第五章雷达定位
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第五章 雷达定位与导航
第二节 雷达干扰和假回波
一、雷达干扰 船用导航雷达的荧光屏上除了显示实际物 标的回波外，还会显示一些干扰杂波，影 响正常的雷达观测。这些干扰杂波主要是 海浪干扰、雨雪干扰、同频雷达干扰、电 火花干扰以及明暗扇形干扰等，面简单介 绍它们的特点及抑制的方法。
1．海浪干扰
海浪反射雷达波产生的干扰杂波称为海浪干扰。 其特点是： (1)近处海浪回波非常强，但随着距离的增加， 强度按距离的指数规律(1／R4)急剧减弱。一般 风浪时，海浪干扰范围可伸展到6—8 n mile， 大风浪时可达8—10n mile。 (2)海浪干扰的强度还与相对风向有关，上风 舷强且伸展得远。 (3)海浪干扰的特征是在扫描中心周围呈鱼鳞状 亮斑，而风浪大时会变成辉亮实体，淹没其中 的弱小物标回波。幅度较大的长涌，可在屏上 见到一条一条的浪涌回波。
第五章 雷达定位与导航
雷达定位就是用雷达测出物标的距离和／ 或方位，在海图上作图求出自己的船位。
要船位准确就要做到： (1)物标要认得准、选得合适； (2)测量方法要正确； (3)测量数据要准； (4)测量速度要快
第一节 物标的雷达图像
雷达是用以一定速度(15—30r／min)匀速顺时针 旋转的定向天线向外发射具有一定宽度的 (o．05—2 us)超高频无线电脉冲波并定向接收从 物标反射回来的回波，由显示器根据电波从天线 至物标间往返所经历的时间计算的距离及接收天 线送来的方位信号，以加强亮点的方式在荧光屏 上显示物标的相对于本船的距离和方位。因此， 物标的雷达图像不同于物标实际的形状。也不同 于海图上标志的形状。主要区别有如下几个方面：
一、雷达图像是平面位置图像 从雷达的工作原理可知，在雷达荧光屏上显示的 是物标相对于本船 ( 天线 ) 的方位和距离，不能显 示物标的高度、厚度和水下的深度。如图5—1— 1所示的小岛，雷达显示屏上仅显示小岛迎向雷达 天线一侧各点相对于天线的方位、距离的回波亮 点的组合，它的形状近似于小岛迎向天线一侧侧 面在与天线高度相等的水平面上的垂直投影面形 状。
ch5 船用雷达定位与导航.ppt
《航海雷达与ARPA》
Ch5 定位于导航
三、雷达定位方法
1、单物标方位、距离定位； 2、两个或两个以上距离定位； 3、两个或两个以上方位定位； 4、三物标； 5、混合定位。
《航海雷达与ARPA》
Ch5 定位于导航
❖ 测距：活标圈内沿与目标回波前沿相切，次 序为先正横，后首尾。
❖ 测方位：（点目标、突堤） 次序：先首尾后正横。 横摇时：测正横方向目标方位 纵摇时：测首尾方向目标方位。
《航海雷达与ARPA》
§5.3 雷达航标
Ch5 定位于导航
海图 序 航标 上符 电 号 种类 号表 源
示
图形
作用 距离
作用
原理
角状 反射 1器
(Refle
ction)
无 源
增强回 波及作 用距离
边长 3Nm →7N m
提高作 用距离 （或提 高回波 强度）
反射
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Ch5 定位于导航
一般在进出港、狭水道航行、能见度低等 情况，方便、有效。
一、距离避险线法
❖ 选用避险方位标尺线（活标圈定出避险线距 离相对应 的一根平行方位标尺线）
❖ 使危险目标回波处在避险线外侧。
二、方位避险线法
❖ 先海图上确定危险方位，用方位尺置于该方 位上。
❖ 船位确实于方位避险线的安全一侧 三、注意事项（自学）
Ch5 定位于导航
《航海雷达与ARPA》
Ch5 定位于导航
《航海雷达与ARPA》
Ch5 定位于导航
谢谢观看
2、物标辨认 根据海图等资料，研究海面及岸上各种物标特点， 应选择特征明显而不易混淆的物标（如孤岛、灯塔 等）。
《航海雷达与ARPA》
05导航雷达第五章雷达观测
3．操作技术因素
为了提高所使用雷达的距离分辨力，应注意：
1）尽量使用小量程，使用窄脉冲发射，
2）将雷达调整在最佳工作状态， 3）并适当减小增益和屏幕亮度，不使用回波扩展。 4）适当使用FTC，可以显著提高距离分辨力。
4．结论和IMO性能标准（距离分辨力）
IMO最新雷达性能标准规定，在平静的海面使用1.5 n mile 或更小的量程，在量程的50％～100％范围内，两个点目标的 距离分辨力应不低于40 m（此前的标准为50 m）。
2、若在8.8n mile之外，其岸线前沿在雷达探测地平之下，雷 达不能探测到岛屿的前沿，只能通过测量目标的后沿定位。
2．目标雷达最大作用距离
在自由空间中，雷达能够探测到目标的最远距离称为目标的 雷达最大作用距离。
Rmax 2 = 4
2 2 PG 0 64 3 Pr min
式中， PT ——雷达峰值功率（W） GA ——天线增益 ——工作波长（m） Prmin ——接收系统门限功率（W） 0 ——目标的有效散射面积（m2）
1．目标雷达探测地平 R max = 2.2（ hA + h T ） （n mile）
hA为雷达天线高度，hT为目标高度。
2.2 hA
称为海面雷达地平；
对于海拔为0的岸线，必须距其小于该距离才能被发现。 例如，假设雷达天线高度为hA =16 m，则海面雷达地平约为 8.8n mile。如果利用海中小岛定位， 1、当岛屿在8.8 n mile之内时，其岸线前沿在雷达探测地平 之上，可以测量目标的前沿定位；
按照最新性能标准，2008年7月1日之后安装的雷达，在晴好天气，天线 高于水面15 m且本船静止时，雷达在不做任何其他调整仅改变量程时，能够 在40 m~1 n mile的水平距离中连续观测到表陡山，河口宽度为300米， 雷达天线水平波束宽度为1度，本船离河口＿海里以 外时，雷达荧光屏上河口将被两侧陡山回波堵满。 A.7.5 B.9.3 C. 10.4 D.6
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5.1.2 切线信号灵敏度PTSS的分析计算 侦察接收机与雷达接收机有两点明显的不同。首 先,雷达接收机的检波前滤波器、检波后滤波器都与其 接收信号处于准匹配状态;而对于侦察接收机来说,由于 侦收的都是未知信号,检波前和检波后的滤波器都与其 接收的雷达信号处于严重失配状态,检波前的滤波器带 , 宽∆fR 与检波后的视放带宽∆fV之比相差很大(雷达接收 机中∆fR/∆fV≈2);
2bPTSS b 1+ ≈ 1 + PTSS a a
代入(5―16)式,经配方整理,可得
2 2 KC KC ∆ f R2 A∆ fV = KT0 FR [ + 2 2 ]W ∆ f R + KC 2 f R ∆ fV − ∆ fV2 + 2 4 GR FR
PTSS
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
(5―21)
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
4. 检波前增益很高 A∆ fV 检波前增益很高, 2 2 GR FR 很小,切线信号灵敏度可按下式近似: 2 A∆ fV KC ∆ f R2 时, 当 ∆ fV ≤ ∆ f R ≤ 2∆ fV , 2 2 << 2∆ f R ∆ fV − ∆ fV2 +
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
图5―3 输入信号、噪声功率谱及放大器的幅频特性 (a)输入信号功率谱;(b)输入噪声功率谱; (c)放大器的幅频特性
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
因此,检波输出的噪声功率谱F(f)由下式给出:
γ2 ∆ fR 2 2 R [W0 ( ∆ f R − f ) + PS 0W0 ] 0 ≤ f ≤ 2 V F( f ) = 2 ∆ fR γ [W 2 ( ∆ f − f )] < f < ∆ fR 0 R 2 RV 2
《雷达定位与导航》课件
电扫描
利用相位控制天线阵列，通过接收信 号的相位差来确定方向角，精度较高 但技术复杂。
速度测量
多普勒频移法
利用多普勒效应原理，通过测量发射信号与接收信号的频率差来计算相对速度 ，适用于动态目标检测。
跟踪法
通过雷达系统对目标进行连续跟踪，根据目标位置的变化来计算速度，适用于 稳定跟踪场景。
04
导航雷达技术
特点
高灵敏度、低噪声、动态 范围大。
天线
功能
定向发射和接收电磁波。
类型
抛物面型、八木天线、缝隙天线等。
特点
方向性强、增益高、抗干扰能力强。
信号处理系统
功能
对接收到的信号进行加工处理 ，提取有用的信息。
组成
信号处理器、数据处理器等部 分。
技术
脉冲压缩技术、动目标检测技 术等。
特点
处理速度快、精度高、稳定性 好。
雷达定位与导航系统主要由雷达、数据处理设备和终端显示设备等组成。雷达是系统的核心，负责发 射和接收电磁波；数据处理设备负责对接收到的回波进行处理和计算，提取出目标的位置信息；终端 显示设备则将处理后的数据显示出来，供用户使用。
雷达定位与导航的原理
雷达定位与导航的基本原理是利用电磁波传播的特性。雷达发射的电磁波在传播过程中遇到目标后会被反射回来，反射回来 的电磁波会被雷达接收并处理。通过测量电磁波的传播时间、相位变化等信息，可以计算出目标相对于雷达的距离、方位和 高度等参数，从而确定目标的位置和运动轨迹。
总结词
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器来测量物体运动过程中的加速度和角速度，并通过 积分运算来推算物体位置和姿态的方法。
详细描述
惯性导航是一种自主的导航方式，它不依赖于外部信息源，而是通过测量自身的运动状 态来推算位置和姿态。惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计等传感器组成，可以提供 高精度的角速度和加速度信息，并通过积分运算得到位置和姿态信息。这种导航方式常
利用相位控制天线阵列，通过接收信 号的相位差来确定方向角，精度较高 但技术复杂。
速度测量
多普勒频移法
利用多普勒效应原理，通过测量发射信号与接收信号的频率差来计算相对速度 ，适用于动态目标检测。
跟踪法
通过雷达系统对目标进行连续跟踪，根据目标位置的变化来计算速度，适用于 稳定跟踪场景。
04
导航雷达技术
特点
高灵敏度、低噪声、动态 范围大。
天线
功能
定向发射和接收电磁波。
类型
抛物面型、八木天线、缝隙天线等。
特点
方向性强、增益高、抗干扰能力强。
信号处理系统
功能
对接收到的信号进行加工处理 ，提取有用的信息。
组成
信号处理器、数据处理器等部 分。
技术
脉冲压缩技术、动目标检测技 术等。
特点
处理速度快、精度高、稳定性 好。
雷达定位与导航系统主要由雷达、数据处理设备和终端显示设备等组成。雷达是系统的核心，负责发 射和接收电磁波；数据处理设备负责对接收到的回波进行处理和计算，提取出目标的位置信息；终端 显示设备则将处理后的数据显示出来，供用户使用。
雷达定位与导航的原理
雷达定位与导航的基本原理是利用电磁波传播的特性。雷达发射的电磁波在传播过程中遇到目标后会被反射回来，反射回来 的电磁波会被雷达接收并处理。通过测量电磁波的传播时间、相位变化等信息，可以计算出目标相对于雷达的距离、方位和 高度等参数，从而确定目标的位置和运动轨迹。
总结词
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器来测量物体运动过程中的加速度和角速度，并通过 积分运算来推算物体位置和姿态的方法。
详细描述
惯性导航是一种自主的导航方式，它不依赖于外部信息源，而是通过测量自身的运动状 态来推算位置和姿态。惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计等传感器组成，可以提供 高精度的角速度和加速度信息，并通过积分运算得到位置和姿态信息。这种导航方式常
《雷达定位与导航》课件
干涉仪测姿技术
总结词
利用多个天线接收信号的相位差来测量目标的位置和姿态变化。
详细描述
干涉仪测姿技术通过比较不同天线接收到的信号相位差，可以精确测量目标的位置和姿态变化。这种 技术具有高精度和动态响应快的优点，常用于精确制导武器和无人机的导航定位。
基于信号特征的识别技术
总结词
利用不同物体对雷达信号的反射特性来 识别目标类型和姿态。
导航
确定和引导飞行器、船舶、车辆等运 动体的方向和位置，以及提供位置、 航行、气象等信息服务的技术。
雷达定位与导航的应用领域
军事应用
雷达定位与导航技术在军事领域有广泛的应用，如导弹制导、战场侦察、目标 跟踪等。
民用应用
雷达定位与导航技术在民用领域也有广泛应用，如航空导航、航海导航、车辆 自主导航等。
详细描述
多模态融合的导航定位技术将结合多种传感器和导航 系统的数据，如GPS、北斗、惯导、轮速传感器等， 实现多源数据的融合和互补，提高导航定位的精度和 可靠性。这种技术将有助于解决复杂环境下的导航定 位难题，满足各种应用场景的需求。
基于人工智能的雷达数据处理技术
总结词
基于人工智能的雷达数据处理技术将利用机器学习和深 度学习算法，提高雷达数据处理的速度和准确性。
VS
详细描述
基于信号特征的识别技术通过分析雷达回 波的频率、幅度和散射特性等信息，可以 识别出目标类型、距离、速度和姿态等参 数。这种技术具有高分辨率和抗干扰能力 强的优点，常用于复杂环境下的目标识别 和跟踪。
05 雷达定位与导航的应用案 例
无人机航迹规划与控制
无人机航迹规划
根据任务需求，规划无人机的飞行路径，确 保无人机能够高效、安全地完成任务。
雷达原理教学课件—第五章 雷达作用距离
可以得出以下结论：
① 虚警概率（门限）一定时，信噪比越大，发 现概率越大。信噪比对发现概率的影响较大。
② 虚警率越低，则门限电平越高。
第五章 雷达作用距离
雷达系统中采用的是CFAR检测器（ 恒虚警检测器） 检测概率和虚警概率(采样)的直观 理解(A/D变换后回波的离散采样)
作业
第五章 雷达作用距离
的噪声是宽带高斯噪声, 其概率密度函数由下
式给出:
p(v)
1
2
exp(
v2
2 2
)
高斯噪声通过窄带中频滤波器(其带宽远小于
其中心频率)后加到包络检波器, 根据随机噪声
的数学分析可知, 包络检波器输出端噪声电压
振幅的概率密度函数(瑞利分布)为
p(r)
r
2
exp(
r2
2 2
)
r0
第五章 雷达作用距离
1、雷达带宽B=50kHz,平均虚警时间为10分钟，则该 雷达的虚警概率是多少？虚警总数又是多少？
解：
雷达的虚警概率为： Pfa
1
BIF Tfa
1 50 103 10 60
3.33 108
雷达的虚警总数为： nf
1
Pfa
3 107
第五章 雷达作用距离
★ 脉冲积累NS o对min ＝D检o 测性能的改善
虚警 真实目标A、B、C
第五章 雷达作用距离
当按图中所设的门限电平2来进行检测判决时，此时会出现 虚警现象，即
除了目标A、B和C三个真实目标可以被检出外，在D和E 处的噪声电平因为超过门限值，因而也被误认为是目标信号
检测判决准则
第五章 雷达作用距离
雷达系统中主要使用检测概率和虚警概率 这两个物理量。
① 虚警概率（门限）一定时，信噪比越大，发 现概率越大。信噪比对发现概率的影响较大。
② 虚警率越低，则门限电平越高。
第五章 雷达作用距离
雷达系统中采用的是CFAR检测器（ 恒虚警检测器） 检测概率和虚警概率(采样)的直观 理解(A/D变换后回波的离散采样)
作业
第五章 雷达作用距离
的噪声是宽带高斯噪声, 其概率密度函数由下
式给出:
p(v)
1
2
exp(
v2
2 2
)
高斯噪声通过窄带中频滤波器(其带宽远小于
其中心频率)后加到包络检波器, 根据随机噪声
的数学分析可知, 包络检波器输出端噪声电压
振幅的概率密度函数(瑞利分布)为
p(r)
r
2
exp(
r2
2 2
)
r0
第五章 雷达作用距离
1、雷达带宽B=50kHz,平均虚警时间为10分钟，则该 雷达的虚警概率是多少？虚警总数又是多少？
解：
雷达的虚警概率为： Pfa
1
BIF Tfa
1 50 103 10 60
3.33 108
雷达的虚警总数为： nf
1
Pfa
3 107
第五章 雷达作用距离
★ 脉冲积累NS o对min ＝D检o 测性能的改善
虚警 真实目标A、B、C
第五章 雷达作用距离
当按图中所设的门限电平2来进行检测判决时，此时会出现 虚警现象，即
除了目标A、B和C三个真实目标可以被检出外，在D和E 处的噪声电平因为超过门限值，因而也被误认为是目标信号
检测判决准则
第五章 雷达作用距离
雷达系统中主要使用检测概率和虚警概率 这两个物理量。
雷达原理_第五章-雷达作用距离
UT
TK＋1 tK＋1
——满足检测性能（发现概率和虚警概率）时，检
波器输入端所需单个脉冲最小信噪比
Do
S N
omin
S
N Bo
omin
Er No
omin
5.2 最小可检测信号
2. 用检测因子表示雷达方程式
R max
4
PtG 2 2
4
S3 i min
4
EtGt22
43 KToDoFo
5.2 最小可检测信号
5.2 最小可检测信号
一、最小可检测信号 S i min
根据雷达作用距离，可确定检测目标信号所需的最 小输出信噪比以及接收机最小可检测信号功率。
SiminKToBnFoN Soo
min
5.2 最小可检测信号
二、最小可检测信噪比
(
S N
) o min
典型的雷达接收机和信号处理框图如图5.2所示, 一般
把检波器以前(中频放大器输出)的部分视为线性的, 中频滤
波器的特性近似匹配滤波器, 从而使中放输出端的信号噪
声比达到最大。
Si min kT0BnFn
S N omin＝Do
匹配 接收 机
检波 器
n
检波 后 积累
图 5.2 接收信号处理框图
检测 装置
检测 门限
5.2 最小可检测信号
1.检测因子 D o
5.2 最小可检测信号
p(r)r2exp2r22 r0
(5.2.9)
此处r表示检波器输出端噪声包络的振幅值。可以看出： 包络振幅的概率密度函数是瑞利分布的。设置门限电平UT, 噪声包络电压超过门限电平的概率就是虚警概率Pfa, 它可 以由下式求出:
雷达技术 第五章 雷达作用距离15-20
最大作用距离方程 用信噪比表示
Rmax PG t 3 (4 ) Si min
2 2 1/4
PG t 3 (4 ) kT0 Bn Fn S N o min
2 2
1/4
最大作用距离方程 用检测因子表示
Rmax PG t t Gr 3 (4 ) kT0 Bn Fn D0
第5章 雷达作用距离
5.1 雷达方程
5.2 最小可检测信号
5.3 脉冲积累对检测性能的改善
5.4 目标截面积及其起伏特性
5.5 系统损耗
5.6 传播过程中各种因素的影响
5.7 雷达方程的几种形式
1
研究雷达作用距离的实际意义
1.雷达方程能表示当雷达参数或环境特性发生
变化时对雷达作用距离变化的规律；
Er S D0 N 0 o min N o min
定义：Do是在接收机匹配滤波器输出端(=检波器输入端)单个脉 冲达到所需检测性能的最小信号噪声功率比值。
发现概率Pd 虚警概率Pfa 单脉冲和多脉冲 信噪比哪个大？
5.3脉冲积累
17
5.2 最小可检测信号
Rmax
PG t t Gr 3 (4 ) kT B F D 0 n n 0
2 1/4
1/4
, D0
1/4
Pd 50%, Pfa 106 , D01 11dB Rmax1 1 D02 , Rmax 2 2 D01 Pd 90%, Pfa 1012 , D02 15.5dB Rmax1 300km, 1 2, 2 40,
5.1 雷达方程
P2 点目标 S1
Rmax PG t 3 (4 ) Si min
2 2 1/4
PG t 3 (4 ) kT0 Bn Fn S N o min
2 2
1/4
最大作用距离方程 用检测因子表示
Rmax PG t t Gr 3 (4 ) kT0 Bn Fn D0
第5章 雷达作用距离
5.1 雷达方程
5.2 最小可检测信号
5.3 脉冲积累对检测性能的改善
5.4 目标截面积及其起伏特性
5.5 系统损耗
5.6 传播过程中各种因素的影响
5.7 雷达方程的几种形式
1
研究雷达作用距离的实际意义
1.雷达方程能表示当雷达参数或环境特性发生
变化时对雷达作用距离变化的规律；
Er S D0 N 0 o min N o min
定义：Do是在接收机匹配滤波器输出端(=检波器输入端)单个脉 冲达到所需检测性能的最小信号噪声功率比值。
发现概率Pd 虚警概率Pfa 单脉冲和多脉冲 信噪比哪个大？
5.3脉冲积累
17
5.2 最小可检测信号
Rmax
PG t t Gr 3 (4 ) kT B F D 0 n n 0
2 1/4
1/4
, D0
1/4
Pd 50%, Pfa 106 , D01 11dB Rmax1 1 D02 , Rmax 2 2 D01 Pd 90%, Pfa 1012 , D02 15.5dB Rmax1 300km, 1 2, 2 40,
5.1 雷达方程
P2 点目标 S1
航海学 第五章雷达定位
雷达定位与导航
3.平行标尺法导航 ▪ 保持在预定航迹线上 ▪ 平行标尺法避险 三、雷达干扰和假回波 1．阴影扇形 2．假回波：间接反射假回波 ；多次反射回波；旁
瓣回波；二次扫描回波； 3. 干扰杂波：海浪干扰；雨雪干扰；同频干扰；电
火花干扰；明暗扇形干扰；
➢ 同步误差 当扫描线和天线不同步时，将产生方位误 差，其数值随方位而变
雷达定位与导航
➢ 视差 方位标尺与荧光屏之间具有一定距离
➢ 倾斜误差 船舶在风浪中航行将会产生倾斜。在船首尾和正 横方向误差较小，在45、135、225和315方向上误 差较大。 横摇时：测正横物标 纵摇时：测首尾物标
➢ 陀罗差的误差
雷达定位与导航
影响雷达测距精度的因素： 测量点误差 距标误差 调整误差 天线与驾驶台之间有一段距离
雷达定位与导航
精度比较：
距离定位较方位定位精确；近距离较远距离 精确；与测量方法、速度及作图方法、熟练 程度有关 。 1、三物标距离定位 2、两物标距离加一物标方位定位 3、两物标距离定位 4、两物标方位加以物标距离定位 5、单物标方位距离定位 6、三物标方位定位 7、两物标方位定位
如同陆标定位，两方位定位位置线交角应大 于30°而小于150°，以接近90°为最佳 三方位定位则以接近60°或120°为最佳
雷达定位与导航
物标的观测 ➢ 对点状物标，要测量回波影像中心方位 ➢ 狭长物标一侧的方位或利用海角测方位时，
则应修正半个水平波束宽度 ➢ 船舶航行时在观测顺序上应先测船首尾方
雷达定位与导航
3．雷达方位、距离定位 应修正由于水平波束宽度引起的测方位的 误差：
对于点状小物标，可测定回波影像中心的方 位。 测定狭长物标一侧的方位或利用海角测方位 时，则应修正1／2水平波束角
雷达原理--第5章
1/ 4
4、跟踪雷达方程
1/ 4
Rmax
M=1
M=5
M=10
M=20
M=50
M=100
M=200
M=1000
§5.4 系统损耗
雷达方程：
Rmax = [ ( 4π )3 KT B F D C L ]
0 n n 0 B
Pt Gt G r σλ 2
1 4
其中，L表示雷达个部分损耗引入的损失 系数，L大于1，用正分贝数来表示。 引起损耗的因素包括：波导传输损耗、接 收机失配损耗、天线波束形状损耗、 操纵 员损耗、设备工作不完善损耗。
1：存在目标时判为有目标，这是一 种正确判断，称为发现，其概率称为发现 概率 2：存在目标时判为无目标，这是错 误判断，称为漏报，其概率称为漏报概率 3：不存在目标时判为无目标，称为 正确不发现，其概率称为正确不发现概率 4：不存在目标时判为有目标，称为 虚警，这也是错误判断，其概率称为虚警 概率
§5.3 脉冲积累 对检测性能的改善
二 地面或水面反射 对作用距离的影响
地面或水面的反射是雷达电波在非自由 空间传播时的一个最主要影响。
作业一 某雷达系统，已知： Pt=100Kw，τ=2μS，fr=400Hz，fc=10GHz，φA=1.2m， θ0.5=2°，收发共用天线，天线扫描速度νt=6转/分钟， Simin=-107dBm ， 噪 声 系 数 Fn=1.5 ， 接 收 机 失 配 损 失 Cb=0.56dB，雷达总的损耗L=3.5+1.6+2=7.1dB，求： 〈1〉理想无耗最大作用距离； 〈2〉当雷达仰角为5°时，最多可能的脉冲积累数； 〈3〉考虑失配损失和损耗时，雷达的最大作用距离； 〈4〉当电波衰减系数δ=0.01dB/km时的雷达最大作用距离 ，并估计现在大约是什么样的气象条件？ 〈5〉当Pf=10e-3时，检测概率Pd=? 〈6〉计算M=20个脉冲相参积累后的检测性能； 〈7〉当Pf=10e-8，Pd=0.999，M=20，距离可增大到多少；
4、跟踪雷达方程
1/ 4
Rmax
M=1
M=5
M=10
M=20
M=50
M=100
M=200
M=1000
§5.4 系统损耗
雷达方程：
Rmax = [ ( 4π )3 KT B F D C L ]
0 n n 0 B
Pt Gt G r σλ 2
1 4
其中，L表示雷达个部分损耗引入的损失 系数，L大于1，用正分贝数来表示。 引起损耗的因素包括：波导传输损耗、接 收机失配损耗、天线波束形状损耗、 操纵 员损耗、设备工作不完善损耗。
1：存在目标时判为有目标，这是一 种正确判断，称为发现，其概率称为发现 概率 2：存在目标时判为无目标，这是错 误判断，称为漏报，其概率称为漏报概率 3：不存在目标时判为无目标，称为 正确不发现，其概率称为正确不发现概率 4：不存在目标时判为有目标，称为 虚警，这也是错误判断，其概率称为虚警 概率
§5.3 脉冲积累 对检测性能的改善
二 地面或水面反射 对作用距离的影响
地面或水面的反射是雷达电波在非自由 空间传播时的一个最主要影响。
作业一 某雷达系统，已知： Pt=100Kw，τ=2μS，fr=400Hz，fc=10GHz，φA=1.2m， θ0.5=2°，收发共用天线，天线扫描速度νt=6转/分钟， Simin=-107dBm ， 噪 声 系 数 Fn=1.5 ， 接 收 机 失 配 损 失 Cb=0.56dB，雷达总的损耗L=3.5+1.6+2=7.1dB，求： 〈1〉理想无耗最大作用距离； 〈2〉当雷达仰角为5°时，最多可能的脉冲积累数； 〈3〉考虑失配损失和损耗时，雷达的最大作用距离； 〈4〉当电波衰减系数δ=0.01dB/km时的雷达最大作用距离 ，并估计现在大约是什么样的气象条件？ 〈5〉当Pf=10e-3时，检测概率Pd=? 〈6〉计算M=20个脉冲相参积累后的检测性能； 〈7〉当Pf=10e-8，Pd=0.999，M=20，距离可增大到多少；
雷达定位原理
雷达定位原理
雷达定位是一种在远距离中探测目标位置的技术。
雷达利用从发射器发送的电磁波进行探测，然后接收到目标反射回来的波束。
通过分析接收到的波束，可以计算出目标的距离、方位和高度等信息。
雷达定位基于电磁波在空间中的传播和反射原理。
当雷达发射器发出电磁波时，这些波会向外传播，并在与目标接触时发生反射。
接收器会接收到反射回来的波，并测量从发射到接收之间的时间差。
根据这个时间差，可以计算出目标与雷达之间的距离。
雷达还利用多普勒效应来确定目标的速度。
当目标在雷达波束中移动时，被接收到的波的频率会发生变化。
根据多普勒频移的大小，可以推断出目标的速度和运动方向。
雷达定位同时还需要考虑波束在传播过程中的损耗和散射现象。
波束在传播过程中会因为大气层的吸收和散射而逐渐减弱。
而且目标表面的形状和材料会对波束的反射特性产生影响，从而导致波束的形状和方向发生变化。
为了提高雷达定位的准确性和精度，可以利用多个雷达设备进行定位。
这样可以通过多个角度同时观测目标，然后进行多点定位计算。
此外，雷达定位还可以与其他传感器技术结合使用，例如惯性导航系统和全球定位系统，以提高定位的精度和可靠性。
总之，雷达定位是利用电磁波的传播和反射原理来确定目标位置的一种技术。
通过测量波束的时间差和频移等参数，可以计算出目标的距离、方位和速度等信息。
雷达定位在军事、航空、气象和导航等领域有着广泛的应用。
《雷达原理》第五章
考虑到定向天线增益Gt：
t
目标上应答机天线的有效面积为Ar’，则其接收的功率为：
引入关系式
，可得：
应答机上接收功率为：
习题
11
§5.7.2 双基地雷达方程
雷达发散机和接收机分置两处，其收发之间的距离Rb较远 设目标距离发射机Rt，离接收机Rr，则接收机收到回波 功率Pr为：
双基地雷达距离方程为：
§5.7.4 跟踪雷达方程
§5.7.4 搜索雷达方程
设搜索空域立体角Ω，天线波束立体角β，扫描周期T f ， 天线波束扫过点目标波束内驻留时间为T d ，则：
天线波束立体角β和天线增益G关系为：
式中：
，
，
，
雷达方程的计算问题 雷达方程的对数形式
分贝形式表示的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ达方程
跟踪雷达工作在跟踪状态时在t0时间内连续跟踪一个目标
即当
时：
n
由上式可见：要提高雷达跟踪距离，需要增大平均功率和 天线有效面积的乘积，也要加大跟踪时间（脉冲积累时 间）。同时，当天线孔径尺寸相同时减小工作波长，可增 大跟踪距离。由于选用较短波长时，同样天线孔径可获得 较窄的波束，而越窄的波束意味着越高的跟踪精度。
虚警大小的其他表示方法
虚警时间：虚假回波（噪声超过门限）之间的 平均间隔 虚警总数：
以信噪比为变量，虚警概率为参变量，作图
由： 可知： 虚警概率Pfa一定，门限电平VT随之确定 结论：门限电平VT一定时，发现概率Pd随信噪比增大而增大
信噪比一定时，虚警概率Pfa越小（VT越高），Pd越小
5
例：设要求虚警时间为100s，中频带宽为 1MHz，求50％和90％发现概率所需的最 小信噪比。 解： 由 可得Pfa＝10－8 由图5.7可得 50% 90%
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2．径向扩展
• 发射脉冲宽度τ、接收机通频带宽度△f以及荧 光屏光点直径d会使物标回波在半径方向上产 生扩展。现以点物标为例进行说明。
• 宽度为τ的发射脉冲打到点物标时，显然，回 波的宽度也为τ。宽度为r的回波脉冲通过接收 机放大时，会使回波宽度失真变形，增加约1 ／△f的宽度，这样，一个点物标的回波宽度变 成C(τ+1／△f)／2。
第五章 雷达定位与导航
• 雷达定位就是用雷达测出物标的距离和 ／或方位，在海图上作图求出自己的船 位。
• 要船位准确就要做到： • (1)物标要认得准、选得合适； • (2)测量方法要正确； • (3)测量数据要准； • (4)测量速度要快
第一节 物标的雷达图像
• 雷达是用以一定速度(15—30r／min)匀速顺时 针旋转的定向天线向外发射具有一定宽度的 (o．05—2 us)超高频无线电脉冲波并定向接收 从物标反射回来的回波，由显示器根据电波从 天线至物标间往返所经历的时间计算的距离及 接收天线送来的方位信号，以加强亮点的方式 在荧光屏上显示物标的相对于本船的距离和方 位。因此，物标的雷达图像不同于物标实际的 形状。也不同于海图上标志的形状。主要区别 有如下几个方面：
• 显示器荧光屏在显示物标回波时，是由扫描光 点的移动形成的。这样，会使回波沿半径方向
向里和向外各伸展半个光点直径。荧光屏上一
个光点直径相当于海面上的实际距离为2R·d／ D，则点物标回波两端各伸展的距离为:
•
R·d／D
• 式中： R—量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；
•
d—光点直径；
•
D——荧光屏直径。
• 综合起来说，一个点物标将沿半径方向 向内伸展Rd/D的距离，向外伸展C(τ+1／ △f)／2+Rd/D的距离，如图5—1—4所示。
雷达定位
R d sin
两信号
u1 v1 cos t u2 v2 cos t
相比后得到相位差
2
R
2
d sin
测角误差
d 2
d cos d d
2 cos d
d
提高相位法测角精度手段 提高相位计精度( d 减小) 减小，讨论d(d小，误差大；d大，容易产生多值 d 性) 相位法测角多值性问题
sin 2
求出N值
(较精确) (较精确)
雷达测速 多普勒效应：发射源与目标之间有相对径向运动时， 接收到的信号频率发生变化。1842年由物理学家多普 勒发现。 设目标为“点”目标 发射信号为
接收信号为
U t At cos t
U t At cos t tR
1 反射信号接收 t 信号达到目标 t t R t ' 2 1 1 R t R0 VRt R t t R R0 VR t t R 2 2
由
R t ' tR
得往返时间
tR
c 2
2 2 R0 VRt R0 VRt c VR c
tR
2R c
为目标滞后时间
第二章
雷达
多普勒效应示意
当目标与发射源无径向运动时 R = R0恒定。 相位差固定为
tR 2 ftR 2
R c 2 R0 4 0 c
有径向运动时
信号发射
t tR
R t tR R0 VR (t t R )
两信号
u1 v1 cos t u2 v2 cos t
相比后得到相位差
2
R
2
d sin
测角误差
d 2
d cos d d
2 cos d
d
提高相位法测角精度手段 提高相位计精度( d 减小) 减小，讨论d(d小，误差大；d大，容易产生多值 d 性) 相位法测角多值性问题
sin 2
求出N值
(较精确) (较精确)
雷达测速 多普勒效应：发射源与目标之间有相对径向运动时， 接收到的信号频率发生变化。1842年由物理学家多普 勒发现。 设目标为“点”目标 发射信号为
接收信号为
U t At cos t
U t At cos t tR
1 反射信号接收 t 信号达到目标 t t R t ' 2 1 1 R t R0 VRt R t t R R0 VR t t R 2 2
由
R t ' tR
得往返时间
tR
c 2
2 2 R0 VRt R0 VRt c VR c
tR
2R c
为目标滞后时间
第二章
雷达
多普勒效应示意
当目标与发射源无径向运动时 R = R0恒定。 相位差固定为
tR 2 ftR 2
R c 2 R0 4 0 c
有径向运动时
信号发射
t tR
R t tR R0 VR (t t R )
雷达对抗原理第5章 雷达侦察作用距离和截获概率
U s1 2U n U n s K 2 cU n e U n se
(5-7)
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率 信号功率与其电压具有如下关系:
U U
n se
ne
R V Pn s R V Pn
U s R V Ps
代入式(5-7)，转换成功率关系, 可得
视放输出的信号功率Ps为
Ps
2
4RV
Ps20
(5-5)
噪声电压峰值与有效值之比为常数Kc(峰值系数)。假设有、 无信号时的噪声电压峰值分别为Un+s、Un，则噪声峰值与有 效值U(n+s)e、Une的关系分别为
Uns KcUnse
Un
KcUne
(5-6)
在切线灵敏度状态下的信号电压Us为
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率 图5-5 单个脉冲线性检波时检测概率和所需信噪比的关系曲线
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5.2 侦察作用距离
5.2.1 侦察方程
在忽略大气传播衰减、系统损耗、地面和海面反射等因
素影响的情况下，假设雷达与雷达侦察机的相对位置和空间
波束互指，如图5-6所示，则经过侦察接收天线输出的雷达
图5-1 切线灵敏度示意图
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5.1.2 P TSS的分析计算 侦察接收机对雷达信号的接收处理大部分是处于非匹配处理
状态，许多侦察接收机在检波前的带宽ΔfR远大于检波后的带宽 ΔfV，而且有些侦察接收机在检波前的增益严重不足，以至于视 频放大器的噪声对系统的影响不能忽略。因此不能直接采用窄带 接收机的灵敏度分析计算，需要另外推演侦察接收机在上述情况 下的PTSS，再将结果推广到其它情况。
2019年-第五章雷达定位与导航-PPT精选文档
(3)波束宽度θH及光点直径d引 起的图像方位扩展大小的比较
• 由上述())和(2)可知，不管物标在荧光屏上哪个 位置，由θH引起的方位扩展均是θH/2。
• 光点直径d引起的影响则不同：光点离扫描中 心越近，光点直径d引起的方位扩展越大；光 点离扫描中心越远，光点直径引起的方位扩展 越小。假定在某处，光点直径d引起的方位扩 展(角度)与水平波束宽度θH相等，则有：
• 物标回波图像的横向(方位)扩展虽然可 提高雷达探测物标的能力，但降低了雷 达的方位分辨率和测方位精度。
第二节 雷达干扰和假回波
• 一、雷达干扰 • 船用导航雷达的荧光屏上除了显示实际
• 此外，目标闪烁和控钮调节不当等也可 能引起物标雷达回波图像的径向扩展。
• 物标回波图像的径向扩展降低了雷达的 距离分辨率，可能使相邻的两个物标回
波连成一个回波，也降低了雷达的测距 精度，但可提高雷达的探测能力。
二、图像的横向(方位)扩展和缩小
• 1 横向缩小 • 如前述，雷达地平和阴影扇形的影响会使回波
图像的横向宽度缩小。 • 此外，由于物标两端的反射性能差、雷达性
能差以及控钮调节不当也会使物标两端的回波 减弱，乃至丢失，造成整个物棕图像的横向宽 度缩小。从显示器荧光屏上物标回波形成的过 程看，回波亮度的分布是中间亮度最强。两侧 较暗。若扫描亮度、增益控钮稍些，波的两侧 边缘也会向中缩。
•
• 物标回波图像的横向缩小可提高雷达的 方位分辨率，但可能丢尖物标的真正边 缘．造成雷达测方位的误差。
• DR=2.23√h • h-天线在海面上的高度，单位为m。
• Dmax=2.23(√h1+√h2)
• 此外，由于物标边缘反射性能差、雷达 性能差及控钮调节不当等原因也可能使 物标边缘丢失，造成回波图像的径向缩 小。
航海学第五章雷达定位课件
雷达定位与导航
3．雷达方位、距离定位 应修正由于水平波束宽度引起的测方位的 误差：
对于点状小物标，可测定回波影像中心的方 位。 测定狭长物标一侧的方位或利用海角测方位 时，则应修正1．距离位置线导航 ▪ 保证船舶航行在计划航线上 ▪ 距离位置线避险 2．方位位置线导航 ▪ 保持在计划航线上航行 ▪ 方位位置线避险
条或三条距离位置线的交点，就是两物标和 三物标距离定位。 雷达测距离时
应选择回波好、距离近、位置线交角好、 点状、孤立小岛、或突出岬角应量取回波内 缘即近边距离
雷达定位与导航
影响雷达测距精度的因素： 测量点误差 距标误差 调整误差 天线与驾驶台之间有一段距离
雷达定位与导航
精度比较：
距离定位较方位定位精确；近距离较远距离 精确；与测量方法、速度及作图方法、熟练 程度有关 。 1、三物标距离定位 2、两物标距离加一物标方位定位 3、两物标距离定位 4、两物标方位加以物标距离定位 5、单物标方位距离定位 6、三物标方位定位 7、两物标方位定位
水平波束宽度的影响 测量岬角方位则会引起向海方向1／2个水
平波束宽度的误差
雷 达 水 平 波 束 宽 度
雷达定位与导航
➢ 偏心误差 扫描中心与荧光屏中心不重合，使用机械 方位标尺测量方位，则会产生偏心误差
➢ 同步误差 当扫描线和天线不同步时，将产生方位误 差，其数值随方位而变
雷达定位与导航
➢ 视差 方位标尺与荧光屏之间具有一定距离
峭的海岸等显著物标
雷达定位与导航
避免选用 平坦的海滩和内陆的物标(包括内陆的灯塔、 山峰等)
因为这些物标的回波测量点难以在海图上确 定
雷达定位与导航
②选择离船近些的物标 ③选择物标时还须考虑位置线的交角。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第5章
对抗措施
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
01
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。
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
01
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。
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2.测真方位;
3.确定安全方位;
4.保持船舶航行在方位避险线安全的一侧。
Range 12 nm
§5.4 雷达航标
5.4.1 角反射器
在一个很宽的角度范围内，电磁波入射进入 角内的能量将以完全相反的方向反射出来。从而 增大发现这些航标的距离。
角反射器通常用于：
1. 浮标/木制渔船（2－6 n mile） 2. 救生艇（3－7n mile）
• 选择包含目标的小量程。 • 确定扫描中心是否在荧光屏中心。 • 先测前后目标，后测左右目标。 • 选择突出点.点物标，直角边缘。 • 经常检查显示效果. • 海况较差时, 防止测偶点方向的方位（倾斜摇摆误差）.
§5.2 雷达定位
5.2.1 目标选择
回波应稳定，明亮清晰，在海图上容易查找。 近距离可靠目标。 多目标定位。
第五章 雷达定位
利用雷达测得的物标距离和方位，进行海图作业，求得本船 船位的过程
两物标距离定位
§5.1 距离方位测量
5.1.1 测距
• 选择饱含目标的小量程. • 用距标圈内切目标前沿. • 先测左右目标，后测前后目标. • 经常检查距标圈以保证测量准确. • 避免测量目标后沿.
5.1.2 测方位
5.2.2 定位精度
1. 3 距离定位. 3. 2 距离. 5.单物标距离+方位. 7. 2方位.
2. 2 距离 +1 方位. 4. 2 方位+1距离. 6. 3方位.
对航海雷达:
测距定位优于测方位定位. 近距离物标定位优于远距离物标定位. 3 线定位优于 2 线定位. 定位线交角: 2－90°,3－120°. 尽量选择孤立的目标.
缺点：无编码识别，易混淆。
5.4.2 方位信标 （Ramark）
有源主动雷达信标
• 扫频式: X 波段, 按固定的 时间间隔发射信号.
• 固定频率式: 在雷达工作 频率之外，需另配设备。
• 雷达信标干扰：信号过强， 用FTC抑制干扰。
5.4.3 应答标（Racon）
• 被动式的有源雷达信标（雷达应答器） • 延时0.5μs ,应答编码。 • 用雷达工作频率，每隔一定时间发射一
>100us
Receiver band width
<10us
SART echo
扫频式：可使雷达本振频率失调，无法接 收海面正常情况。只能接收SART信号。
§5.3 雷达导航
平行避险线
5.3.1 距离避险线:
6 Range 12 nm
5 n mile 5.5 n m6ilne mile
全距离;
4.保持船舶总是航行在避险线外
5 n mile 距离避险线
5.3.2 方位避险线
航向
3 n mile
1.选择参照物;
方位避险线
次。
Racon clutter
Racon
5.4.4 雷达收救应答器（SART）
• 频率: X 波段
• 工作方式: 当被雷达发射脉冲（5n mile以内） 触发后，快速扫描。（12个短脉冲，全长8n mile）
9.2~9.5GHz
δt 7.5+1(us )
SART signal format 0.4+0.1(us )