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雷达的组成及其原理

课程名称：现代阵列并行信号处理技术

姓名：杜凯洋

学号： 2015010904025

教师：王文钦教授

一．简介

雷达（ Radar，即 radio detecting and ranging），意为无线电搜索和测距。它是运用各种无线电定位方法，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其它情报的装置。在现代军事和生产中，雷达的作用越来越显示其重要性，特别是第二次世界大战，英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战，使雷达的重要性显露的非常清楚。雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键

之一；信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多，可按多种方法分类：

（1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。

（2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。

（3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。

（4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段

雷达。

（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。

二.雷达的组成

（一）概述

1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。

2、收发开关：收发隔离。

3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。

4、接收机：超外差，高

频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。

5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测

判决之前完成（ MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。

6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。

7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）

才有）。

（二）雷达发射机

1、单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件）

图2 -1 单级振荡式发射机

（1）定时器提供以T r为间隔的脉冲触发信号

（2）脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的大功率视频脉冲信号。

（3）功率射频振荡器：产生大功率射频信号。

特点：简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差，10 410 5。

2、主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：先产生小功率的CW 振荡，再分多级进行调制和放大。

图2-2 主振放大式发射机

（1）定时器：给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号

（2）固体微波源：是高稳定度的CW 振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲

（3）中间放大器：在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放

大状态，受脉冲控制

（4）出功率放大器：产生大功率的脉冲射频信号

特点：调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂，昂贵，效率低。

（三）雷达接收机

一、超外差雷达接收机的组成

优点：灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。

图 3 -1 超外差式雷达接收机简化框图

1、高频部分：

（1） T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。

（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。

（3） Mixer ， LD， AFC：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。

2、中频部分及AGC：

（1）匹配滤波：( S / N )omax

（2） AGC： auto gain control.

3、视频部分：

（1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两路），相位检波。

（2）放大：线形放大，对数放大，动态范围。

雷达接收机的主要质量指标

1、灵敏度S i min：用最小可检测信号功率S i min表示，检测灵敏度，给定虚警概率

到指定检测概率P d时的输入端的信号功率：

S i min=S i| P fa=const， P d=const

保证下面灵敏所需接收机gain=120-160 dB，S i min＝ -120～-140dbw 主要由中频

完成。

2、工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度：

10-20%。

3、动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围，过载时的

S i min，80-120 dB。

P fa，达

S i|

4、中频的选择与滤波特性：f0 1

f R，中频选择通常选择30M ～500M ，抑制镜频 .实际2

与发射波形特性，接收机工作带宽有关。

5、工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收机性能参数受到影响的程度，频率稳

定度，信号处理，采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振，“稳定本振”。

6、抗干扰能力：杂波干扰（MTI， MTD）、有源干扰、假目标干扰。

7、微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。

四、雷达的终端显示器和录取设备

1、距离显示器：图 4.1 显示目标的斜距坐标，用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回

波的大小，所以又称为偏转调制显示器。

A显：直线扫掠，扫掠线长度和雷达的距离量程相对应，直线的起始点为雷达，回波距离点

的长度表示距离，有距离刻度。

A/R 显： A 显同上， R 显上 A 的某一段进行放大。

J 显：圆周扫掠，顶端为雷达圆弧长表示距离，读数精度提高π倍。

2、平面显示器：图 4.2，又称 PPI(Plan position indicator) 显，显示斜距、方位，是二维显示

器，用亮点来显示坐标，属亮度调制显示器。

P显：圆心为雷达，径长表示距离，顶向方位为正北，圆周角表方位，顺时针方

向。

偏心式 P 显：移动原点，使放大给定方向。

以上两种均为极坐标。

B 式显示：直角坐标，常用微 B 式显示，距离和方位只显示一段。

3、高度显示器：

RHI 显示：水平距离和高度、仰角，雷达在左下方。

4.情况显示器：

一次信息：雷达

二次信息：表格数据、特征符号、地图等。

5.光栅扫描雷达显示器：

数字显示技术的应用。既能显示目标回波的二次信息，也能显示各种二次信息以及背景地图。

三．雷达原理

（一）基本雷达方程

1、距离 R 处任一点处的雷达发射信号功率密度：S2 S14 R2

PG t

R2 , P t雷达发4 R2 4

射功率。

2、对于定向天线，考虑到天线增益 G，表示相对于各向同性天线，则S1' PG t

4 R2