雷达系统(4)
8地质雷达(4)
2012.4
中国矿业大学。地球探测与信息技术
1）、剖面法
剖面法是发射天线(T)和接收天线(R)以固定间距沿测线同步 移动的一种测量方式，当发射天线与接收天线间距为零，亦 即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称 为双天线形式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面 图来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位臵；纵坐
4.3 雷达图像的增强处理
1） 振幅恢复 2） 道内均衡 3）道间均衡
2012.4
中国矿业大学。地球探测与信息技术
4.3 雷达图像的增强处理
1） 振幅恢复 雷达接收记录到的反射波振幅由于波前扩散和介质对 电磁波的吸收，在时间轴上逐渐衰减。为了使反射振幅仅
与反射层有关，需要进行振幅恢复。
A0 t A e r
A A0
t t
接收天线接收到的电磁波振幅
发射天线发射出的电磁波振幅
电磁波传播距离 反射波的双程走时 介质对电磁波吸收系数
中国矿业大学。地球探测与信息技术
A0 Are
2012.4
r
t
Avte
4.3 雷达图像的增强处理
2）道内均衡
雷达数据经处理后，通常浅层能量很强，深层能量很
弱，这给信息输出显示造成困难，为了使浅、中、深层都 能清晰显示，道内平衡能解决个问题。 道内均衡的基本思想是把各道中能量强的波相对压缩 一定的比例，把相对弱的波增大一定的比例，使强波和弱 波的振幅控制在一定的动态范围之内。据此，将一道记录 的振幅值在不同的反射段内乘上不同的权系数即可。
组成。通过发射天线电磁波以60°～90°的波束角向地
下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生 反射。反射波被设臵在某一固定位臵的接收天线（Rx ）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的 直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将 两种显示出来。
SA雷达系统概述
SA雷达系统概述雷达（Radar）是一种利用电磁波进行探测和定位的技术，是目前最为主要和广泛应用的远程探测手段之一、它通过发射电磁波并接收返回的信号，利用信号的特征进行目标检测、测距、测速、成像等操作。
雷达系统以其无人操作、全天候、长距离、准确性高等优点在军事、民用、科学研究等各个领域得到了广泛的应用和发展。
雷达系统主要由发射系统、接收系统、处理系统和显示系统四个主要部分组成。
发射系统是雷达系统的核心组件之一，它负责产生和发射出信号。
根据不同需求，雷达可以通过发射不同频率的电磁波来适应不同的应用场景，如短距离的微波雷达、长距离的超过视距雷达等等。
在发射系统中，雷达通常使用发射天线来向特定方向辐射电磁波。
接收系统是指接收来自目标反射回来的信号的部分。
雷达接收系统的主要部件是接收天线，它负责接收到达的电磁波，并将其转化为电信号。
接收系统还包括放大器、滤波器和混频器等元件，用于将接收到的微弱信号放大、滤波和变频，以便进行后续的处理。
处理系统是负责对接收到的信号进行处理和分析的部分。
它通常由数字信号处理器（DSP）和计算机组成。
首先，处理系统会对接收到的信号进行数字化，然后利用各种信号处理算法进行目标检测、特征提取、参数估计等操作，最终得到关于目标的信息。
显示系统是把雷达数据以可视化的方式呈现给人类操作员或其他系统使用的部分。
雷达显示系统通常由显示器组成，可以显示雷达扫描的区域地图、目标的位置和运动轨迹等信息。
此外，雷达显示系统也可以通过声音、光线等方式进行报警和指示。
雷达系统的工作原理主要基于电磁波的回波特性。
当雷达向目标发送电磁波时，目标会对电磁波进行反射、散射、衍射等过程，形成回波信号。
雷达接收到这些回波信号后，通过测量回波信号的强度、相位、多普勒频移等特征，可以实现目标的检测、定位和跟踪。
雷达系统的应用十分广泛。
在军事领域，雷达系统可用于提供空中、海上和地面目标的情报，协助导弹拦截、飞行器导航和目标识别等任务。
简析长春空管4号雷达天馈系统
简析长春空管4号雷达天馈系统长春空管4号系统由天线合装的一部近程一次雷达和一部单脉冲二次雷达，管制中心自动化系统组成。
文章简单介绍了长春空管4号系统二次雷达天馈系统的功能、组成及作用。
标签：空管4号；二次雷达；天馈系统1 天线系统原理“差”△波束形成：按照天线对副瓣电平的计算，与∑波束时相同，只是左右两半反相，因此利用环形电桥即可满足左右两半对称和反相的要求，且功分网络与∑波束时相同。
对于中央部分，由于其幅度分布与∑波束时不同，必须分别用两套功分网络来实现所要求的∑、△波束幅相分布。
这在方案中采用在差支路中的二个功分器C2、C3进行功率分配而实现的，差讯道经C2、C3分配后输入3dB 环形电桥H2和H3，由其两输出臂反相输出，然后馈入功分器P3-P6。
功分器C2、C3是不等功率分配器其分配比由差波束时中央部分的幅度分布要求而定，由于分配比较大，故由定向耦合器实现。
控制波束的形成：控制波束用来抑制讯问波束的旁瓣，要求有一近似全向的讯问辐射方向图。
因此？赘波束可以将讯号只馈入中间一列，而近似实现由发射机来的射频信号直接馈至中心单元（0#），这时其余各单元虽有能量从定向耦合器C1耦合出来，但由于该定向耦合器的耦合度约为12dB，因此与中心单列的辐射功率相比小得多，而中心单元的辐射在方位面上近似为均匀辐射，从而形成控制波束。
背瓣抑制：为抑制背瓣，在天线阵列背后中央另设一列单元。
将发射机？赘讯号一分为二，一半进入前方？赘波束，另一半进入背瓣抑制波束，从而使？赘波束均匀性更好以便抑制背瓣。
双通道切换和收发隔离：本雷达除天线和分配网络外，发射机和接收机都有两套相同的机器，这两套机器通过切换开关K∑，K？赘，K△分别与主馈线的三个通道（∑，？赘，△）相连。
一旦检测到工作通路发生故障时开关将自动切换到备份机器以保证雷达不间断工作。
∑，？赘讯道分别与环行器G1、G2相连以实现收、发隔离。
△讯道及从环行器输出的∑，？赘讯道再分别经滤波器F△、F？赘、F∑进入接收机，以进一步抑制发射能量，加强收发隔离。
经典雷达资料-第17章脉冲多普勒(PD)雷达-4
系统损耗下面讨论采用数字信号处理的PD雷达所固有的但不一定是独有的某些损耗。
量化噪声损耗量化噪声损耗是由模/数转换处理过程中所引入的噪声产生的，以及由信号处理电路中有限字长的截断效应产生的[45]。
CFAR损耗这是由检测门限非理想估值与理想的门限相比所造成的。
估计值的波动迫使门限均值高于理想门限值，因而产生了损耗。
多普勒滤波器的跨接损耗由于目标并不总是位于多普勒滤波器的中心，因而造成了多普勒滤波器的跨接损耗。
假设目标多普勒频率在一个滤波器频率范围内是均匀分布的，则可算出该损耗，而且它是FFT 副瓣加权的函数。
幅度加权损耗滤波器副瓣加权使多普勒滤波器的噪声带宽增加，从而导致了幅度加权损耗。
这种损耗可用多普勒滤波器噪声带宽的增量来考虑，而不看做另外的某种损耗。
脉冲压缩失配损耗脉冲压缩失配损耗是由于为了降低时间（距离）副瓣而引入失配产生的。
保护消隐损耗这是由保护通道寄生消隐造成的主信道检测损耗，如图17.9所示。
遮挡和距离波门跨接损耗由于遮挡，因此按式（17.20）给出的距离R0可能是零或最大值之间的任意值，这取决于脉间目标回波的确切位置。
当PRF较高时，会出现许多距离模糊，则扫描间的距离延迟可认为是随机的，且在脉间均匀分布。
在这种情况下，一种近似的性能度量是首先计算从零到脉冲间间隔全部模糊距离的平均检测曲线。
为获得与采用匹配波门接收发射脉冲无跨接时相同的检测概率，遮挡和距离波门跨接损耗等于系统所要求的信噪比提高。
由于检测概率的曲线形状不同，所以损耗取决于所选择的检测概率。
一种粗略的近似是脉间平均信噪比与匹配条件下的信噪比进行比较。
在M个宽度为τ的相邻距离波门情况下，这些波门占据了除宽度为τ的发射脉冲之外的整个脉冲间隔，在信噪比基础上的平均的遮挡和跨接损耗为第17章 脉冲多普勒（PD ）雷达 ·663·遮挡和跨接损耗= )1(3+M Y g t ττ= （17.21） 式中，Y 1=(1-R )(2+R ) M =1；Y =(1-R )(1-R +2X )+2+1.75(M -2) M >1, R ≥0.618;Y =(1-R )(1+R +Z )+(Z -R )[Z (Z +X )]+(1-Z )[Z (Z +1)+1]+1+1.75(M -2) M >1, R <0.618；Z =1/(1+X )；X =R -1；R =τb /τ；τb =第一个波门消隐的宽度；τ =发射脉冲τt 和接收波门τg 的宽度；M =相邻波门的数目。
四线激光雷达原理
四线激光雷达原理
四线激光雷达（Four-Line Lidar）是一种用于测量距离和速度的激光雷达系统，它使用了四个发射器和一个接收器。
其原理如下：
1.发射器：四线激光雷达中有四个发射器，每个发射器都发射一个脉冲激光束，这四个激光束以一定的时间间隔依次发射。
2.接收器：激光雷达的接收器位于发射器的对面，它能够接收到发射器发射的激光束并记录下每个激光束的到达时间。
3.时间测量：通过测量每个激光束的到达时间，可以计算出每个激光束的传播时间，从而计算出每个激光束的传播距离。
因为每个激光束的发射时间是已知的，所以可以计算出每个激光束的传播速度，也就是目标物体的距离和速度信息。
4.数据处理：通过对多个激光束的测量结果进行处理，可以得到目标物体的三维坐标和速度信息。
四线激光雷达的优点是测量速度快、精度高、可靠性强，并且可以在多种环境下进行测量。
它广泛应用于自动驾驶、机器人导航、工业自动化等领域。
雷达系统的设计与使用
雷达系统的设计与使用雷达（RAdio Detection And Ranging）是一种利用电磁波进行探测与测距的系统。
它已广泛应用于军事、民用、科学等领域。
雷达系统的设计与使用涉及多个方面，包括系统架构、信号处理、目标识别等。
本文将从这些方面介绍雷达系统的设计与使用。
一、雷达系统架构雷达系统通常由发射机、接收机、天线以及信号处理器等组成。
在发射端，发射机会产生一些电磁波信号，并通过天线发射出去。
接收端的天线接收这些信号，并将它们送入接收机中进行信号放大和滤波等处理。
经过这些处理后，信号就能够被传输到信号处理器中进行分析、处理和展示。
在雷达系统中，发射机和接收机的设计是非常重要的。
发射机的设计需要考虑到发射功率、频率、脉冲宽度等参数。
接收机的设计则需要考虑到灵敏度、带宽、动态范围等参数。
对于不同的雷达应用场景，这些参数的设计需要进行适当的调整和优化。
二、雷达信号处理雷达系统接收到的信号通常会受到噪声、杂波等因素的干扰，因此需要进行信号处理。
雷达信号处理涵盖了众多技术，如滤波、波形设计、脉冲压缩、多普勒滤波等等。
其中，脉冲压缩是雷达信号处理中一个重要的技术。
脉冲压缩可以将一段较长的脉冲信号通过FFT变换等处理方式，压缩成一个短脉冲信号。
这样可以提高雷达系统的距离分辨率和精度。
三、雷达目标识别雷达目标识别是指通过雷达系统获取的信号数据，对目标进行识别和分类。
其中，目标的特征提取是一个重要的环节。
雷达信号中常见的目标特征包括目标的杂波特性、多普勒特性、散射截面等。
通过分析这些特征，可以对目标进行分类和识别。
目标分类是雷达目标识别中的一个难点。
目标分类通常基于机器学习和模式识别等技术。
常见的目标分类方法包括最小距离分类、支持向量机分类、神经网络分类等。
四、雷达系统的应用雷达系统在军事和民用领域都有着广泛的应用。
在军事应用中，雷达系统可以用于监测和跟踪目标、导弹预警、对空防御等。
在民用领域中，雷达系统可以用于气象探测、航空航天、海洋勘探等。
雷达系统导论4讲解
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。
雷达对抗原理第4章 雷达侦察的信号处理
第4章
雷达侦察的信号处理
图4-2 对雷达信号极化方向的检测和测量的系统组成
第4章
雷达侦察的信号处理
第4章
雷达侦察的信号处理
4.2.2 tTOA测量
tTOA是脉冲雷达信号重要的时域参数，雷达侦察系统中 对tTOA的典型测量原理如图4-3(a)所示，其中输入信号si(t)经 过包络检波、视频放大后成为sv(t)，它与检测门限VT进行比 较，当sv(t)≥VT时，从时间计数器中读取当前时刻t进入锁存
除了自身能力以外，雷达侦察系统实际能够达到的信号
处理时间还会受到实际信号环境的严重影响，S中的辐射源 越多，信号越复杂，相应的信号处理时间也越长。
第4章
雷达侦察的信号处理
4． 可处理的输入信号流密度
该指标是指在不发生前端输入的{PDWi}i或{s(n)}n数据 丢失的情况下，单位时间内信号处理机允许输入的{PDWi}i 或{s(n)}n最大平均脉冲数——λmax。在一般情况下，雷达侦 察接收机的宽带侦收前端对每一个检测到的射频脉冲均用一
处理的过程是：首先将实时输入的{PDWi}i与m个已知雷达数据库{Cj}
mj=1进行快速匹配，从中分离出符合{Cj}mj=1特征的已知雷达信号子流 {PDWi，j}mj=1，并分别放置于m个已知雷达的数据缓存区，交付信号主 处理按照对已知雷达信号的处理方法作进一步的分选、检测、参数估计 和识别处理等；对不符合{Cj}mj=1的剩余数据，再根据未知雷达知识库 {Dk}nk=1进行快速分配，产生n个未知雷达信号的分选子流{PDWi, k}nk=1， 另外放置于n个未知雷达的数据缓存区，交付信号主处理，按照对未知
1． 对输入{PDWi}i信号的处理 雷达侦察系统对{PDWi}i信号处理的基本流程如图4-1所 示，其中各部分的基本工作原理如下。
雷达原理与系统
雷达原理与系统雷达（Radar）是一种利用无线电波进行探测和测距的技术，它在军事、民用和科研领域都有着广泛的应用。
雷达系统由发射系统、接收系统、信号处理系统和显示系统组成，它能够探测目标的距离、方位、速度和其他特征，是现代导航、监视和控制系统中不可或缺的一部分。
雷达的工作原理是利用电磁波与目标物体相互作用，通过测量电磁波的反射信号来确定目标的位置和特征。
雷达系统首先通过天线发射一束窄波束的电磁波，这些电磁波会被目标反射并返回到雷达系统的接收天线。
接收系统会接收并处理这些返回的信号，通过分析信号的时间延迟、频率变化和幅度变化来确定目标的位置和特征。
信号处理系统会对接收到的信号进行滤波、放大、解调和解码等处理，最终将目标的信息传递到显示系统进行显示和分析。
雷达系统的性能取决于发射系统、接收系统和信号处理系统的性能。
发射系统需要能够产生高功率、窄波束和稳定频率的电磁波，以确保信号能够准确地照射到目标并被反射回来。
接收系统需要具有高灵敏度和低噪声的特性，以确保能够接收到目标反射的微弱信号并进行可靠的信号处理。
信号处理系统需要具有高速、高精度和高可靠性的特性，以确保能够对复杂的信号进行快速、准确的处理和分析。
雷达系统的应用包括空中监视、海上监视、地面监视、天气预报、导航定位、火控制导、地质勘探等领域。
在军事领域，雷达系统能够探测和跟踪敌方飞机、舰船、导弹等目标，为作战指挥和防空防御提供重要的情报支持。
在民用领域，雷达系统能够用于飞机导航、船舶导航、交通管制、天气预报等方面，为人们的生活和工作提供了便利和安全保障。
总的来说，雷达原理与系统是一门涉及电磁波、信号处理、探测技术等多学科知识的综合性科学，它在现代科技和军事领域有着重要的地位和作用。
随着科技的不断发展和进步，雷达技术将会不断地得到完善和应用，为人类的发展和安全提供更加可靠的保障。
第4章 激光雷达的原理及其应用
➢ 在2018年的 CES （国际消费类电子产品展览会）上 ，Velodyne 对外展
示了两款产品：128
线激光雷达
VLS-128和固态激光
雷达
Velarray。
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
环境地图构建
Car 情报局
2
激光雷达的概念
Car 情报局
2.1、激光雷达的概念
激光雷达实际上是一种工作在光学波段（特殊波段）的雷达；它是以激 光 作为载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为天线。
LIDAR，(Light Detention and Ranging) LADAR, (Laser Detection and Ranging)
Car 情报局
1
激光雷达在无人驾驶中的作用
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
激光雷达是无人驾驶车辆的“标配”
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
障碍与行人检测
图片来源于IBEO官网视频
Car 情报局
1、激光雷达在无人驾驶中的作用
车距精准控制
图片来源于IBEO官网视频
Car 情报局
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
恶劣环境适应性
Car 情报局
5.7、无人车载激光雷达遇到的挑战
计算量大
Car 情报局
6
车载激光雷达的发展趋势
Car 情报局
6.1、激光雷达的成本将进一步降低
Car 情报局
6.2、激光雷达向多线束以及固态激光雷达发展
Car 情报局
【2019年整理】经典雷达资料-第17章脉冲多普勒(PD)雷达-4
系统损耗下面讨论采用数字信号处理的PD雷达所固有的但不一定是独有的某些损耗。
量化噪声损耗量化噪声损耗是由模/数转换处理过程中所引入的噪声产生的，以及由信号处理电路中有限字长的截断效应产生的[45]。
CFAR损耗这是由检测门限非理想估值与理想的门限相比所造成的。
估计值的波动迫使门限均值高于理想门限值，因而产生了损耗。
多普勒滤波器的跨接损耗由于目标并不总是位于多普勒滤波器的中心，因而造成了多普勒滤波器的跨接损耗。
假设目标多普勒频率在一个滤波器频率范围内是均匀分布的，则可算出该损耗，而且它是FFT 副瓣加权的函数。
幅度加权损耗滤波器副瓣加权使多普勒滤波器的噪声带宽增加，从而导致了幅度加权损耗。
这种损耗可用多普勒滤波器噪声带宽的增量来考虑，而不看做另外的某种损耗。
脉冲压缩失配损耗脉冲压缩失配损耗是由于为了降低时间（距离）副瓣而引入失配产生的。
保护消隐损耗这是由保护通道寄生消隐造成的主信道检测损耗，如图17.9所示。
遮挡和距离波门跨接损耗由于遮挡，因此按式（17.20）给出的距离R0可能是零或最大值之间的任意值，这取决于脉间目标回波的确切位置。
当PRF较高时，会出现许多距离模糊，则扫描间的距离延迟可认为是随机的，且在脉间均匀分布。
在这种情况下，一种近似的性能度量是首先计算从零到脉冲间间隔全部模糊距离的平均检测曲线。
为获得与采用匹配波门接收发射脉冲无跨接时相同的检测概率，遮挡和距离波门跨接损耗等于系统所要求的信噪比提高。
由于检测概率的曲线形状不同，所以损耗取决于所选择的检测概率。
一种粗略的近似是脉间平均信噪比与匹配条件下的信噪比进行比较。
在M 个宽度为的相邻距离波门情况下，这些波门占据了除宽度为的发射脉冲之外的整个脉冲间隔，在信噪比基础上的平均的遮挡和跨接损耗为遮挡和跨接损耗= )1(3+M Y g t ττ= （17.21） 式中，Y 1=(1-R )(2+R ) M =1；Y =(1-R )(1-R +2X )+2+1.75(M -2) M >1, R ≥0.618;Y =(1-R )(1+R +Z )+(Z -R )[Z (Z +X )]+(1-Z )[Z (Z +1)+1]+1+1.75(M -2) M >1, R <0.618；Z =1/(1+X )；X =R -1；R =b /；b =第一个波门消隐的宽度；=发射脉冲t 和接收波门g 的宽度；M =相邻波门的数目。
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
表4―1 典型雷达侦察系统可测量和估计的辐射 源参数、参数范围和估计精度
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
3.信号处理的时间
雷达侦察系统信号处理的时间分为:对指定雷达辐 射源的信号处理时间Tsp和对指定雷达辐射源信号环境
中各雷达辐射源信号的平均处理时间 T s p 。
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
4.1 概述 4.2 对雷达信号时域参数的测量 4.3 雷达侦察信号的预处理 4.4 对雷达信号的主处理 4.5 数字接收机与数字信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
4.1 概 述
雷达侦察系统是一种利用无源接收和信号处理技 术,对雷达辐射源信号环境进行检测和识别、对雷达信 号和工作参数进行测量和分析,从中得到有用信息的设 备。实现对雷达辐射源信号环境进行侦察的典型过程 如下:
第4章 雷达侦察的信号处理
雷达侦察系统的信号处理时间主要是对辐射源信 号分选、识别和参数估计的处理时间。显然,其可分选 和识别的辐射源类型越多,测量和估计的参数越多，范 围越大，精度越高,可信度越高,相应的信号处理时间也 就越长。但影响更大的是侦察系统中有关雷达辐射源 先验信息和先验知识的数量和质量,先验信息和先验知 识越多,它们的可信度越高,则处理时间就越短。
第4章 雷达侦察的信号处理
(1)由雷达侦察系统的侦察天线接收其所在空间的 射频信号,并将信号馈至射频信号实时检测和参数测量 电路。由于大部分雷达信号都是脉冲信号,所以典型的 射频信号检测和测量电路的输出是对每一个射频脉冲 以指定长度(定长)、指定格式(定格)、指定位含义(定位) 的数字形式的信号参数描述字,通常称为脉冲描述字 PDW(Pulse Discreption Word)。从雷达侦察系统的侦察 天线至射频信号实时检测和参数测量电路的输出端,通 常称为雷达侦察系统的前端。
SQ-雷达系统（第四章）相控阵雷达
必 须 限 制 天 线 的 扫 面 范 围 ， 0 600 （ 常 为 300, 450 ） 要覆盖半个球面，至少须三部 RD 实现。
为什么要限定相控阵雷达的扫描范围？
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2021/7/10
相位扫描原理
3.相控阵 RD 缺点与改进办法： 天线阵元等间距 d，等幅发射条件 F ( ) 位辛格函数（辛格函
当0 600 0.5s 20.5
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另外，0 天线增益
相位扫描原理
①设0 = 0， 最大辐射方向为阵列面法向；
波束扫天线描有对效辐0射.5 影面积响，（S0一 N维a 直Nd线2 （阵a ：为每例个单）元面积）
天线增益 G0
4
S0
2
4
Nd 2
2
②当波束扫至0 （偏离法线0 ）
天线阵
①结构：平面阵列
利于波束指向的配相计算与控制
正方形，三角形，六角形，随机阵列
辐射单元
半波振子，喇叭口，缝隙振子，螺旋天等。
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相位扫描系统
相控阵雷达相位扫描系统包括：天线阵、移相器、 波束指向控制器（波控器）、多波束形成网络。
天线阵
②馈电方式： 功率源到辐射单元间采用一定数量的微博耦合元 件及传输馈线
L4 4
L3 L2 L1
D1
D2
DN
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移相器
铁氧体移相器：应用磁性元件--铁氧体 结构：四个截面相同，长度不同的铁氧体，相互间隔以介质，沿波导
纵向放置，没跟铁氧体中心穿一根导线，激励电流，导线从波 导壁引出（称磁化导线），铁氧体两头竖起，起匹配作用，避 免反射。 工作原理：若磁化导线加入一幅度足够的脉冲电流，使铁氧体磁化并
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• 数字T/R组件的收发状态是独立的，发射支路由DDS产生所需 的波形、经两次上变频形成发射信号通过环流器输出；接收支路 由环流器输入经限幅低噪声放大、两次下变频、A/D变换、I/Q 分离形成数字信号输出。DDS只对发射信号进行幅度和相位加权， 在接收状态幅相控制通过常规DBF方法完成。收发通道变频所需 的本振信号是时分复用的，有利于改善收发通道间相互干扰。
(3) 宽带数字阵雷达的延时补偿技术
孔径渡越时间的经典补偿方法是将天线分成若干子阵，子阵内采 用相位波束控制，而子阵之间采用时间延迟补偿，如图所示。
子阵之间通过时间延时控制之后，波束的偏移主要是由子阵孔 径渡越时间确定，极大减小了整个阵面对孔径渡越时间的影响。
若天线阵内每一个单元都包含有时间延时单元，使得在第N号单 元通道内的信号延迟τA，则第i号单元通道内的延迟为iτA/(N-1)。这 样，天线的孔径渡越时间TA将降为TA-τA。由信号频率变化所引起 的波束指向的偏移为：
f • tg
f0
当目标回波能量非垂直入射阵列时，阵列方向图形成时，边缘单 元需要的相位： (2 / 。)Lsin
L为阵列孔径，如果只改变频率而不改变移相器，那么波束将会 移动。对于等线长馈电而言，不会使波束变形，并且当频率增大时 ，波束会移向法线。如果由时延网络代替移相器，则通过时延网络 的相移会随频率变化，但波束保持不动(波束指向不变)。当使用移 相（独立于频率）控制波束时，若工作频率为雷达中心频率f0，波 长为λ0，若要求天线线阵的波束最大值指向为θ，则对于离阵中心 距离为x的单元，其相位为： (2x / 0 )sin (2x / c) f0 sin
4.2 数字阵列雷达的基本原理
接收和发射波束均以数字方式来实现的全数字化相控阵天线雷达 就称作数字阵列雷达。
4.2.1 接收数字波束形成 接收数字波束形成就是在接收模式下以数字技术来形成接收波束。
接收数字波束形成系统主要由天线阵单元、接收组件、A/D变换器、 数字波束形成器、控制器和校正单元组成。接收数字波束形成系统 将空间分布的天线阵列各单元接收到的信号分别不失真地进行放大、 下变频、检波等处理变为视频(中频)信号，再经A/D变换器转变为 数字信号。然后，将数字化信号送到数字处理器进行处理，形成多 个灵活的波束。数字处理分成两个部分：波束形成器和波束控制器。 波束形成器接收数字化单元信号和加权值而产生波束；波束控制器 则用于产生适当的加权值来控制波束。
4.2.2 发射数字波束形成
发射数字波束形成是将传统相控阵发射波束形成所 需的幅度加权和移相从射频部分放到数字部分来实 现，从而形成发射波束，发射数字波束形成系统的 核心是全数字T/R组件，它可以利用DDS技术完成发 射波束所需的幅度和相位加权以及波形产生和上变 频所必需的本振信号。发射数字波束形成系统根据 发射信号的要求，确定基本频率和幅/相控制字，并 考虑到低副瓣的幅度加权、波束扫描的相位加权以 及幅/相误差校正所需的幅相加权因子，形成统一的 频率和幅/相控制字来控制DDS工作，其输出经上变 频模式形成所需工作频率。
对于一个f0＝1300MHz的L波段的相控阵雷达，所允许的最大信 号瞬时带宽只有13MHz或26MHz。这对于要完成高分辨率测量的 雷达、雷达成像及扩谱信号雷达来说是远远不够的。
天线对数字阵雷达信号带宽的限制，除了受到“孔径效应”的影
响外，还受限于天线孔径渡越时间： TA (L / c)sin
当孔径渡越时间TA大于信号带宽的倒数时，阵列两端天线单元 所辐射的信号将不能同时到达θ方向的目标；或者阵列两端天线单 元所接收到的信号将不能同时相加。
孔径渡越时间对调频信号包络的影响
由图线阵可见，目标若在θ方向，则第(N-1)号单元辐射的信号 要比第0号单元的信号超前TA到达目标。因此，对于脉宽为T、带 宽为△f的线性调频脉冲信号，各天线单元辐射的信号在目标位置上 合成的信号包络将不再是矩形，而是如图所示的梯形。
当没有使用等路径长度馈电时，馈电网络会随频率产生相位变化， 在某些情况下，馈电实际上可以补偿孔径效应，且产生与频率无关 的波束指向。然而更常规的馈电会减小阵列的带宽。
xi表示第i阵元的接收并 经过A/D采样的信号：
xi
exp
j
2
d (i
1)
s in
ni
N 1
yk wik xi i0
N 1
yk wik xi i0
第k个波束的天线方向图函数:
Fk
(
)
N 1
wik
i0
•
exp
j
2
(i
1)d
sin
N 1
wik
i0
• exp
j
2
c
f
•
(i
1)d
• 数字T/R组件是基于DDS技术的移相功能代替微波数字移相器， 用其幅度控制功能代替传统的微波数控衰减器。将波束形成和波 形形成融合在一起，实现发射DBF功能。DDS可以实现极高的相 位、幅度和频率控制精度。但DDS的输出频率比较低，无法直接 输出微波频段信号,必须对其进行频率扩展，频率扩展包括：一 是工作频率的扩展；二是工作带宽的扩展。工作频率的扩展可以 通过上变频实现，带宽的扩展则可以在上变频扩展工作频率的同 时，通过改变本振信号的频率(即跳频方式)来实现。
数字波束形成（包括结合自适应滤波的自适应数字波束形成） 具有如下重要优点：
(1)自适应干扰置零; (2)超分辨定向; (3)天线自校准; (4)超低副瓣; (5)阵元失效和波束校正; (6)密集多波束; (7)自适应空时处理; (8)灵活的功率和时间控制等。 采用数字方式在基带实现滤波的技术称为数字波束形成 （DBF），它是空域滤波的的主要形式。
频率由f0变为(f0+△f)后，若给定相同的 相位，则波束指向新的方向θ+△θ： (2x / c) f0 sin (2x / c)( f0 f )sin( )
sin( ) sin cos
由此可得： f • tg
f0
f • tg
f0
上式反映了信号频率由f0变为（f0+△f）后所引起的天线波束指向 的波束指向偏移△θ。这一现象反映了天线波束指向随信号频率的改 变而在空间摆动，这称为相控阵天线波束在空间的色散现象，又称 为相控阵天线的“孔径效应”。
sin
4.3.3 宽带数字阵列雷达中的关键技术
(1) 宽带数字阵列雷达的孔径效应和馈电效应 传统相控阵雷达是通过控制信号的相位来延迟信号
的，在宽带信号情况下存在波束指向偏移和扫描不准的 现象，而且在进行宽带和宽角扫描时，传统相控阵存在 孔径效应，使得阵列的瞬时带宽受限。
雷达信号频率由f0变为 （f0+△f）后所引起的天 线波束指向的波束指向偏 移△θ:
数字阵列雷达的基本结构
数字信号 处理器
控制信号 处理器
数字 波束 形成
基准
T/R模块
T/R模块
。
……
……
T/R模块
4.3 数字阵列雷达的关键技术
• 4.3.1 数字T/R组件
• DDS的幅度和相位近似连续可调，因而可用于数字阵列雷达 的波形产生和幅相调整。基于DDS的数字T/R组件是数字阵列雷 达的关键部分之一，包括了频率源、DDS、功放、混频、滤波、 A/D变换等。数字T/R组件有多种实现方式，如集中式频率源数 字T/R组件、分布式频率源数字T/R组件等。主要研究内容：(1) 数字T/R组件结构；(2) 基于DDS技术的发射信号产生技术，包 括波形产生和频率扩展技术；(3) 基于DDS的幅相控制技术，包 括幅相控制技术和频率扩展对幅相影响；(4)DDS寄生响应、相 位截断误差、幅度量化误差等对波形产生的影响；(5) 数模一体 化设计理论；(6) 数字T/R组件的一致性和稳定性。
• 数字T/R组件是由收发两个支路构成的。从发射通道组成来看， 数字T/R组件幅度和相位调整是在数字部分(DDS中)实现的，因 此保证上变频通道幅度、相位的线性是至关重要的，即应使经 DDS完成幅相控制的较低频率信号传递到射频所引入的幅相误差 尽可能小。通常采用高线性度的射频功率放大器。
• 在接收支路中,数字T/R组件采用了全数字化的接收机技术，直 接输出数字I/Q信号，这属于数字接收机的范畴，但接收支路设 计的重点是多路接收支路之间具有良好的相似性，通道具有大动 态范围特别是通道的无杂散动态范围。
波束形成器的FPGA实现
X0
N 通
X1
道 数
。字
。
。正
交
采
样
XN-2
N 通 道 数 。字
。
。下 变 频 器
数字波束形成网络
（FPGA）
DBFS320C6455）
假设信号是窄带的，有N个天线阵元，θ为目标方向，θBK为第 k个波束指向，d为相邻阵元间距，λ为信号波长，信号为s(t)。数 字多波束形成器将数字的幅度和相位的权值在所有通道信号求和 之前加到每一个输入信号中，它保留了天线阵列单元信号的全部 信息，并可以构成空间受控的一个或多个定向波束从而获得优良 的波束性能。数字波束形成器就是一个乘加器，如图所示。
4.2.3 数字阵列雷达工作原理
数字阵列雷达是一种收、发均采用数字波束形成技 术的全数字化阵列扫描雷达。如图4-1所示，数字阵 列雷达一般由天线阵列、数字T/R组件、时钟、数 据传输系统、数字处理机组成。系统工作时根据工 作模式，信号处理系统控制波束在空间进行扫描， 实现收/发DBF形成。发射时，由数字处理系统产生 每个天线单元的幅/相控制字，对各T/R组件的信号 产生器进行控制而产生一定频率、相位、幅度的射 频信号，输出至对应的天线单元，最后由各阵元的 辐射信号在空间合成所需的发射方向图。
数字T/R组件原理框图
数字T/R组件的一种常用电路结 构
数字T/R组件中的数字和射频部 分
数字T/R组件中的发射支路 数字T/R组件中的接收支路