第30讲 电磁波探测——雷达讲解

单脉冲雷达的工作原理：
设法从喇叭馈源中取出TE20模, 它的幅度随目标偏 离天线轴而增加, 相位取决于偏离方向而相差180°, 从而为单脉冲接收机提供了方向性。
检测到的角度误差信号去控制驱动机构使天线转动, 改变其方位和俯仰, 当误差为零时天线瞄准目标, 从 而实现自动跟踪的目的。
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s 1 ct 2
传统的雷达采用同步扫描显示方式
现代雷达采用DSP将所测距离直接显示或记录下来。
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目标位置探测——测向
雷达系统使天线波束按一定规律在要搜索的空间进 行扫描以捕获目标。 当发现目标时, 停止扫描, 微微转动天线, 使接收信 号最强时, 天线所指的方向就是目标所在方向。
Rm4 ax

Pt Gt Gr 2 (4 )3 LkTef (S
/
N)
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几种典型的雷达系统
单脉冲雷达
天线：卡塞格伦天线 馈源：矩形多模喇叭 当天线对准目标时：接收电磁场只有主模TE10模 当天线偏离目标时, 除主模外还会产生高次模, 其 中TE20模会随着天线角度的变化而变化。
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雷达探测原理
雷达目标位置测量
目标距离测量 目标方位角和俯仰角的测量 目标高度的测量
目标速度与其它参数的测量
目标径向速度测量 目标识别
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目标位置探测
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目标位置探测——测距
电磁波在自由空间是以光速传播 雷达与目标之间的距离为s 发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔Δt 则目标距雷达的距离为:
电磁波在雷达系统中的应用
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雷达系统
雷达(radar): Radio Detection And Ranging无线电探 测与测距。
工作机理:
电波遇到物体产生反射 根据从物体反射回波获得被测物体的有关 信息
电波垂直入射近理想金属表面时所产生的 反射最强烈
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雷达主要用途： 传统：探测目标的距离、方位、速度等尺度 信息。 现代：传统+目标识别
发展原因：计算机技术、信号处理技术、电子 技术、通信技术等相关技术的发展。
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现代雷达系统组成
天馈子系统
射频收发 子系统
控制子系统
信号处理 子系统
显示子系统
中央处理 子系统
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例如频域极点特征提取法：
基点：回波中有限频率的幅度响应数据与目
标的特征极点有一一对应关系。
根据回波中有限频率的幅度响应数据提取目 标极点
将提取的目标极点与各类目标的标准模板库 进行匹配识别
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雷达方程
R4 max

Pt GtAr (4 )2 LS min
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H h R sin h修正 CRIRP
h修正

R2
2 11
目标速度探测
多卜勒效应：振荡源发射电波以不变的光速c传播
接收者相对振荡源不动, 则接收频率与发射频率相等
振荡源与接收者之间有相对接近运动, 则接收频率 大于发射频率 振荡源与接收者之间有相对远离运动, 则接收频率 小于发射频率
从原理上讲，利用天线波束尖端的最强方向指向目
标从而测定目标的方位是准确的。
由天线方向图可知, 波束最强的方向附近, 对方向性
是很不敏感的, 带来较大误差,这种方法适合搜索雷达
而不适合跟踪雷达。
单脉冲技术是解决测向精度的有效方法。
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目标位置探测——测高度
H Rsin
目标相对雷达运动时, 接收频率f与雷达振荡频率f0
差为
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fd

f

f0
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f0
2vr c
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目标识别
利用雷达接收到的飞行目标的散射信号, 从中提取特 征信息并进行分析处理, 从而分辨出飞行目标的类别 和姿态。
目标识别涉及到的知识： 电磁散射理论 模式识别理论 数字信号处理 合成孔径技术 等
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谢 谢！
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嗽叭 口面
TE10
TE20
目标在喇叭中心线右面时，喇叭右侧的能量较大而左侧
较小,这时等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠 加（加）。
当目标在喇叭中心线左面时, 等效为主模TE10和高次模
TE22001按9/6/7图中相位关系叠加（减CRI）RP 。
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雷达原理
雷达应用： 测距 定位 测速 通信 导航 等
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先发射电磁波，然后接收反射回来的电磁波
根据反射回来的电磁波特性判断物体的特性
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雷达组成
发射机 发射天线 2019接/6/7 收天线
接收机
显示、记录设备
CRIRP 天线控制系统
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相控阵雷达
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相控阵雷达特点
减小了高频传输损耗，可获得更大射频功率，有利 于提高雷达性能。
降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了阵面 结构设计，缩小了体积，减轻了重量。
有利于提高雷达工作可靠性、有效性和改善系统的 响应速度。 有利于实现数字波束形成和多个接收波束的自适应 控制。
便于实现共形相控阵天线所必须的幅度、相位补偿。
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合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR） 逆合成孔径雷达(ISAR)
合成孔径雷达分类： 不聚焦型 聚焦型
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今后合成孔径雷达的发展方向主要有：
高分辨合成孔径雷达技术 三维成像技术 地面运动目标检测技术 多频多极化合成孔径雷达技术 相干斑噪声消除技术 高速实时数字信号处理技术