雷达系统导论概述

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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。

雷达系统导论5

雷达系统导论5五、时空二维处理1．运动平台雷达杂波及TACCAR 、DPCA当雷达安装在运动平台上(如舰船、飞机)时，这时发现杂波中的运动目标较雷达固定时要困难的多。

此时杂波的多普勒频率不再处于零频处，并随平台的速度、天线方位及仰角而变化。

因此对消杂波的凹口不能固定，且必须是变化的。

平台运动对杂波频谱主要有两个影响：a ．杂波中心频率偏移这取决于天线波束指向及平台速度：λφ00cos 2p d v f =式中p v 平台运动速度，0φ天线主波束指向与平台速度之间的方位夹角， λ雷达工作波长b ．杂波频谱展宽这取决于于天线波束宽度及平台速度：φφλ∆=∆0sin 2p d v f 式中φ∆为天线波束宽度当天线波束指向平台速度方向即000=φ时，杂波的多普勒频率最大而多普勒频谱的宽度最小。

当天线指向与平台速度方向垂直即0090=φ时，杂波的多普勒中心频率为零，但多普勒频谱展的最宽。

基于以上分析，平台速度的影响可分为两个分量：一个是沿着天线指向的方向，它使杂波多普勒频谱的中心频率移动，另一个是天线指向的法线方向，它使杂波多普勒频谱展宽。

这两个分量可用不同技术加以补偿。

运动平台上的动目标显示雷达称为AMTI(Airborne MTI)，虽然原意A 是指飞机上的意思，但目前此术语是指任何运动平台动目标显示雷达。

A ．杂波多普勒频移的补偿[3]p120获取杂波多普勒频移的方法：(1)在某些情况下，可利用装载雷达的平台速度及天线指向的先验知识，用开环控制的办法求补偿杂波的多普勒频移。

(主要适用于船载雷达)(2)可对一定距离间隔内接收的回波信号采样，直接测量杂波频率，采样距离间隔应选择得使杂波成为起主导作用的信号。

通常，对若干脉冲重复周期的采样距离间隔得出的数据进行平均处理以得到平均的多普勒频移，仅进行单次多普勒测量并接着进行补偿是不能满足雷达的整个距离的实际状况的。

现有两种补偿多普勒频率(杂波锁定)的方法：一种办法是改变相参振荡器(COHO)的频率以补偿杂波多普勒频率的移动，具体实现时可用将相参振荡器输出与频率可调振荡器混频的方法，并令频率可调振荡器的频率等于杂波的多普勒频率，如TACCAR 。

《雷达原理与系统》课件

气象观测
雷达在气象领域用于降水监测、风场测量等方面，为气象预报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区分相邻目标的能力，主要受发射信号的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力，能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进行合成处理，获得高分辨率的地面图像。

雷达系统导论2

雷达系统导论2二、目标距离的测量对单基地而言(发射机和接收机放在同一位置)，设电波在雷达与目标间往返一次所需时间为R t (即回波相对发射信号的延迟)，则目标至雷达的距离为：R ct R 21= 简单未调制的连续波雷达没有测距能力，这与其发射波形的频谱(带宽)较窄有关。

若必须测量距离，则在连续波载频上必须加上某些定时的标志，定时标志可以识别发射的时间和回波时间。

标志越尖锐、鲜明，则传输时间的测量越准确。

由傅里叶变换性质知：定时标志越尖锐，则发射信号的频谱越宽。

因此为了测量传输时间或距离，则必须发射一定宽度的频谱[3]p68。

利用调幅、调频或调相可展宽连续波发射信号的频谱。

根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可采用脉冲法、频率法和相位法。

根据雷达信号的形式，雷达主要分为：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。

此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。

1．脉冲法[1]p174~181 (脉冲雷达)常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是矩形脉冲，按一定的或交错的重复周期工作。

脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关(简称为收发开关TR)和接收机保护器。

在发射时，收发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。

接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失[1]p58~58。

距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离，它主要取决于雷达信号波形。

对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为[2]p480：Bc R 2=δ 式中c 为光速，B 为发射波形带宽当采用简单未编码的矩形脉冲(如图8)时，τ1=B ，其中τ为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言，2τδc R =，即脉冲越窄，距离分辨力越好。

测距范围包括最小可测距离和最大单值测距范围。

最小可测距离是指雷达能测量的最近目标的距离。

雷达原理与系统教学讲义

南宁 0°50‘ 湛江 0°44’ 海口 0°29‘ 拉萨 0°21’ 珠穆朗玛 0°19‘西沙群岛0°10‘曾母暗沙 0°24‘(东）南沙群岛 0°35’(东）乌鲁木齐 2°44'(东) 东沙群岛 1°05‘
雷达原理与系统教学
三、测速原理
当目标相对于RD运动后，出现△fD(回波相对于发射ft 的频率偏移)，此时，目标相对于RD的径向速度为：
角度采用度或密位表示, 其关系为：360度=6000密位 1度=16.7 密位国外常用角度单位为弧度，度及毫弧度关系为：
1弧度=57度= 1000毫弧度 1毫弧度=0.057度
雷达原理与系统教学
注意：关于真北的概念及三北方向*
我国通用的标准方向有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵轴方向，简称为真北方向、磁北方向和轴北方向，即三北方向。
雷达原理与系统教学
3．坐标纵轴方向：
在高斯平面直角坐标系中，其每一投影带中央子午线的投影为坐标纵轴方向，即轴北方向。若采用假定坐标系则坐标纵轴方向为标准方向。在同一投影带内，各点的坐标纵轴线方向是彼此平行的。
雷达原理与系统教学
三北之间的关系*
+δ –γ
α
β A
1
2
三种方位角之间的关系
A=β+δ A=α+λ α=β+δ+λ
+δ –γ
α
β A
1
2
三种方位角之间的关系
雷达原理与系统教学
真北是通过地面或图面上某点指向北地极的方向，即经线（亦称子午线）所指的北，磁北则是通过地面或地图上某点指向北磁极的方向，由于磁极与地极并不完全一致，所以磁北方向与真北方向常有一定的夹角。这个夹角叫做磁偏角。

雷达系统PPT课件

RCS：目标的单基地雷达截面积（m2）； Gt和Gr：分别为目标方向雷达发射、接收天线增益； D0：雷达系统抗干扰因子； Rt：目标与雷达之间的距离（m）； Lt：雷达发射综合损耗； Lr：雷达接收综合损耗； LAtm：电磁波在大气中的传输损耗； λ：雷达系统的工作波长（m）。
（1）脉冲雷达方程
设Pt为雷达系统的发射功率，Gt为雷达天线增益，Gr 为雷达天线增益，目标的等效反射截面为RCS， Pt为雷达发射功率，Rt为目标与雷达之间的距离，Lt为雷达的发射机馈线损耗，Lr为雷达的接收馈线损耗。
雷达系统接收功率Prs：
Prs
PtGtGr2 •RCS (4)3Rt4Lt Lr
目标的运动速度测定:当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，据此确定目标的相对径向速度。
14
雷地面雷达：高塔、车、船、地基等为雷达平台
达平
空载雷达：飞机、导弹、气球、飞艇等
台天基雷达：卫星、飞船、空间站、航天飞机等
电磁波的特性:
15
1.4 雷达系统的基本方程
P jG jK jP tG t4 •R R C t4S•R 2 j •G G t(t )•L p o lL L tjL f
自卫式干扰 (Rt=Rj，Gt=Gt(θ)):
Kj
4PjGjR2j • Lt
PtGt •RCS LpolLjLf
PjGj KjPt4GtR •2 jRCS•LpolL LtjLf 21
以FPGA和宽带 ADC器件为核心构成的宽带雷达信号
处理系统
以高速DSP器件为核心构成的雷达
信号处理系统
11
(5) T/R组件
微波光子收发组件

雷达系统导论概述

2018/11/3 9
ICASSP – International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing IEEE SP Society主办，年会，3000页左右 ICSP – International Conference on Signal Processing 中国电子学会主办，每两年一届(偶数年)，2000页左右 NAECON – National Aerospace and Electronics Conference IEEE AES Society主办，每年一届 International Conference on HF Radio Systems & Techniques IET主办，每三年一届 International Conference on Antennas and Propagation IET主办，每两年一届 IEEE Antennas and Propagation International Symposium IEEE AP Society主办，年会 IGARSS – International Geoscience and Remote Sensing Symposium IEEE GRS Society主办，年会 SPIE Conference, Symposium on ….. SPIE召开的系列研讨会，目前已累积出版数千册 OCEANS – / IEEE OE Society，每年在美国与MTS (the Marine Technology Society) 合办一次会议，在亚太地区(奇数年)、欧洲(偶数年)单独举办一次。
国内期刊
电子学报、Chinese Journal of Electronics 中国电子学会电子与信息学报、Journal of Electronics (China) 中科院电子所通信学报中国通信学会宇航学报中国宇航学会航空学报中国航空学会微波学报中国微波学会系统工程与电子技术、Journal of System Engineering and Electronics 信号处理、电波科学学报、现代雷达、雷达与对抗、雷达科学与技术、中国雷达、电子对抗、电子对抗技术、航天电子对抗、舰船电子对抗

雷达原理及系统课件：hotz-雷达系统-第一章

目标的连续跟踪。
PART 06
Hotz-雷达系统的性能评估
雷达系统性能指标
探测距离
指雷达能够探测到的最远距离，通常以千米为单位。
分辨率
指雷达区分两个相邻目标的能力，通常以角度、距离和速度来表示。
精度
指雷达测量目标参数的准确性，包括位置、速度和姿态等。
抗干扰能力
指雷达在面对各种干扰信号时的性能表现，包括压制式干扰和欺骗式干扰。
系统集成
将多个雷达系统集成在一起，实现信息共享和协同探测，提高整体性能。
ABCD
软件优化
通过改进雷达系统的信号处理算法，提高其抗干扰能力和可靠性。
应用拓展
将Hotz-雷达系统应用于更多领域，如无人驾驶、无人机侦察等，以满足不同需求。
WENKU DESIGN
WENKU DESIGN
2023-2026
目标跟踪与定位
目标跟踪算法
采用跟踪算法对检测到的目标进行连续跟踪，记录目标的运动轨迹。
数据关联与滤波
利用数据关联算法和滤波算法，对跟踪数据进行处理，减小测量误差和干扰因素的影响。
目标定位
根据多个接收站接收到的信号，采用定位算法计算出目标的精确位置。
系统性能评估
根据实际应用需求，对Hotz-雷达系统的性能进行评估，包括探测距离、定位精度、跟踪稳定性等指标。
天线
定向发送和接收电磁波。
控制单元
控制雷达系统的运行和操作。
Hotz-雷达系统的特点与优势
高精度测距和测速
利用电磁波的往返时间，计算出目标物体的距离和速度。
抗干扰能力强
采用特定的编码和调制方式，有效降低干扰的影响。
实时性强

《雷达导论概论》课件

02 雷达系统组成
发射机
发射机是雷达系统的核心组成部分，负责产生高频率的电磁波信号。
发射机的性能指标包括发射信号的频率、功率、波形和调制方式等，这些指标直接影响雷达的探测距离、分辨率和抗干扰能力。
发射机通常包括振荡器、功率放大器和调制器等组件，用于产生特定频率和功率的信号。
为了提高雷达的性能，需要不断优化发射机的设计，如采用新型的振荡器和放大器技术，以提高信号的稳定性和功率。
雷达干扰的种类与产生机理
• 杂乱式干扰：通过发射杂乱信号使雷达接收机过载，导致无法正常工作。
雷达干扰的种类与产生机理
01
干扰产生机理
02
电磁波传播过程中受到自然或人为因素的干扰，导致信号失真或被淹没。
03
干扰源通常包括敌方有意发射的干扰信号、自然界的电磁噪声以及设备内部产生的噪声。
抗干扰技术的主要方法
的信息。
参数测量
参数测量阶段需要对目标的距离、速度、角度等参数进行测量，以获取目
标的详细信息。
信号检测
在信号检测阶段，需要对接收到的信号进行阈值检测或相关检测，以判断目标是否存在。
数据处理
数据处理阶段需要对采集到的数据进行预处理、特征提取和分类识别等操作，最终输出目标信息。
05 雷达数据处理
智能化抗干扰技术
利用人工智能和机器学习技术，自动识别和排除干扰信号。
软硬结合抗干扰技术
结合硬件和软件手段，从多个层面降低干扰信号的影响。
多频段、多模式抗干扰技术
开发利用多个频段和多种工作模式的雷达，提高抗干扰能力。
网络化抗干扰技术
通过组网技术，实现雷达之间的信息共享和协同工作，提高整体抗干扰能力。

雷达系统导论4

雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。

脉冲多普勒雷达：采用脉冲方式发射的多普勒雷达。

动目标显示：为增强检测并显示运动目标的一种技术。

共同特点：利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标，杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。

主要区别：《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。

用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊，用高PRF可克服多普勒频率模糊，但一般难以同时克服两种模糊。

通常MTI雷达的PRF选得较低，以便能克服距离模糊(即没有多次回波)，但频率测量是模糊的并导致了盲速。

而PD雷达具有高的PRF，能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。

《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF，而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器，而PD雷达是用一组相参积累滤波器。

因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。

MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波，滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上，而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。

由于固定目标杂波背景的复杂性，MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制，达不到对动目标检测的最佳效果。

PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标，同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波，通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组，其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。

《雷达导论概论》课件

工作原理
雷达通过发射机产生高频电磁波，经过天线辐射到空间中，遇到目标后反射回来，被雷达天线接收并传输给接收机进行处理，最终形成目标图像或数据。
雷达的分类
脉冲雷达
连续波雷达
通过发射脉冲信号进行探测，根据回波信号的延迟时间确定目标距离，具有较高的距离分辨率。
发射连续的电磁波，通过测量电磁波在空间中的传播时间来确定目标距离，具有较高的速度分辨率。
气象观测
雷达能够探测气象目标，如降水、风速、风向等，为气象预报提供数据支持。
资源探测
雷达可用于地质勘探和资源探测，发现地下矿藏和资源分布。
未来雷达技术的发展趋势
隐身技术
随着反雷达技术的发展，雷达隐身技术将更加重要，提高雷达的生存能力。
高频、超宽带技术
高频和超宽带雷达具有更高的分辨率和更强的抗干扰能力，是未来发展的重要方向。
交通运输
雷达在交通运输领域中用于车辆自动驾驶、交通流量监测、航道监测等方面，可以提高交通运输的安全性和效率。
航空航天
雷达在航空航天领域中用于导航、气象观测、地形测绘、卫星轨道测量等方面，对于航空航天技术的发展具有重要意义。
气象观测
雷达在气象观测领域中用于降水、风速、云层等方面的观测和预报，对于气象研究和灾害预警具有重要作用。
合成孔径雷达
相控阵雷达
利用高速运动平台产生的多普勒效应，将较小尺寸的天线等效为大面积天线，提高雷达的方位分辨率。
通过控制阵列天线中各个辐射单元的相位和幅度，实现雷达波束的扫描和跟踪，具有多功能和高机动性。
雷达的应用领域
军事应用
雷达在军事领域中广泛应用于目标探测、跟踪、火控、制导等方面，是现代战争中不可或缺的重要装备。

雷达系统导论3

雷达系统导论3三、脉冲压缩(Pulse Compression)距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离，它主要取决于雷达信号波形。

对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为[2]p480：Bc R 2=δ 式中c 为光速，B 为发射波形带宽当采用简单未编码的矩形脉冲(如图1)时，发射信号带宽T B 1≈，其中T 为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言2cT R =δ上式表明脉冲越窄，距离分辨力越好。

但脉冲宽度越窄，辐射的功率越小，目标回波能量小，目标信杂比低从而影响雷达探测距离。

这样为达到一定的平均功率所需的峰值功率很大，而这较难实现。

由雷达信号理论分析结果有：测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构，为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。

而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时间则取决于信号的时间结构，为了提高侧速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。

此外，为了提高目标发现能力，要求信号具有大的能量。

综合而言，为了提高雷达系统的发现能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。

在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。

由于单载频脉冲信号的时宽和带宽积接近于1，故大的时宽和带宽积不可兼得。

因此此信号的距离分辨力、测距精度同速度分辨力、测速精度以及发现能力之间存在着不可调和的矛盾。

为解决此矛盾，需要采用时宽、带宽积1>>TB 的脉冲压缩信号[4]p123。

脉冲压缩雷达发射宽的脉冲波，在接收机中对回波信号加以压缩处理以便得到窄的脉冲。

脉冲压缩能让雷达系统发射宽度相对较宽而峰值功率低的脉冲，以获得窄脉冲、高峰值功率系统的距离分辨力和探测性能。

这是通过对射频载波进行编码以增加发射波形的带宽，然后再对接收回波波形加以压缩后完成的。

在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位或频率上被调制，使得B 1>>。

现代雷达系统理论

第一章绪论第二章信号检测与参数估计第三章目标分辨与模糊函数第四章脉冲压缩第五章合成孔径成像雷达
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

雷达系统导论1(精制研究)

雷达系统导论1一、目标径向速度的测量连续波雷达：发射、接收连续波，其工作的基础是多普勒效应：当雷达与目标存在相对运动时，回波频率会发生变化。

1．运动目标的多普勒频率[1]p264~265设雷达发射信号)cos()(0t t s ω=，目标回波信号为)](cos[)()(0R R t t K t t Ks t r -=-=ω，设初始距离0R (0=t 时的距离)处有一个径向速度为r v 的目标接近雷达，则 (1) 常用多普勒频率表达式c t R t R )(2=，t v R t R R -=0)(，则收发差频信号的相位、频率为：dtt dR dt t d f t R t t d R )(2)(21)(4)(0λφπλπωφ-==-=-= 故目标运动所引起的多普勒频率为r d v f 2= (1)由于运动目标引起多普勒频移，我们可以从发射信号中区分出接收信号，并能测量其相对速度。

上面公式正是雷达测速的基本原理。

注意：上面所得运动目标多普勒频率公式λr d v f 2=的使用前提是利用接收信号相位减发射信号相位(差频时)，这样一来相向运动的目标对应正多普勒频率，远离雷达的目标回波多普勒频率为负，这已成为公认常识，但必须记住其应用条件。

当差频采用发射减接收时，则r d v f 2-=，这样为取得与常识相一致，在频谱显示时必须将正负频进行对调(原岸基高频地波超视距雷达系统就是这样)。

(2) 精确的多普勒频率公式在t 时刻接收到的回波是在R t t -时刻发射的，而照射到目标上的时间为2Rt t -，照射时的目标距离为：)2()2(0R r R t t v R t t R --=-而往返)2(R t t R -距离所需的时间正是目标的延迟时间R t ，故ct t R t R R )2(2-=可解得：rr R v c t v R t --=)(20，则目标回波为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+=r r r r r r v c R t v c v c K v c R t v c v c K t r 000002cos 2cos )(ωωω 上式表明回波频率为)221()1)(1(1122022000ΛΛ+++=++++=-+=-+=cv c v f c v c v c v f c v c v f v c v c f f r r r r r r r r r一般c v r <<，忽略上式中的高次项，则可相当准确地近似为：λr v f f 20+≅即目标径向运动所引起的多普勒频率为：λr d v f 2=，这与常用的多普勒频率表达式相同。

雷达系统中的信号处理技术

关键技术
小结
4
目录
Contents
雷达系统概述主要内容
二、雷达信号处理的主要内容
关键技术
小结
雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，并提取目标信息。内容包括雷达信号处理的几个主要部分：正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测。
5
目录
Contents
14
目录
Contents
雷达系统概述主要内容
设加在第k个滤波器的第i个输出端头的加权值为：
关键技术
小结
wik e-j[2 (i1)k / N ] , i 0,1, N 1
k表示标号从0到N-1的滤波器，每一个k值对应一组不同的加权值，相应地对应一个不同的多普勒滤波器响应。图10中所示滤波器响应是N=8时加权所得各标记k的滤波器频率响应，k取0~7 。该滤波器的频率覆盖范围为0到 fr 。在仿真实验中，通常是通过快速傅里叶变换FFT来实现的。由于MTI对地物杂波的抑制能力有限，因此在MTI后串接一窄带多普勒滤波器组来覆盖整个重复滤波的范围，以达到东目标检测的目的，其实质是相当于对不同通道进行相参积累处理。
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雷达系统概述主要内容
恒虚警检测CFAR
在强干扰中提取信号，不仅要求有一定的信噪比，而且必须有恒虚警处理设备。恒虚警处理目的是保持信号检测时的虚警概率恒定，这样才能使处理器不致因虚警太多而过载，有时是为了经过虚警处理达到反饱和或损失一点检测能力而在强干扰的情况下仍能工作的目的。过门限检测原则：
关键技术
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雷达系统导论6

雷达系统导论6六、方位估值为了进行目标确认及轨迹关联，提供预警及目标指示信息，还必须估计已检测目标的方位。

高频地波雷达通常采用宽波束发射天线，此时为了维持较大的搜索速率，并对已确认的目标进行跟踪，同时还要有足够的相干积累时间以抑制强大的干扰回波，发展了利用多个接收天线阵元瞬时形成多个接收波束覆盖发射区的多通道接收方案，目标方位估值也正基于接收阵列空域信号处理[68]。

信号处理的前期主要集中在时域一维信号处理，如信号的频谱分析和谱估计，现在已发展到二维或多维信号处理。

将时域信号处理的理论成果扩展到空域是显而易见的，只要把时域采样变成空域采样，将频率换成空间频率(角度)。

随着对空域信号的检测和参数估计的要求越来越高，作为空域处理的阵列信号处理迅速发展，其主要内容可分为：波束形成技术、零点技术及空间谱估计技术。

波束形成是使阵列方向图的主瓣指向所需的方向，零点技术是使天线的零点对准干扰方向，而空间谱估计则主要处理带宽内空间信号到达角DOA(Direction of Arrival)的问题，即空域测角。

1．角分辨力和测角精度方位估值涉及到两个基本概念：角分辨力和测角精度。

雷达角分辨力是指在多目标环境中，能将各个目标区分开来的能力。

影响雷达实际分辨力的因素有很多，如分辨时的信噪比、被分辨目标回波强弱对比、实际采用的天线波束形状、发射信号波形以及信号处理方法等。

一般情况下是集中讨论雷达目标参量的固有分辨力，即忽略噪声影响，采用最佳信号处理条件下雷达分辨的潜在能力。

这种潜在分辨力由雷达的信号形式及天线方向图决定。

天线方向图的形状通常会随远离天线的距离R 和观察方向而变化。

对于下面分析的远区场，即远离天线的距离λ22D R >(其中D 为天线的直径，λ为雷达发射波长)，天线方向图的形状与距离无关[2]p148。

根据天线理论，其远场方向图和天线的激励之间有[69]p33：⎰+∞∞--=λθπλλθdx e x f F x j sin 2)()(式中θ表示远场点方向偏离天线法线的偏角，λx 表示天线上任意一点相对于天线中心点的位置(按波长λ归一化)，)(λx f 表示天线照射函数。

雷达系统导论第3

如果UHF （ 450MHz ）雷达位于轨道平面内，当卫星刚出现在地平线上时观察到的多普勒频移是多少（地球半径为3440海里，忽略大气折射和地面反射的影响）？（b ）当卫星处于天顶时多普勒频移是多少？解答：（a ）当卫星刚出现在地平线上时径向速度为 V r 二 VCOS J 二 V = 2.7 34403440 5000= 1.1(节) （注：1节=1海里/小时，1海里=1.852公里）故多普勒频移 2v r f d (HzH 2Vi = 3.43v r f t =3.43 1.1(节) 0.45( GHz) =1.7(Hz) 解答: 2R un 3汇108 2 180 1.852 103 =4500Hz ，W(kt) =0.97' (m)f p (Hz) =0.97 3 108220 106 4500 = 595(节)(b ) f p = 4500Hz ， W =0.97 '(m)f p (Hz) =0.97 3 1086 1250 10 4500 =1047(节)=4500Hz ，⑷=0.97 '(m)f p (Hz) =0.97 83 10 6 9375 10 4500 二140(节)(d ) =2R un = R = cT p = c c 2 2f p 3 1082 4500 =3.33（公里）=1.8（海雷达系统导论作业[1] 3.1沿圆轨道绕地球飞行的卫星高度为 5000海里，速度为2.7海里/秒。

（a ）（b ）当卫星处于天顶时径向速度为 * = 2.7（节）故多普勒频移 f d (Hz) =3.43v r f t =3.43 2.7(节)0.45 GHz) = 4.17(Hz) [2] 3.2. 220MHz VHF 雷达的最大非模糊距离为180海里。

（a ）第一盲速（单位为节）是多少？（b ）重复习题（a ），但雷达工作在1250MHz 的L 波段。

2、雷达概论

采用功率放大发射机和超外差接收机雷达的简化框图雷达回波中的可用信息当雷达探测到目标后，就要从目标回波中提取有关信息：可对目标的距离和空间角度定位，目标位置的变化率可由其距离和角度随时间变化的规律中得到，并由此建立对目标的跟踪；雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力，则可得到目标尺寸和形状的信息；采用不同的极化，可测量目标形状的对称性。

原理上，雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。

21雷达回波中的可用信息—目标距离、方位、仰角和速度在雷达应用中，测定目标坐标常采用极（球）坐标系统。

斜距测量角度测量径向速度测量fd =2vrλ雷达回波中的可用信息—目标尺寸和形状如果雷达测量具有足够高的分辨力，就可以提供目标尺寸的测量。

由于许多目标的尺寸在数十米量级，因而分辨能力应为数米或更小。

目前雷达的分辨力在距离维已能达到，但在通常作用距离下切向距离维的分辨力还远达不到，增加天线的实际孔径来解决此问题是不现实的。

然而当雷达和目标的各个部分有相对运动时，就可以利用多卜勒频率域的分辨力来获得切向距离维的分辨力。

例如，装于飞机和宇宙飞船上的SAR（综合孔径）雷达，与目标的相对运动是由雷达的运动产生的。

高分辨力雷达可以获得目标在距离和切向距离方向的轮廓（雷达成像）。

此外，比较目标对不同极化波（例如正交极化等）的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。

复杂目标的回波振幅随着时间会变化，例如，螺旋桨的转动和喷气发动机的转动将使回波振幅的调制各具特点，可经过谱分析检测到，这些信息为目标识别提供了相应的基础。

雷达的分类按战术应用分类预警雷达（超远程雷达）它的主要任务是发现洲际导弹，以便及早发出警报。

它的特点是作用距离远达数千公里，至于测定坐标的精确度和分辨力是次要的。

目前应用预警雷达不但能发现导弹，而且可用以发现洲际战略轰炸机。

搜索和警戒雷达其任务是发现飞机，一般作用距离在400km 以上，有的可达600km。