雷达基本理论与基本原理
word版本hslogic_雷达基本原理
雷达是集中了现代电子科学技术成就的高科技系统。
目前，雷达已经成功地应用于地面、舰载、机载等各个方面。
近年来，雷达应用己经向外层空间发展，出现了天基雷达。
随着时代的发展，雷达在军用和民用等多方面都起着越来越重要的角色。
各国纷纷投入大量的人力物力，借助现代电子科技的不断进步来发展自己的雷达技术，使雷达技术和理论得到了迅猛的发展。
但根据雷达的分辨理论，雷达的精度和其分辨力无法同步提升，只有当发送信号有大带宽的时候，才能得到较高的测距精度和较强的距离分辨力。
但根据雷达的理论公式，信号的带宽，时宽和能量的乘积和为一，同时获得较大的带宽和较大的时宽在理论是不可能的。
针对这个问题，发展出了脉冲压缩技术，脉冲压缩技术对接收到的宽脉冲信号进行压缩处理，即通常所说的雷达脉冲压缩信号处理，从而得到窄脉冲。
在本质上，雷达脉冲压缩技术是对雷达接收机收到的回波信号进行匹配滤波，得到抗干扰能力强，且不降低雷达的距离分辨能量的信号。
脉冲压缩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。
这样既可以达到宽脉冲雷达系统的检测能力，又能保持窄脉冲系统的距离分辨力。
1.1.2课题研究意义雷达信号的脉冲压缩技术是对接收机接收到的回波信号通过匹配滤波器来进行匹配滤波处理，处理的前提是信号是已知的，这样不仅可以提高系统的抗干扰能力，而且提高了雷达雷达的分辨力。
从而有效地解决了距离分辨力和作用距离之间不可同时到达最大值的矛盾。
为了提高雷达的测量精度和分辨能力，要求回波信号具有较大的时宽—带宽积。
而在理论上，脉冲信号的时宽—带宽积近似为1，因此大时宽和大带宽无法同时得到。
在匹配滤波理论的指导下，首先发展出了线性调频技术，即线性调频脉冲压缩技术。
通过对宽脉冲内附加线性调频，获得大时带积信号。
之后由于线性调频脉冲压缩的缺陷，又发展出了非线性调频脉冲压缩和相位编码脉冲压缩技术。
到了八十年代后，随着数字电子技术的飞速发展，数字产生和处理技术因其突出的优点成为新研制系统的首选方案。
地质雷达原理及应用
• n=∞
T(t) = a0 + ∑ ancos(n2t * f + άn)
•
n=1
= c/f
带宽的定义：
带宽 B : fh – fl, - 10dB 为极限值
中心频率, fc = fl + fh – fl
2
B
分数带宽:
通常用%表示
fc
脉冲宽度, W = 1 B
带宽和中心频率决定了探测的效果
下面的例子可以看出带宽的重要性 带宽低的雷达图像被称为“烟圈（震荡）”
雷达的分辨率：
注意：雷达天线是宽频的，它有各种频率成分，因此用800兆天线达到2.1厘米的 分辨率是可能的！不要过分拘泥于理论细节，电磁波太复杂！
四、电磁波速度的确定
当有反射体存在时，雷达只记录电磁波走的时间。为了准确了解反射体的埋深，我们 必须知道电磁波在该介质中的传播速度。
确定电磁波速度有以下方法: 1. 使用标准速度 2. 通过已知深度的目标体进行校正 3. 双曲线拟合 4. 偏移处理 5. 共中心点探测 6. 实验室方法
?
Length [m]
Depth [m]
GPR工作方法 – 层析成像 (钻孔雷达)
二、地下介质的电特性
电特性
• 要探测的介质的电特性, 决定雷达方法是否适用。 • 在用雷达进行地质勘探时, 水是决定电特性的最主要的因素。
• 电导率 (穿透深度…)
• 相对介电常数 (对比度, 信号速度, “足印”…)
振幅时间窗 Δt来自[t][t]原始信号 采集后复制的信号
时间窗 = 样点数 * Δt
1
Δt
采样周期
采样频率 =
Δt
为什么雷达不是实时采样?
雷达原理与系统知识要点总结(必修)
成绩构成：平时20%（原理10%+系统10%，含考勤和课堂测试），期中30%，期末40%，课程设计10%。
雷达原理与系统（必修）知识要点整理第一章：1、雷达基本工作原理框图认知。
2、雷达面临的四大威胁3、距离和延时对应关系4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度）5、距离分辨力，角分辨力6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导）7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用第二章雷达发射机1、单级振荡与主振放大式发射机区别2、基本任务和组成框图3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。
第三章接收机1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频）2、灵敏度的定义，识别系数定义3、接收机动态范围的定义4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义5、级联电路的噪声系数计算6、习题7、AGC，AFC，STC的含意和作用第四章显示器1、雷达显示器类型及其坐标含义；2、A型、B型、P型、J型第五章作用距离1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？（灵敏度表示的、检测因子表示的等）2、增益G和雷达截面A的关系2、雷达目标截面积定义3、习题4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程5、奈曼皮尔逊准则的定义6、虚警概率、检测概率、信噪比三者关系，习题.（会看图查数）由概率分布函数、门限积分区间表示的各种概率形式；6.5 CFAR●什么是CFAR●慢变化CFAR的框图和原理●快变化CFAR的框图和原理，（左右平均、左右平均选大）●CFAR的边缘效应，图及分析7、为什么要积累，相参积累与非相参积累对信噪比改善如何，相参M~M倍。
8、积累对作用距离的改善，（方程、结论、习题）9、大气折射原因、直视距离计算（注意单位Km还是m）10、二次雷达方程、习题。
11、分贝表示的雷达方程，计算、习题，普通雷达方程的计算。
第六章距离测量1、R,tr,距离分辨力、脉宽、带宽关系2、最短作用距离、最大不模糊距离与脉宽、重频关系3、双重频判距离模糊、习题。
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)
天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
雷达原理第三版丁鹭飞精品PPT课件
设雷达发射功率为Pt, 雷达天线的增益为Gt, 则在自由空间
工作时, 距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
目标受到发射电磁波的照射, 因其散射特性而将产生散射回波。
散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散
Pr
Si min
PtAr2 42Rm4 ax
PtG 22 (4 )3 Rm4 ax
(5.1.7)
第 5 章 雷达作用距离
或
1
Rmax
PtAr2
42
Si
min
4
1
Rmax
PtG 22 (4 )3 Si min
4
(5.1.8) (5.1.9)
式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式, 它表明了作 用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系。
第 5 章 雷达作用距离
5.2 最小可检测信号
5.2.1 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。
第 5 章 雷达作用距离
Si min
kT0BnF
n
S N o min＝Do
Pr
Ar S2
PtGtA (4R2 )2
(5.1.4)
第 5 章 雷达作用距离
由天线理论知道, 天线增益和有效面积之间有以下关系:
G
4A 2
式中λ为所用波长, 则接收回波功率可写成如下形式:
Pr
PtGtGr2 (4 )3 R4
雷达原理-第6章目标距离的测量
④
u
u
t
c
t
⑤
⑧
u
后波门 ⑤
后选通 ⑦
积分 电路
⑥
t′
c
t
t
形成 电路
放大 器
Ⅱ
u
⑦ u
t
⑧
注意：比较电路是否一直 u
t
有输出？
⑨ u
t
⑩
t
(a )
(b )
2020/5/7
(a) 组成方框图; (b) 各点波形
2. 控制器
控制器的作用是把误差信号uε进行加工变换后, 将其输出去控制跟踪波门移动, 即改变时延t′, 使其 朝减小uε的方向运动。设控制器的输出是电压信 号E, 则其输入和输出之间可用下述通常函数关系 表示:
脉冲调频测距原理 (a) 原理性方框图组成;
f
FA F
F T
td T A
o
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FA
fd
td
2vr
2 R0 c
FB
fd
td
2vr
2 R0 c
fd
FC
fd
2vr
FB
FC
T
T
B
C
t
(b)
脉冲调频测距原理 (b) 信号频率调制规律;
6.3 距离跟踪原理
6.3.1 人工距离跟踪 操作员按照显示器上的画面，将电刻
fb
ft
fr
8f Tm c
R0
fd
fb
fr
ft
8f Tm c
R0
fd
(前半周正向调频范围) (后半周负向调频范围)
R0
c 8f
fb fb 2fm
雷达原理
雷达的发展1886年赫兹采用人工方法产生电磁波
1903年德国人维尔思姆探测到了从船上反射的电磁波
1904年，德国的Huelsmeyer发明了雷达 1922年无线电之父马克尼首次描述了雷达的概念“电磁波能够为导体所反射，可以在船舶上设置一种装置，向任何需 要的方向发射电磁波，若碰到导电物体，它就会被反射到发射电磁波的船上，由一个与发射机相隔离的接收机接收，以 此表明另一船舶是存在的，并确定其位置”。 1922年，美国海军实验室的Taylor和Young用连续波雷达探测到船； 1930年，美国海军实验室的Hyland用连续波雷达探测到飞机； 1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。 1941年，美国军用雷达发现了正在逼近珍珠港的日军飞机； 1943年美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，可将运动中的飞机拍摄下来，他们发明了可同时分辨几十 个目标的微波预警雷达。 1944年马可尼公司成功设计、开发并生产「布袋式」（Bagful）系统，以及「地毡式」（Carpet）雷达干扰系统。前 者用来截取德国的无线电通讯，而后者则用来装备英国皇家空军（RAF）的轰炸机队。 1945年二次大战结束后，全凭装有特别设计的真空管──磁控管的雷达，盟军得以打败德国。 20世纪50年代，单脉冲、脉冲压缩和SAR（合成孔径雷达）技术； 20世纪60年代，相控阵、MTI（动目标检测）技术； 20世纪70年代，PD（脉冲多普勒雷达）雷达预警机技术。
雷达原理
雷达的发展
雷达（RADAR），是英文“Radio Detection
and Ranging”（无线电侦测和定距）的缩写及音 译。将电磁能量以定向方式发射至空中，接收物体 所反射之电波，以计算出该物体的方向，高度及速 度，并且可以探测物体的形状。以地面为目标的雷 达可以用于探测地面的精确形状。
激光雷达原理(2)
激 光 束 的 物 理 描 述
I A (r)
U A (r)
2
I
0
2
J
1(
)
2
-光波波长； F-光学天线的有效焦距； D-光学天线的有效孔径； F-光学天线系统的“F”数, F=(f/d)； J1()-第一类贝塞尔函数, =(r/F)； UA(r)-爱里斑振幅分布函数；
I P (r) U P (r) 2 I00
P
1
Re(
E
A2
E
)dA
1 2
S
Us
2 dS
若光探测器的负载电阻RL，则光探测器输出的电功率为：
i e P e
U
(r ,
t
)
2
dS
h 2h S
式中：S为光探测器光敏面积。光探测器输出的光电流为：
PS
i 2 RL
(
e h
)
2
P
2
RL
光探测器输出的电功率正比于入射光功率的平方
直 接 探 测 理 论
考虑到信号和噪声的独立性，则有： S p (e / h )2 RL Ps2
N p (e / h )2 RL (2Ps Pn Pn2 )
根据信噪比的定义，则输出功率比为：
雷达原理
1、MTI：动目标显示z基本原理：动目标显示雷达是在普通脉冲雷达基础上发展起来的。
这种体制的雷达能在杂波或噪声干扰背景中抑制固定干扰、探测运动目标信息。
其基本原理在于利用运动目标回波多普勒频移效应，借助固定目标回波同动目标回波经相检波输出的视频脉冲串在幅度上的差异，通过延迟对消实现动目标检测。
z功能：可在空对地、空对海、地对地场合发挥空中预警、目标指示或武器控制的功能。
z MIT信号的主要特征：（1）低重频，一般低于4KHZ（可保证无测距模糊）；（2）采用参差重频、脉组间变重频及重频分集技术（获得目标速度信息，克服盲速）；（3）载频主要分布于L、S波段；（4）有较高的雷达工作频率稳定度（为了提取动目标频移信息）；（5）脉冲重频稳定度高（为实现延迟对消）；2、PD雷达：脉冲多普勒雷达z基本原理：PD雷达是在MTI雷达的基础上建立起来的，比MTI有更强的杂波抑制能力，改善因子高达50-60dB，且具有普通脉冲雷达的距离分辨力及连续波雷达的速度分辨力。
PD雷达的PRF可分为高，中，低三种，其特点及用途也是根据PRF划分的。
一般而言，低重频PD雷达也就是MTI 雷达，所谓PD雷达主要指高，中重频的情形。
z功能：表 PD雷达的分类与功能分类 PRF范围 特点 功能高PRF 几十KHZ—几百KHZ 不存在速度模糊，但有距离模糊机载预警（高空）中PRF 10KHZ-20KHZ 存在速度模糊、距离模糊目标跟踪（近程低空）低PRF 不超过几KHZ 存在速度模糊，但没有距离模糊MTIz信号特征：(1) 信号为一组相干脉冲串,有高度的短期稳定性,无论工作频率,脉宽,脉位,脉幅要求苛刻.(2)PRI一般较高,大于5KHZ.(3)重频调变是其最大特点:重频参差、分段调频脉冲多普勒雷达在机载火控、机载预警、空中交通管制、导航、气象探测等 领域都己得到了广泛的应用，下面一一介绍其作为不同用途的信号特征差别: 1）机载火控目前世界上先进的战斗机火力控制雷达几乎毫无例外的都采用了PD体制。
雷达原理简介
雷达原理简介首先,大家必须先了解雷达的基本原理,因为雷达仍是目前用来侦测移动物体最普遍的方法;雷达英文为RADAR,是Radio Detection And Ranging的缩写;所有利用雷达波来侦测移动物体速度的原理,其理论基础皆源自于「都卜勒效应」,其应该也是一般常见的都卜勒雷达Doppler Radar,此原理是在19世纪一位澳地利物理学家所发现的物理现像,后来世人为了纪念他的贡献,就以他的名字来为该原理命名;都卜勒的理论基础为时间;波是由频率及振幅所构成,而无线电波是随着波而前进的;当无线电波在行进的过程中,碰到物体时,该无线电波会被反弹,而且其反弹回来的波,其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变;若无线电波所碰到的物体是固定不动的,那么所反弹回来的无线电波其频率是不会改变的;然而,若物体是朝着无线电线发射的方向前进时,此时所反弹回来的无线电波会被压缩,因此该电波的率频会随之增加；反之,若物体是朝着远离无线电波方向行进时,则反弹回来的无线电波,其频率则会随之减小;下图为都卜勒雷达Doppler Radar的基本原理图标：> <==车子朝着无线电波方向前进,其反弹的率频会增加<==车子朝着无线电波传送的反方向前进,其反弹的率频会减小速度侦测装置警方所使用的测速雷达所应用的原理,就是可以侦测到发射出现的无线电波,及反弹回来的无浅电波其间的频率变化;由这两个不同频率的差值,便可以依特定的比例关系,而计算是该波所碰撞到物体的速度;当然,此种速度侦测装置可以将所侦测到的速度,转换为「公里/小时」;也许大家还是无法体会什么是「都卜勒效应」,但每个人在日常生活中应该都有「听」过「都卜勒效应」;例如：当火车鸣笛或救护车的警报声一直朝着你接近时,会发现声音会一直在变化,这就是所谓的「都卜勒效应」,此例子是生活中最常见的例子,因为当声波一直朝着你接近时,该声波的频率会一直增加,所以听到的声音才会一直变;这跟测速雷达所用到的原理是一样的,只不过测速雷达所使用的不是声波,而是无线电波;由于警察的测速雷达总是侦测到一个较强的反单电波后,才决定该移动物体车子的速度；而通常体积较大的物体其反弹的电波也较强；另外,离发射电波较近的物体,其所反弹的电波也会较强;根据这个原理,若有两辆大小相同的车子,同样都是超速时,测速雷达只会侦测到开在较前面车子的速度；若有一辆未超速的大卡车开在前方,而另一辆已超速的小客车开在后方时,测速雷达是无法侦测出该小客车已超速,除非该小客车已经超越了大卡车而继续超速;这告诉我们,利用雷达波来侦测车速时,是无法在车阵中,侦测到特定车辆的速度,而只能侦测到开在车阵最前面,且体积较大的车子的速度;二、雷达原理详述下面的文章,将更详细地探讨雷达测速的各种影响因素：影响雷达波覆盖范围的因素如下：雷达的功率电波接收器的灵敏度天线的特性欲侦测物体的体积大小雷达与欲侦测物体的距离欲侦测物体与雷达天线的相对位置及角度下图显示出影响Muniquip K-GP手持雷达枪,其雷达波覆盖范围的因素: <>卡车或小货车0~300公尺内300公尺以外挂车0~400公尺内400公尺以外由上图可知大型挂车最容易被侦测到速度,只要在400公尺的范围,都可以被侦测;Cosine因子这里所说的Cosine就是以前大家所学的数学三角函数,像是sin,cos,tan...,所谓的Cosine因子说明如下：雷达要正常地发挥测速功能,该雷达必须与被测车辆同一路径就如同GASTO测速照相系统一般,若雷达置放的位置与车辆行经的路径有一个角度,并不平行的话,则雷达所侦测到的速度将比实际上来的慢;而所减低的速度将正比于偏斜的角度取cosine值,简单地说,就是偏斜的角度越大的话,侦测到的速度将比实际速度低的越多;例如测速雷达置放的位置与车辆路径呈20度的夹角,虽然当时车子实际速度为105公里/小时,但被侦测到的时速应为105xcos20=公里/小时,本来应是超速的,但在雷达侦测上出现误差;GATSO这类的测速照相系统也会考虑到Cosine,所以会加入一些补偿电路,来修正这样的误差,不过因为每次置放的角度都不同,因此在补偿误差时,必须经过正确的设定才行,该设定值才须经过原厂的调校才能有较精准的表现,通常懒的设定或是不会设定;因此可以得到一个结论「Cosine因子永远都是偏袒驾驶人的」;测速地点的选择既然大家已经了解雷达测速的基本原理,其实是藉由车辆所反射回来的电波来计算车速,那么在道路上一些不会动的物体,如路标、路灯等,会不会影响雷达波的反射呢由于路标、路灯等物体的体积都很小,尚不会对雷达电波产生太多的影响,但如果是一些较大的物体,如建筑物、停在路旁的大卡车,或是高速公路上一些路段的大型路标、广告板等,这些物体就一定会影响到雷达电波的反射,也就是说即使路上没有车辆经过,警方所使用的测速雷达还是会侦测到一些数据,只是这些数据可能速度都是0而已;不过大家也不要以为在路上看到大型路标时就可以尽情超速了,因为一旦车辆位置超过了路标,而离雷达波越近的物体所反射的雷达波会越强,此时您还是会被侦测到超速的;然而,在ACPO的使用手册中,很明确地指出「理想的测速照相地点,应该位在空旷无阻碍且没有大型反射物的道路上；在开始测速之前,选择地点是相当重要的；操作员在开始前,必须在车流前,选择一视线良好的位置,该视线上不能有如「公交车候车坪」、「大型路标」、「金属栅栏」、「防撞护栏」等物体;警方确认超速的步骤警方使用「手持雷达」来测速时,刚开始并未开机,先采取目测的方式,等到发现有车辆疑似超速时,再开机以手持雷达来验证是否真的超速;ACPO在使用手册中指出「在测速雷达的侦测范围中,必须只有一辆车子才能立刻侦测速度」;换句话说,若您的车子正处于车阵当中,警方是无法确定所侦测到的车速是哪一辆车;此时警方必须先追踪某辆车最少3秒的时间,等到雷达出现「已锁定」的讯息时,警方才可以开始侦测车速;因此要得到车辆的超速需要花费3秒钟的时间,而且警方在测速时也会将误差考虑进去,例如,在雷达侦测速度时,雷达屏幕上显示的速度为03-101,此时警方就可以确定您的车速为101到103公里/小时,然而,若在溜达屏幕上显示的数据为03-101,此时警方就认定这次的测速有相当大的误差而不采用该数据,您也有可能逃过一劫;辐射危害因为「雷达」在测速时会发射出强大的无线电磁波,当警方的雷达测速仪器接近身体在25公分时,雷达天线所发射出来的电磁波辐射将对人体造成某些程度的伤害,所以警方在使用雷达测速时,也不太喜欢一直保持开机的状态,因为他们距离测速雷达的距离最近;所以常常会发现路旁的警车,虽然车上挂着测速雷达的天线,但是您所使用的雷达警示器却没有发出警告声,这是因为警方也不喜欢一直开机,都是以目测的方式先观察车辆是否有超速的疑虑,然后再开机验证是否真的超速;千万不要忘记——“便携式GPS导航是不能发现移动测速点地”同时,也告诉,很多正在使用电子狗等反雷达测速设备的朋友,为什么你的机器有时明明见到警方测速雷达放在路边,而你的机器却不响这是因为,警方雷达可能没有开机因为雷达常时间开机对人身是有害的。
第六章 成像雷达简介
第六章 成像雷达简介在前面几章我们致力于详细介绍了关于雷达的以下几方面基本原理,如: 发射/接收、天线、波形、传播、RCS （雷达散射截面）、SNR （信噪比）、探测及距离测量精度、速度、方位角。
本章结合这些基本理论，讨论将这些技术应用于旋转目标的显著优点，而这些是我们研究成像雷达的重要领域。
6.1 距离—速度压缩我们考虑一个固定雷达方向不变的波束观测某一区域。
我们意图获得回波信号，此信号是距离、速度对时间的函数。
举个例子来说，有一个位于陆地朝向海面的雷达。
假定此雷达具有恒定PRF （R f ），发射步频波，即是说雷达发射N （N ≥1）个单频率脉冲组成的多个脉冲群，每一个脉冲群中，脉冲的频率都比它的前一个脉冲的频率大f ∆，雷达每秒发射N f R /个脉冲群。
每个脉冲群的带宽为B ，每个脉宽为τ。
在一个脉冲群中，第n 个独立脉冲的频率由下式给出Nn fn f f n ,......,1)1(0=∆-+=fN B ∆-=)1((6.1) A/D 转换器在每一个回波脉冲后获得一个采样（每一个脉冲组获得N 个采样）。
共采集M 组（M>>1）。
通过脉冲压缩，处理器得到一个纵向距离剖面像，其距离分辨率为B c rpn 2/~δ，纵向距离长度为rpn N r δ~∆。
（本书8.1.5将对此做进一步讨论，分析变量是从峰值到第一个零点变化。
）类似地，采用多普勒处理方法，每一个距离采集器被整理为速度采集器，其速度分辨率为NM f R vpn 2/~λδ，不模糊LOS 速度为N f v R 2/~λ∆（参见4.2节）。
作为一种选择，我们考虑一个N f PRF R /=的长度为M 的线形调频（LFM ）脉冲序列。
每一个脉冲组带宽为B ，每一个脉冲宽度为τ，每一个脉冲采样N 次（见Problem6.1）。
对一个给定的延迟时间（可能从0.1s 到1s ）,输出设备可以产生一个两维的雷达回波图，它是距离与LOS 速度的函数。
雷达知识点总结口诀
雷达知识点总结口诀一、雷达基础知识1. 雷达由天线、发射/接收器、处理设备组成2. 发射的雷达波反射在目标上，接收后进行信号处理3. 雷达可以探测目标的距离、方向和速度4. 雷达常用的频段包括X波段、Ku波段、Ka波段等二、雷达工作原理1. 发射端发射雷达波，遇到目标反射回来2. 接收端接收反射信号，并进行处理3. 通过处理可以确定目标的位置、速度和性质4. 雷达波在空气中传播速度快，可以在短时间内获得目标信息三、雷达探测目标1. 雷达可以通过测量返回信号的时间来求解目标与雷达的距离2. 通过探测目标的多次位置变化可以确定目标的速度3. 雷达可以通过脉冲状波、连续波和脉冲多普勒等技术来识别目标4. 雷达可以分为二维雷达和三维雷达，分别可以获取目标的距离和方向以及高度信息四、雷达应用领域1. 军事领域：用于探测敌方飞机、舰船和导弹2. 气象领域：用于探测气象条件和气候变化3. 交通领域：用于飞机、船舶和车辆导航和碰撞预警4. 地质勘探领域：用于勘探地下资源和地质条件五、雷达系统的性能参数1. 探测能力：用于衡量雷达对目标探测的能力2. 定位精度：用于衡量雷达对目标位置测量的准确性3. 信噪比：用于衡量雷达接收信号的清晰度和稳定性4. 工作距离：用于衡量雷达最大工作距离六、雷达系统的优化1. 天线设计：优化天线结构可以提高雷达灵敏度和分辨率2. 信号处理：优化信号处理算法可以提高雷达的探测精度3. 发射功率：增加雷达的发射功率可以提高工作距离和穿透能力4. 频率选择：选择合适的频率可以提高对不同目标的探测性能七、雷达的发展方向1. 多普勒雷达：用于探测目标的速度和运动状态2. 目标识别雷达：用于识别目标的类型和特征3. 三维雷达：用于获取目标的高度信息4. 合成孔径雷达：用于提高雷达对地面目标的分辨能力八、雷达常见故障及处理方法1. 天线故障：检查天线结构和调整天线方向2. 信号处理故障：检查接收器和处理设备的连接和设置3. 发射故障：检查发射器的状态和发射功率4. 系统故障：检查雷达系统的连接和通讯状况总结口诀：雷达探测目标速度距离，多普勒频率增强识别。
雷达基本培训 PPT
不同天线的穿透深度
天线 (MHz)
土壤中 (m)
岩石中 (m)
25
25
50
50
20
40
100
12
25
200
8
15
2505Biblioteka 105003.5
5
800
2
3.5
1000
1.5
3
上述穿透深度是理想条件下的数值.
基本原理
• 用电磁波穿透地下介质 •电磁波速度和穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 • 记录反射时间 • 速度一般在 33 - 212 m/µs • 三种模式: 反射, 速度, 层析成像
雷达基本理论
什么是雷达?
RADIO DETECTION AND RANGING
（无线电探向和测距）
雷达最初是用于军事目的 探测空中目标体.
什么是探地雷达(GPR) ?
• 采用无线电波探测的一种技术, 频率一般在5 - 2000MHz, 对地下结构和埋藏物以及人造结构成像.
• 它不是所谓的“黑匣子”, 直接告诉你地下异常体的位置.
管线探测雷达 Easy Locator
RAMAC/GPR 屏蔽配置
1GHz 独立系统
100-800Mhz 屏蔽天线
RAMAC/GPR 不屏蔽配置
用于孔中数据采集和解释的Windows下的软件 • 2000 – 新的控制单元CUII, 多道模块MC16, Easy3D 软件... • 2001 – 新控制单元 – RAMAC X3M • 2002 – 新控制单元 – RAMAC X3M Corder • 2002 – 推出管线探测雷达Easy Locator • 2003 – 新监视器 – RAMAC/GPR Monitor ，超强地面耦合天线RTA •2004 – 1.6GHz屏蔽天线
雷达原理
噪声系数和噪声温度：
额定功率增益： 四端网络输出额定信号功率与输入额定信号功率之比，即
信噪比：信号与噪声功率之比
噪声系数：接收机输入端信噪比与输出端信噪比的比值。
Si为输入额定信号功率; Ni为输入额定噪声功率(Ni =kT0Bn); S0为输出额定信号功率;0为输出额定噪声功率。
目的：在雷达工作时，在雷达的作用范围内，通过适时适当地调整接收机的增益，使其输出的信号基本上稳定在所需的电平上，而不随目标的距离、接收机本身参数的变化而改变。种类：自动增益控制AGC，瞬时自动增益控制IAGC，近程增益控制STC自动增益控制AGC：在跟踪雷达中, 为了保证对目标的自动方向跟踪, 要求接收机输出的角误差信号强度只与目标偏离天线轴线的夹角(称为“误差角”)有关, 而与目标距离的远近、目标反射面积的大小等因素无关。为了得到这种归一化的角误差信号,使天线正确地跟踪运动目标, 必须采用自动增益控制(AGC)。近程增益控制STC：近程增益控制电路又称“时间增益控制电路”或“灵敏度时间控制(STC)电路”, 它用来防止近程杂波干扰所引起的中频放大器过载。匹配滤波器：
计算机图形显示主要优点：1、控制灵活，改动方便 2、可以实现比较复杂的功能电子束偏转方式：
随机扫描：用随机定位的方式控制电子束的运动。只要给出与位置(X,Y)相应的扫描电压(电流)，就可在荧光屏上的任意位置显示信息。光栅扫描：由在屏幕上一条接一条的水平扫描线构成，根据输入指令相应地增强某些部分的水平扫描线时，就可产生显示信息。雷达信息处理内容：
二次雷达方程：--目标上装有应答器
目标应答器收到雷达信号后，转发特定的应答信号。
特点：
1、雷达收到的回波信号只经过单程传播
雷达基本理论与基本原理
雷达基本理论与基本原理一、雷达的基本理论 1、雷达工作的基本过程发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。
向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。
2、雷达工作的基本原理一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。
目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。
如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。
该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2rd v f λ=,即可得到目标的速度。
3、雷达的主要性能参数和技术参数 3.1 雷达的主要性能参数 3.1.1 雷达的探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。
3.1.2 测量目标参数的精确度和误差精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。
3.1.3 分辨力指雷达对两个相邻目标的分辨能力。
可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。
距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2c R τ∆=。
因此，脉宽越小，距离分辨力越好3.1.4数据率雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。
3.1.5 抗干扰能力指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。
3.1.6 雷达可靠性分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。
3.1.7 体积和重量体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。
雷达测速器 原理
雷达测速器原理雷达测速器是一种用于测量车辆速度的设备，广泛应用于交通管理和法律执法领域。
雷达（Radar）的全称是无线电探测与测距（Radiation Detection And Ranging），是一种利用电磁波的探测测距技术。
雷达测速器通过发射电磁波并接收其反射信号，计算车辆的速度。
雷达测速器的原理可以分为发射和接收两个过程。
首先，雷达测速器通过天线发射一束射频信号，这个射频信号是由雷达测速器内部的震荡器产生。
这个射频信号会沿着一个精确的方向发射，并以一定的速度传播。
当这个射频信号与一辆来车相遇时，部分信号会被车辆表面反射回雷达测速器。
雷达测速器的接收系统会接收到这个反射信号，并通过信号处理器分析反射信号的特征和属性。
测速器会检测信号的时间延迟，即被发射和接收的时间差，以及信号的频率变化，即多普勒效应。
根据多普勒效应的原理，当发射车辆以及测速器之间的距离变化时，反射信号的频率会发生变化。
如果车辆向着测速器靠近，则反射信号的频率会增加；如果车辆远离测速器，则反射信号的频率会减小。
通过检测反射信号频率的变化，测速器可以计算车辆的速度。
此外，雷达测速器还需要进行一些修正计算，以提高测速的准确性。
例如，雷达测速器需要修正反射信号在大气中传播的速度受温度、湿度等因素的影响。
另外，雷达测速器还可以使用数字信号处理技术，对收到的信号进行滤波、降噪和增益调节，以提高测速器的性能和精度。
值得一提的是，雷达测速器的准确性还受到一些因素的影响。
例如，雷达测速器对宽度较小而高度较大的车辆测速可能不准确，因为这种情况下反射信号可能不会与测速器接收到的信号范围匹配。
此外，雷达测速器也会受到其他物体的干扰，例如建筑物、树木或其他车辆等。
总结来说，雷达测速器是一种通过发射和接收射频信号来测量车辆速度的设备。
它基于多普勒效应的原理，通过分析反射信号的时间延迟和频率变化来计算车辆的速度。
虽然雷达测速器有一些准确性的限制，但它仍然是一种广泛应用于交通管理和法律执法领域的重要工具。
第 2 章 雷达高度计观测及应用基础理论
γ =k
λ
Da
(2.2.1)
对于波束有限 （或者限制波束） 的测高方式， 设 r 为足迹半径， 卫星到海面的距离为 R ， 那么天线波束宽度可以近似按下式计算：
= γ 2 tan −1 (r / R) ≈ 2r / R
(2.2.2)
例如，如果在 T/P 卫星轨道高度 1336km，频率为 Ku-波段的 13.6GHz，当波束有限足 迹直径为 5km 时，根据(2.2.2)式，要求的天线尺寸为 7.7m，这对于星栽天线的设计、安装 与使用是不合适的。
表 2.1 国外部分星载雷达高度计的主要参数
参 数 号、 机构 发射时间 高度(km) 轨道倾角 发射频率 (GHz) 压缩脉宽 (ns) 未压缩脉 宽(μs) 带宽(MHz) 射频功率 (W) 重复频率 (kHz) 天线增益 (dB) 波束宽度 天线直径 (m) 测高精度 （rms） 波高误差 1.5º 1.12 1m 2.6º 0.6 50cm 型 Skylab S-193 NASA 1973 435.5 50º GEOS-C NASA 1974 840 115º 3.6 13.9 12.5 1 80 2000 0.1 Seasat NASA 1978 800 108º 1.7 13.5 3.125 3.2 320 2000 1.02 40 1.6º 1 10cm 0.5m 或 10% 应用范围 海 海+冰 海+冰 Geosat NASA 1985 800 108º 1.7 13.5 3.125 102.4 320 20 1.02 37.6 2º 2.1 3.5cm SNH=2m 0.5m 或 10% 海+冰 ERS-1/2 ESA 1991,1995 800 98.52º 1.7 13.8 3.03/12.12 20 330/82.5 50 1.02 41.5 1.3º 1.21 10cm 0.5m 10% 海+冰 或 13.6 3.125 102.4 320 8 ~1 40.5 1.6º 1 10cm 0.5m 或 10% 海 海洋动力学 830 98.7º N-Ross US-Navy Topex/Poseidon NASA CNES 1992 1336 63.13º 2.2 13.6/5.3 3.65 3.125 102.4 320/330 20/20 ~4 1.7 43.9/35.7 44 2 3.03 100 13.7/3.2 1.67/5 100 600/200 20/30 1~35 41.5 1.8º/7.7º ~1 4cm 50 1.7 13.5 3.03 Eos-ATTA ESA Envisat ESA 2002 800
中班雷达知识点总结
中班雷达知识点总结
1. 雷达的基本原理
雷达（RAdio Detection And Ranging）通过发射无线电波，利用目标对波束的散射、反射等，观测探测及跟踪空中、水面、地面目标的电磁波感应设备。
雷达系统一般由发射机、天线、接收机、信号处理器和显示设备等组成。
2. 雷达的工作原理
雷达工作时，发射机发送一束无线电波，这些无线电波遇到目标后，一部分被目标反射回来，接收机接收并处理这一反射的信号，并通过信号处理器对信号进行处理。
然后通过显示设备显示出目标的位置、运动状态等信息。
3. 雷达的分类
根据雷达波段可以分为X波段雷达、Ku波段雷达、Ka波段雷达、C波段雷达、S波段雷达、L波段雷达、UHF频段雷达等；按照任务需求可以分为防空探测雷达、火控雷达、导航雷达、地面搜索雷达、舰船搜索雷达、空中搜索雷达等。
4. 雷达的工作频段
雷达的工作频段一般分为S波段、C波段、X波段、Ku波段、Ka波段等。
不同的频段适用于不同的任务需求，比如S波段适用于远距离目标搜索，而X波段适用于小目标探测。
5. 雷达的工作模式
雷达工作时可以采用不同的工作模式，比如搜索模式、跟踪模式、波束锁定模式、跟趋踪模式、多普勒模式等。
6. 雷达的特性
雷达有目标探测距离远、有抗干扰性强、有高精度等特点。
7. 雷达的应用领域
雷达广泛应用于军事领域、航空领域、航海领域、气象领域、安防领域等。
8. 雷达的发展趋势
随着科技的进步和雷达技术的不断发展，雷达设备将朝着多功能、全天候、全天时、多波段、多模式、高精度、全网互联、智能化等方向发展。
以上是对雷达知识点的梳理总结，希望能对大家了解雷达有所帮助。
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5.1.2冲击响应函数：“*（. t）
5.1.3最大输出峰值信噪比E/N0（对于正弦载频调制的矩形脉冲，平均功率意义下的峰值信噪比
为2E av/N o）；
5.1.4对于高斯白噪声，它是最佳滤波器，输出的瞬时信噪比最大，且等于输入的信噪比；
U*( f) j2 f 0t
5.1.5对于有色噪声，其频率响应函数为:
5.2雷达模糊度函数
当目标信号实际到达时刻与匹配滤波器设定的时刻存在一个时间差，信号
的多普勒频率与匹配滤波器设定的多普勒频率之间存在一个频率差f d时，目标
回波输出同设定的匹配接收机输出之间的失配程度叫做雷达模糊度函数，并记
为：
(,f d) u(t)u*(t )e
通过对雷达模糊度函数的分析，我们可以知道雷达能够在何种程度上将两个
距离相差R c /2，在径向速度上相差 V f d /2的目标分开。
也就是说，雷
达对于目标距离和速度的分辨率和可能的模糊度有多大。
二、雷达的基本组成
1、雷达天线
1.1天线的作用
雷达天线的作用主要分为两个方面：（1）、将雷达发射机产生的高能量电磁波辐射（有一定的方向性）向外部自由空间；（2）、接受目标的回波（包括外部噪声）。
1.2天线的主要参数
1.2.1天线的效率：将高频电流转化为电磁波能量的有效程度（短波损耗小）
P A
4.1振荡频率源
4.1.1基准振荡器（RO
基准振荡器的频率极其稳定，它提供雷达工作所需的基准参考频率，并为雷
达系统中的其他电路提供基准的时钟信号。
4.1.2相干振荡器（COHO
有基准振荡器驱动，其工作频率为f|F，且一般情况下f|F V f RF ,其中f RF为载
频，由用户给定。
4.1.3稳定本机振荡器（STALO
通过基准振荡器驱动来获得最大的频率稳定度，其工作频率为
4.2波形调制
雷达信号时经过调制的射频信号，因调制信号的不同而得到不同的雷达波形。
波形发生器接收到波形信息后，与相干振荡器输出的中频信号经混频器混频后，产生低功率的、具有所需发射波形的中频信号，在上图中，冲相干振荡器来得中频信号（频率为f|F，带宽为0）同带宽为B RF的基带模拟波形混
6.1.1雷达终端的基本内容包括：目标数据的录取、数据处理及目标状态的显示。
自接收机
自天线
雷达终端的典型组成框图
1) 各部分的作用
(1)点迹录取用于实现对来自接收机或信号处理机的雷达目标回报确认，并提取其仰角、方位
角。
距离、速度等信息；
(2)数据处理完成目标数据的关联、航迹处理、数据滤波等功能实现对目标的连续跟踪；
(3)轴角编码完成天线瞬时指向角的提取及其坐标转换；
(4)显示系统完成目标的位置、运动状态、特征参数及空情态势等信息的显示。
2)雷达显示画面的坐标系可分为极坐标和直角坐标两种方式。
根据显示的坐标
参数数量，可分为一维显示和二维显示。
3)雷达终端采用的显示器件可分为阴极射线管(CRT和平板显示器件，其中阴极射线管包括静电偏转
CRT和磁偏转CRT平板显示器件包括液晶显示板
(LCD和等离子显示板(PDP。
4)对于传统的雷达显示器，有直线扫描、径向扫描、以及圆周扫描等方式；对现代雷达显示器，有随
机扫描显示方式和光栅扫描显示方式。
5)根据需要显示信息的种类，可将雷达终端设备分为一次信息显示和二次信息显示，一次显示以模拟
显示为主，二次显示以数字显示为主。
6.1.2传统雷达显示器的类型及质量指标
1)距离显示器
图像 帧缓 存
各部分功能 ① 、A/D 变换：将雷达原始信号转换成
数字信号，满足奈奎斯
特准则；
② 、数据压缩：显示屏幕上一根扫描线上的像素点往往小于雷达回波在一 个雷达重复周期内的采样点数，为正常显示，需对邻近距离单元的回波数 据进行必要的合并压缩处理； ③ 、矢量产生：为产生径向扫描线，需要产生扫描线上各像素点的 X 、丫
坐标值，可以通过矢量产生器得到。
④ 、图像展开：对矢量产生的坐标值进行相应的变换处理。
3）图形通道
（1）、系统构成
至视频D/A =^>
雷达
数 ->据 缓 存
数 据 缓
存
状态控制字
至监视器
\7
采用低噪声放大器是为了提高接收机的噪声系数
（3）混频器
混频器将输入的射频信号转换为中频信号，因为一般来说，接收机处理中频信号比处理射频信号要容易很多。
（4）中频放大器
经过混频器下变频处理所得的中频信号通过中频放大器进一步放大，以便正交混频器提取出所需的回波幅度和相位信息。
脉冲多普勒雷达的信号处理模型
1）正交检波
为了得到回波信号的相位差信息，通常采用正交检波将相位差的变化转化成输出电压的变化，在雷达信号处理中，I/Q检波是广为采用的技术。
将I/Q检波结果通
过低通滤波器等装置后，最终输出结果为：
I、Q检波后，保留了接收信号中关于目标距离的延迟相位和
原始相位信息。
2) A/D采样
经过I、Q正交检波的信号可由A/D变换器离散化采样，并提供给数字信号处理系统
做进一步处理。
（昨天在请教师兄的过程中，师兄指出，当前的雷达信号处理机制中，
「般把A/D采样放在检波前面，从而实现数字检波，具体实现过程如何,
I通道：V Acos
Q通道：V2Asin 口
可见，经过。