束形成； ③智能化特征抽取和目标识别算法；④多模式协同工作(例 如预警机、多模式SAR)。
雷达信号处理的分类方法较多，按处理域分为时域信 号处理、空域信号处理、频域信号处理、极化域信号处理 和多域联合信号处理。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
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例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
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下面简单回顾现代雷达发展史上的一些重大事件：
1.雷达的诞生及发展初期
1886年，HeinrichHertz(海因里奇·赫兹)验证了电磁波的 产生、接收和散射。
1886~1888年，ChristianHulsmeyer(赫尔斯姆耶)研制出 原始的船用防撞雷达。
1937年，RobertWatsonWatt(沃森·瓦特)设计出第一部可 用的雷达——“ChainHome”，并在英国建成。
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5.20世纪90年代的雷达
20世纪90年代，随着微电子技术的迅速发展，雷达进一 步向数字化、智能化方向发展。同时，反雷达的对抗技术也 迅速发展起来。一些主要军事大国纷纷研制一些新体制雷达， 例如无源雷达、双(多)基地雷达、机(或星)载预警雷达、稀 布阵雷达、多载频雷达、微波成像雷达、毫米波雷达、激光 雷达等。
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1938年，美国信号公司制造的SCR-268成为第一部实用 的防空火控雷达，其工作频率为200 MHz，作用距离为180 km。这种雷达共生产了3100部。
1939年，美国无线电公司(RCA)研制出第一部实用舰载 雷达——XAF，安装在“纽约号”战舰上，对飞机的探测距 离为160 km，对舰船的探测距离为20 km。
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2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
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3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
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“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
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4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
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波形产生器产生一定工作频率、一定调制方式的射频激励信 号，也称为激励源，同时，产生相干本振信号送给接收机； 发射机对激励源提供的射频激励信号进行功率放大，再经收 发开关馈电至天线，由天线辐射出去；目标回波信号经天线 和收发开关至接收机，再由接收机对接收信号进行低噪声放 大、混频和滤波等处理；信号处理的作用是抑制非期望信号 (杂波、干扰)，通过相干积累或非相干积累等措施以提高有 用信号的信噪比，并对目标进行自动检测与跟踪等。
12
只要雷达一开机，被敌方侦察到以后，很容易利用ARM将 雷达摧毁。四是低空突防。对具有掠地、掠海能力的低空、 超低空飞机和巡航导弹，雷达一般难以发现。这就是人们常 说的雷达面临的“四大威胁”。
13
1.2 雷达工作原理与分类
1.2.1 基本组成
雷达系统的基本组成如图1.1所示。通常包括波形产生 器、发射机、接收机、A/D变换、信号处理、数据处理、显 示器、信息存储与传输、天线及其伺服装置、电源等部分。
10
6.新世纪的雷达
新世纪，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功 能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。 为了减小天线孔径、提高机动性并降低成本，雷达将由过去 集中式大孔径天线向分布式小孔径雷达方向发展；从频率源、 发射到接收，雷达已从模拟向数字化方向发展，提出了数字 化雷达的概念。数字化雷达在每个脉冲重复周期采用不同的 信号形式，提高了抗干扰能力。从信号处理和检测的角度， 雷达将向智能化方向发展。综合利用多部雷达协同探测与雷 达组网，可以提高雷达的探测能力和覆盖范围。同时，雷达 将向网络化方向发展。
2
随着微电子技术的迅速发展，在20世纪中后期，雷达技术进 入了一个新的发展阶段，出现了许多新型雷达，例如合成孔 径雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达等。现代雷达的功能 已超出了最早定义雷达的“无线电探测和测距”的含义，已 赋以新的内涵——提取目标的更多信息，例如目标的属性、 目标成像、目标识别和战场侦察等，从而实现对目标的分类 或识别。
15
通常将目标航迹的关联、跟踪滤波、航迹管理等称为雷 达的数据处理。目标航迹及相关信息在屏幕上显示的同时， 通过网络等设备传输至各级指挥系统。
16
图1.1 雷达系统的基本组成
17
1.2.2 雷达分类
根据雷达的功能及工作方式的不同，雷达有多种分类方 法。
1)按作用分类 雷达按作用可分为军用和民用两大类。军用雷达根据其 作战平台所处位置又分为地面雷达、舰载雷达、机载雷达、 星载雷达、末制导雷达(弹载雷达)等。
第1章 绪 论
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
11
在雷达技术得到迅速发展的同时，由于敌我双方军事斗 争的需要，雷达亦面临着生存和发展的双重挑战。雷达面临 的威胁主要有四个方面：一是隐身技术。由于采用隐身技术， 使得目标的散射截面积(RCS)大幅度降低，雷达接收到的目 标散射回波信号微乎其微，以至于难以发现目标。二是综合 电子干扰(E CM)。由于快速应变的电子侦察和强烈的电子干 扰，使得雷达难以正确地发现并跟踪目标。三是反辐射导弹 (ARM)。高速反辐射导弹已成为雷达的克星，
下面简单回顾现代雷达发展史上的一些重大事件：
1.雷达的诞生及发展初期
1886年，HeinrichHertz(海因里奇·赫兹)验证了电磁波的 产生、接收和散射。
1886~1888年，ChristianHulsmeyer(赫尔斯姆耶)研制出 原始的船用防撞雷达。
1937年，RobertWatsonWatt(沃森·瓦特)设计出第一部可 用的雷达——“ChainHome”，并在英国建成。
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5.20世纪90年代的雷达
20世纪90年代，随着微电子技术的迅速发展，雷达进一 步向数字化、智能化方向发展。同时，反雷达的对抗技术也 迅速发展起来。一些主要军事大国纷纷研制一些新体制雷达， 例如无源雷达、双(多)基地雷达、机(或星)载预警雷达、稀 布阵雷达、多载频雷达、微波成像雷达、毫米波雷达、激光 雷达等。
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1938年，美国信号公司制造的SCR-268成为第一部实用 的防空火控雷达，其工作频率为200 MHz，作用距离为180 km。这种雷达共生产了3100部。
1939年，美国无线电公司(RCA)研制出第一部实用舰载 雷达——XAF，安装在“纽约号”战舰上，对飞机的探测距 离为160 km，对舰船的探测距离为20 km。
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2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
6
3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
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“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
8
4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
14
波形产生器产生一定工作频率、一定调制方式的射频激励信 号，也称为激励源，同时，产生相干本振信号送给接收机； 发射机对激励源提供的射频激励信号进行功率放大，再经收 发开关馈电至天线，由天线辐射出去；目标回波信号经天线 和收发开关至接收机，再由接收机对接收信号进行低噪声放 大、混频和滤波等处理；信号处理的作用是抑制非期望信号 (杂波、干扰)，通过相干积累或非相干积累等措施以提高有 用信号的信噪比，并对目标进行自动检测与跟踪等。
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只要雷达一开机，被敌方侦察到以后，很容易利用ARM将 雷达摧毁。四是低空突防。对具有掠地、掠海能力的低空、 超低空飞机和巡航导弹，雷达一般难以发现。这就是人们常 说的雷达面临的“四大威胁”。
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1.2 雷达工作原理与分类
1.2.1 基本组成
雷达系统的基本组成如图1.1所示。通常包括波形产生 器、发射机、接收机、A/D变换、信号处理、数据处理、显 示器、信息存储与传输、天线及其伺服装置、电源等部分。
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6.新世纪的雷达
新世纪，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功 能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。 为了减小天线孔径、提高机动性并降低成本，雷达将由过去 集中式大孔径天线向分布式小孔径雷达方向发展；从频率源、 发射到接收，雷达已从模拟向数字化方向发展，提出了数字 化雷达的概念。数字化雷达在每个脉冲重复周期采用不同的 信号形式，提高了抗干扰能力。从信号处理和检测的角度， 雷达将向智能化方向发展。综合利用多部雷达协同探测与雷 达组网，可以提高雷达的探测能力和覆盖范围。同时，雷达 将向网络化方向发展。
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随着微电子技术的迅速发展，在20世纪中后期，雷达技术进 入了一个新的发展阶段，出现了许多新型雷达，例如合成孔 径雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达等。现代雷达的功能 已超出了最早定义雷达的“无线电探测和测距”的含义，已 赋以新的内涵——提取目标的更多信息，例如目标的属性、 目标成像、目标识别和战场侦察等，从而实现对目标的分类 或识别。
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通常将目标航迹的关联、跟踪滤波、航迹管理等称为雷 达的数据处理。目标航迹及相关信息在屏幕上显示的同时， 通过网络等设备传输至各级指挥系统。
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图1.1 雷达系统的基本组成
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1.2.2 雷达分类
根据雷达的功能及工作方式的不同，雷达有多种分类方 法。
1)按作用分类 雷达按作用可分为军用和民用两大类。军用雷达根据其 作战平台所处位置又分为地面雷达、舰载雷达、机载雷达、 星载雷达、末制导雷达(弹载雷达)等。
第1章 绪 论
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
11
在雷达技术得到迅速发展的同时，由于敌我双方军事斗 争的需要，雷达亦面临着生存和发展的双重挑战。雷达面临 的威胁主要有四个方面：一是隐身技术。由于采用隐身技术， 使得目标的散射截面积(RCS)大幅度降低，雷达接收到的目 标散射回波信号微乎其微，以至于难以发现目标。二是综合 电子干扰(E CM)。由于快速应变的电子侦察和强烈的电子干 扰，使得雷达难以正确地发现并跟踪目标。三是反辐射导弹 (ARM)。高速反辐射导弹已成为雷达的克星，