(完整版)雷达原理_第五章-雷达作用距离
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雷达侦察作用距离(本科)
切线信号灵敏度PTSS和工作灵敏度POPS定义
在输入脉冲功率电平作用下,接收机输出端 脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声( 只有接收机内噪声时)的顶部在一条直线上( 相切),则称此输入脉冲信号功率为切线信号 灵敏度PTSS。
当输入信号处 于切线电平时, 接收机输出端 视频信号与噪 声的功率比约 为8dB。
修正的侦察方程
(1)雷达发射机到雷达发射天线间的馈线损耗L1≈3.5dB; (2)雷达发射天线波束非矩形损失L2≈1.6～2dB; (3)侦察天线波束非矩形损失L3≈1.6～2dB; (4)侦察天线增益频带内变化所引起损失L4≈2～3dB;
(5)侦察天线与雷达信号极化失配损失L5≈3dB;
(6)从侦察天线到接收机输入端的馈线损耗L6≈3dB
工作灵敏度POPS的定义为:接收机输入端在 脉冲信号作用下,其视频输出端信号与噪声 的功率比为14dB时,输入脉冲信号功率为接 收机工作灵敏度POPS。 工作灵敏度的换算 PTSS+3dB 平方律检波 POPS= PTSS+6dB 线性检波
5.2 侦察作用距离
简化的侦察方程
假设侦察机和雷达的空间位置如图5―5所示,雷 达的发射功率为Pt,天线的增益为Gt,雷达与侦察 机之间的距离为R,当雷达与侦察天线都以最大增 益方向互指。
2 PG t t Rr 2 0.1L (4 ) P 10 r min 1 2
侦察的直视距离
在微波频段以上,电波是近似直线传播的,地球表面 的弯曲对传播有遮蔽, 侦察机与雷达间的直视距离 受到限制。假设雷达天线和侦察天线高度分别为 Ha,Hr, R为地球半径, 直视距离为
侦察接收天线收到的雷达信号功率
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。
电子科技大学-雷达原理XXXX
– PRF: 25 and 12.5 Hz – 脉宽: 20 us – 探测距离: 200 nmi
绪论——雷达的历史与发展
二次大战中和大战后
– 微波雷达（1941，英美S/X波段雷达） – PPI显示 – 超外差接收
绪论——现代雷达
AN TPS-75v长程对搜索雷达(台空军东引岛)
绪论——现代雷达
绪论——现代雷达
中国炮瞄雷达
绪论——现代雷达
美国炮瞄雷达
绪论——现代雷达
雷神GBR
绪论——现代雷达
雷神GBR
绪论——现代雷达
AN FPS-85 相控阵空间监视雷达
绪论——现代雷达
COSMO-SkyMed 雷达卫星
绪论——现代雷达
美军天基雷达
绪论——现代雷达
美军SBX雷达
天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐 射电阻匹配时，功率NA=kTABn
等效噪声带宽：
H ( f ) 2df
Bn 0 H ( f0 ) 2
雷达接收机——接收机噪声系数
噪声系数与噪声温度
噪声系数：
F Si / Ni Si No 1 NiG N 1 N 1 N
So / No So Ni G Ni
工作带宽
接收机频率变化范围 抗干扰性能：需要大带宽 高灵敏度：窄带宽
动态范围
接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围 从Si,min-接收机过载时的输入信号功率
中频的选择和滤波特性
接收机中频的选择：取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器 件性能 滤波特性：匹配滤波
雷达接收机——主要技术指标
tr：电磁波往返时间
雷达的距离分辨力为：
R
c
2
绪论——雷达的历史与发展
二次大战中和大战后
– 微波雷达（1941，英美S/X波段雷达） – PPI显示 – 超外差接收
绪论——现代雷达
AN TPS-75v长程对搜索雷达(台空军东引岛)
绪论——现代雷达
绪论——现代雷达
中国炮瞄雷达
绪论——现代雷达
美国炮瞄雷达
绪论——现代雷达
雷神GBR
绪论——现代雷达
雷神GBR
绪论——现代雷达
AN FPS-85 相控阵空间监视雷达
绪论——现代雷达
COSMO-SkyMed 雷达卫星
绪论——现代雷达
美军天基雷达
绪论——现代雷达
美军SBX雷达
天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐 射电阻匹配时，功率NA=kTABn
等效噪声带宽：
H ( f ) 2df
Bn 0 H ( f0 ) 2
雷达接收机——接收机噪声系数
噪声系数与噪声温度
噪声系数：
F Si / Ni Si No 1 NiG N 1 N 1 N
So / No So Ni G Ni
工作带宽
接收机频率变化范围 抗干扰性能：需要大带宽 高灵敏度：窄带宽
动态范围
接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围 从Si,min-接收机过载时的输入信号功率
中频的选择和滤波特性
接收机中频的选择：取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器 件性能 滤波特性：匹配滤波
雷达接收机——主要技术指标
tr：电磁波往返时间
雷达的距离分辨力为：
R
c
2
雷达原理_第五章-雷达作用距离
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
4返回接收机每单 角位 内立 的体 回波功率(5.1.10)
入射功率密度
5.1 雷 达 方 程
R
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P
S1
图 5.1 目标的散射特性
5.1 雷 达 方 程
σ定义为, 在远场条件(平面波照射的条件)下, 目标处每单 位入射功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射 功率乘以4π。
为了进一步了解σ的意义, 按照定义来考虑一个具有 良好导电性能的各向同性的球体截面积。设目标处入射 功率密度为S1, 球目标的几何投影面积为A1, 则目标所截 获的功率为S1A1。 由于该球是导电良好且各向同性的, 因 而它将截获的功率S1A1全部均匀地辐射到4π立体角内, 根 据式(5.1.10)，可定义
第 5 章 雷达作用距离
5.1 雷达方程 5.2 显小可检测信号 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
5.1 雷 达 方 程
一、概述 二、基本雷达方程 三、由方程得出的主要结论 四、方程的其它形式 五、其它雷达方程 六、目标的雷达截面积 (RCS)
5.2 最小可检测信号
3、标称距离 R o
Do 1 时的灵敏度称为临界灵敏度，临界灵敏
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
《雷达作用距离》PPT课件
D0
Er N0
o min
S N
o min
(5.2.5)
Si min
kT0BnF
n
S N o min ＝Do
匹配 接收机
检波器
检波后 积累
检测 装置
检测门限
Si min
kT0 Bn Fn
S N
o min
Pr
Simin
Pt Ar2
4
2
R4 max
Pt G 2 2
(4
)3
R4 max
Do是在接收机匹配滤波器输出端(检波器输入端)测量的信号噪声功 率比值, 如图5.2所示。检测因子Do就是满足所需检测性能(以检测概 率Pd和虚警概率Pfa表征)时, 在检波器输入端单个脉冲所需要达到的 最小信号噪声功率比值。
将(5.2.3)式代入(5.1.8)式, (5.1.9)式即可获得用(S/N)o min表示的距离方
程,
1/4
1/ 4
Rmax
PtG2 2
(4
)3
kT0
Bn
Fn
S N
o min
Pt Ar2
4 2kT0Bn Fn
S N
o min
(5.2.6)
当用(5.2.4)式的方式, 用信号能量
从一个简单的矩形脉冲波形来看：
若其宽度为τ、信号功率为S, 则接收信号能量Er=Sτ; 噪声功率N和噪声功率谱密度 No之间的关系为N=NoBn。Bn为接收机噪声带宽, 一般情况下可认为Bn≈1/τ。这样可 得到信号噪声功率比的表达式如下:
S S S Er
N N0Bn N0 N0
(5.2.4)
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
雷达原理课件第5章雷达作用距离
⎢⎣ 4πλ 2 S i min
⎤4 ⎥ ⎥⎦
(5.1.8)
程的两种形式。两式中 Rmax与λ1/2分别成反比 和正比。这是因为由于
当天线面积不变、波长
λ增加时天线增益下
降，导致作用距离减
1
Rmax
=
⎡ ⎢ ⎣
Pt G 2λ2σ (4π )3 Si min
⎤4 ⎥ ⎦
小；而当天线增益不 (5.1.9) 变，波长增大时要求的
天线面积亦相应增大， 有效面积增加，其结果
是作用距离加大。
§5.2 最小可检测信号
z 最 小 可 检 测 信 号 Simin=kT0BnFn(S/N)0min, 其 中：
z Fn为接收机的噪声系数； z Bn为噪声带宽； z T0为标准室温，一般取290K； z (S/N)0min为最小输出信噪比
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
第五章
雷达作用距离
z 第一节 雷达方程 z 第二节 最小可检测信号 z 第三节 脉冲积累对检测性能的改善 z 第四节 目标截面积及其起伏特性 z 第五节 系统损耗 z 第六节 传播过程中各种因素的影响 z 第七节 雷达方程的几种形式
§5.1 雷达方程
1
这就是雷达距离方
R max
=
⎡ ⎢
Ptσ Ar2
z 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。
雷达测距工作原理
雷达测距工作原理雷达是一种广泛应用于航空、海洋、地球科学等领域的无线电测量技术。
它通过发射无线电波并接收其反射信号来测量目标物体与雷达的距离。
雷达测距的原理基于无线电波在空间传播的速度恒定且已知的特性。
本文将介绍雷达测距的工作原理，包括雷达波束发射、反射回波接收和距离计算。
一、雷达波束发射雷达波束是指从雷达天线发出的无线电信号。
雷达系统通过调节发射频率和波形来控制波束的形状和方向。
发射频率通常位于超高频（UHF）或次高频（SHF）范围内，波形可以是连续波（CW）或脉冲波。
发射天线的形状和布局也会影响波束的特性。
二、反射回波接收当雷达波束遇到一个物体时，部分能量将被物体吸收，而其他部分则会被散射、反射或透射回来。
雷达系统的接收端会接收到这些回波信号，并用于测量目标物体的距离、位置以及其他属性。
接收天线的形状和布局也会影响回波信号的接收质量和性能。
三、距离计算雷达测距的基本原理是计算从发射到接收之间经过的时间，并将其转化为距离。
由于无线电波在空间中的传播速度已知，可以根据时间差来计算距离。
雷达系统通常会使用两种测距方法，即时差测距和相位测距。
1.时差测距：时差测距是通过测量发射和接收之间的时间差来计算距离。
当发送的脉冲信号被目标物体反射并返回时，雷达系统会记录下发射与接收之间经过的时间。
由于无线电波在空间中的传播速度是已知的，可以用时间差乘以传播速度来计算出目标物体与雷达之间的距离。
2.相位测距：相位测距是通过测量波形的相位差来计算距离。
当发射的连续波信号被目标物体反射并返回时，雷达系统会比较接收到的波形与发射的波形之间的相位差。
由于相位差与传播距离存在一定的关系，可以通过测量相位差来计算目标物体与雷达之间的距离。
总结：雷达测距通过发射和接收无线电波来测量目标物体与雷达之间的距离。
它的工作原理主要包括雷达波束发射、反射回波接收和距离计算。
通过测量发射与接收之间的时间差或波形的相位差，可以计算出目标物体与雷达之间的精确距离。
《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%
雷达作用距离
10 000
1a 0.5 a
1000
30 d
门限一定时，带宽越
14 d 7d
宽，虚警时间越小；
100
3d
2d
1d
10
带宽一定时，门限越
12 h
高，虚警时间越大，
1
1h
虚警概率越小。
0.1 89
15 min
10 11 12 13 14 15
(U
2 T
/
22)
/
dB
Radar principles
② 虚警总数：表示在平均虚警时间内所有 可能出现的虚警总数。
4
S2 min
4
② 目标的雷达散射截面积σ
③ 最小可检测信号功率 Smin
Radar principles
目标的雷达散射截面积 (Radar Cross Section, 简称RCS)
P2
S1
P2 S1
P
P2
4
S1 4
4
P S1
返回接收机每单位立体角的回波功率
n
S N o min ＝Do
匹配 接收机
检波器
检波后 积累
检测 装置
检测门限
S N
o m in
S N 0 Bn
S
N0
Er N0
o m in
D0 检测因子
用检测因子表示的雷达方程
Radar principles
1/4
1/ 4
Rmax
i
4
S1A1 /(4 )
2023年大学_《雷达原理》第三版(丁鹭飞耿富录著)课后答案下载
2023年《雷达原理》第三版(丁鹭飞耿富录著)课后答案下载《雷达原理》第三版内容简介第1章绪论1.1 雷雷达传感器雷达传感器达的任务1.2 雷达的基本组成1.3 雷达的工作频率1.4 雷达的应用和发展1.5 电子战与军用雷达的发展主要参考文献第2章雷达发射机2.1 雷达发射机的任务和基本组成2.2 雷达发射机的主要质量指标2.3 单级振荡和主振放大式发射机2.4 固态发射机2.5 脉冲调制器主要参考文献第3章雷达接收机3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 3.2 接收机的'噪声系数和灵敏度3.3 雷达接收机的高频部分3.4 本机振荡器和自动频率控制3.5 接收机的动态范围和增益控制3.6 滤波和接收机带宽主要参考文献第4章雷达终端显示器和录取设备4.1 雷达终端显示器4.2 距离显示器4.3 平面位置显示器4.4 计算机图形显示4.5 雷达数据的录取4.6 综合显示器简介4.7 光栅扫描雷达显示器主要参考文献第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主要参考文献第6章目标距离的测量6.1 脉冲法测距6.2 调频法测距6.3 距离跟踪原理6.4 数字式自动测距器主要参考文献第7章角度测量7.1 概述7.2 测角方法及其比较7.3 天线波束的扫描方法7.4 三坐标雷达7.5 自动测角的原理和方法主要参考文献第8章运动目标检测及测速8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径8.4 回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器 8.5 动目标显示雷达的工作质量及质量指标 8.6 动目标检测(MTD)8.7 自适应动目标显示系统8.8 速度测量主要参考文献第9章高分辨力雷达9.1 高距离分辨力信号及其处理9.2 合成孔径雷达(SAR)9.3 逆合成孔径雷达(ISAR)9.4 阵列天线的角度高分辨力主要参考文献《雷达原理》第三版作品目录《雷达原理(第四版)》分为雷达主要分机及测量方法两大部分。
雷达原理-第5章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离 5.2.3 检测性能和信噪比
1. 虚警概率Pfa
Pfa VT Pn (r)dr
通常加到接收机中频滤波器(或中频放大器)上的噪声是宽带高 斯噪声, 其概率密度函数由下式给出:
p(r)
1
2
exp
r2
2 2
第 5 章 雷达作用距离
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,包络振幅的概率密度 函数是瑞利分布的
p(r)
r
2
exp
r2
2 2
r0
Pfa P(UT
r )
r
r2
UT
2
exp
2
2
dr
Pfa
P(UT
r )
UT
r
2
exp
r2
2 2
dr
exp
UT2
2 2
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离
• 研究RCS的相关应用
• 民用： • 增大还是减小RCS？ • 军用： • 增大还是减小RCS？ • 增大RCS的方法：简单 • 减少RCS的方法：复杂
第 5 章 雷达作用距离
第 5 章 雷达作用距离Leabharlann P2=S1σ P2
P
S1 R
S1
P
P2
4
第五章 雷达作用距离-修改解读
KT0BnFn
检波器
检波后积累
检测装置
► 信噪比表示的雷达方程
检测门限
由
则
灵敏度
可得，
识别系数M
min
作用距离
灵敏度
min
检测因子
在接收机匹配滤波器输出端（检波器输入端）测量的信号噪声 功率比值。表示检测目标信号所需的最小输出信噪比称为D 0
► D0表示的雷达方程
带宽校正因子
雷达各部分损耗 引入的损失系数
第五章 雷达作用距离
作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达 能在多大的距离上发现目标。 作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射 机、接收系统、天线等分机参数，同时又和目标的性 质及环境因素有关。
第一节 雷达方程
雷达作用距离方程，表征雷达作用距离和发射机、接收系 §5.1.1 基本雷达方程 统、天线分机参数以及目标的性质、环境因素等的关系 距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度： 考虑到定向天线增益G： 目标散射截面积设为σ，则其接收的功率为σS1 以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：
第三节 积累对作用距离的改善
► 积累的作用：增加信号功率，提高检测性能 ► 积累的方法：相干积累，非相干积累
相干积累
在检波前完成，亦称检波前积累或中频 M个脉冲的中频理想积累可使信噪比提高为原来的M倍 积累，相干积累要求信号间有严格的相 位关系，即信号是相干的。
非相干积累
M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的 M～M倍之间
§5.3.1 积累效果
► 相干积累
1
原因：信号功率增大M 2 倍，噪声功率增大M 倍
► 非相干积累
,
1
积累效率
► 积累对作用距离的改善
检波器
检波后积累
检测装置
► 信噪比表示的雷达方程
检测门限
由
则
灵敏度
可得，
识别系数M
min
作用距离
灵敏度
min
检测因子
在接收机匹配滤波器输出端（检波器输入端）测量的信号噪声 功率比值。表示检测目标信号所需的最小输出信噪比称为D 0
► D0表示的雷达方程
带宽校正因子
雷达各部分损耗 引入的损失系数
第五章 雷达作用距离
作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达 能在多大的距离上发现目标。 作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射 机、接收系统、天线等分机参数，同时又和目标的性 质及环境因素有关。
第一节 雷达方程
雷达作用距离方程，表征雷达作用距离和发射机、接收系 §5.1.1 基本雷达方程 统、天线分机参数以及目标的性质、环境因素等的关系 距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度： 考虑到定向天线增益G： 目标散射截面积设为σ，则其接收的功率为σS1 以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：
第三节 积累对作用距离的改善
► 积累的作用：增加信号功率，提高检测性能 ► 积累的方法：相干积累，非相干积累
相干积累
在检波前完成，亦称检波前积累或中频 M个脉冲的中频理想积累可使信噪比提高为原来的M倍 积累，相干积累要求信号间有严格的相 位关系，即信号是相干的。
非相干积累
M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的 M～M倍之间
§5.3.1 积累效果
► 相干积累
1
原因：信号功率增大M 2 倍，噪声功率增大M 倍
► 非相干积累
,
1
积累效率
► 积累对作用距离的改善
雷达原理
式中, RA为天线等效电阻。P(f)与f有关，称之为色噪声。
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
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
雷达技术 第五章 雷达作用距离15-20
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,
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；
N
tK T
K 1 TK K 1 N K
1 B
(tK )平均 1 (TK )平均 T fa B
TK＋ 1 tK＋ 1
1 T fa lim N N
大or小？
T
K 1
N
K
虚警数
tK＋ 2
噪声电压的包络
tK UT 门限电压
门限
n f 1 Pfa
噪声电压 平 均 值 时间
识别系数，目标检测
Si min kT0 Bn Fn D0
S 检测因子 D0 N o
p fa , pd
16
5.2 最小可检测信号
多数现代雷达利用统计判决方法来实现信号检测,此时, 检 测目标信号所需的最小输出信噪比称之为检测因子 (Detectability Factor)Do, 即
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。
雷达原理复习总结
第一章 绪论（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息雷达概念：Radio Detection and Ranging 的缩写。
无线电探测和测距，无线电定位。
雷达的任务：雷达检测，目标定位，目标跟踪，目标成像，目标识别。
从雷达回波中可以提取目标的有用信息,获取方式： 目标信息 雷达提取 空间位置 距离 R=Ct/2 回波延时 方位 天线扫描 仰角速度 多普勒频移尺寸和形状 回波延时、多普勒频移2、目标距离的测量测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离测量原理:通过接收信号的时间延迟进行测距 R=Ct/2 (t:滞后时间) 距离测量分辨率最大不模糊距离3、目标角度的测量角度分辨率角度分辨率：位于同一距离上的两个目标在方位角平面或仰角平面上可被区分的最小角度4、雷达的基本组成哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备(Synchronizer)：雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机(Transmitter)：产生大功率射频脉冲。
收发转换开关(Duplexer): 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线(Antenna)：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。
接收机(Receiver)：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器(Scope)：显示目标回波，指示目标位置。
天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。
电源第二章 雷达发射机1、雷达发射机的任务雷达发射机的任务：为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。
2、雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标：工作频率或波段，输出功率，总效率，信号形式，信号稳定度3、雷达发射机的分类雷达发射机的分类：1、按调制方式： ①连续波发射机 ②脉冲发射机2、按工作波段：①短波②米波③分米波④厘米波⑤毫米波3、按产生信号方式 ：①单级振荡式 ②主振放大式4、按功率放大使用器件： ①真空管发射机 ②固态发射机4、单级振荡式和主振放大式发射机组成， 以及各自的优缺点。
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5.1 雷 达 方 程
一、概述
1.雷达方程的意义 •雷达与目标之间的空间能量关系 •雷达主要的战技指标 •雷达发现目标的最远距离
2.预备知识 •自由空间 介质各向同性、均匀 电磁波以光速匀速、直线传播 电磁波在传播中无能量损耗
5.1 雷 达 方 程
•天线增益与面积的关系
G
4 2
Ae
天线增益定义：在相同输入功率的条件下，天线在最 大方向上产生的功率密度与理想点源天线（无方向性 理想天线）在同一点产生的功率密度的比值，即为该 天线的增益系数。
Pt Gt 4R 2
5.1 雷 达 方 程
3.设：目标将截获功率全部无耗均匀辐射
则：雷达天线处回波功 率密度为
P2
4R 2
Pt Gt (4R2 )2
设：雷达天线的有效接收面积为 则：在雷达接收处回波功率为：
Ar
j
Pr
Pt Gt Ar 4R 2 2
R
5.1 雷 达 方 程
•由天线理论知道：
G
4A 2
——与发射机输出脉冲功率的四次方根成正比
2、
Rmax
[Si
min]
1 4
——与接收机灵敏度的四次方根成反比
3、 Rmax
1
[G] 2
或
1
Rmax [ A] 2
——与天线增益或有效接收面积的平方根成正比
5.1 雷 达 方 程
4、Rmax
1
[ ] 4
——与目标截面积的四次方根成正比
1
5、与 2有关
P2
S1
5.1 雷 达 方 程
由于二次散射, 因而在雷达接收点处单位立体角内的
散射功率PΔ为
P
P2
4
S1
4
据此, 又可定义雷达截面积σ为
返回接收机每单位立体 角内的回波功率
4
入射功率密度
(5.1.10)
5.1 雷 达 方 程
R
P
S1
图 5.1 目标的散射特性
5.1 雷 达 方 程
σ定义为, 在远场条件(平面波照射的条件)下, 目标处每单 位入射功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射 功率乘以4π。
(2)下行作用距离 Rm ax
已知：应答器发射功率 Pt ，应答器天线增益 Gt ， 雷达天线接收增益 G r ，雷达接收机灵敏度 Si min
则：下行作用距离
Rm ax
PtGtGr 2 4 2 Si min
5.1 雷 达 方 程
二次雷达的作用距离 Rmax
Rmax min{Rmax , Rm ax }
——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。 雷达利用应答信号来发现和跟踪目标。
1.二次雷达的特点 •雷达收到的回波信号只经过单程传播。 •二次雷达系统能可靠地工作
——应答器能收到雷达信号 ——雷达能检测应答器转发的信号
5.1 雷 达 方 程
2、二次雷达方程的推导
上行R
下行R
为了进一步了解σ的意义, 按照定义来考虑一个具有 良好导电性能的各向同性的球体截面积。设目标处入射 功率密度为S1, 球目标的几何投影面积为A1, 则目标所截 获的功率为S1A1。 由于该球是导电良好且各向同性的, 因 而它将截获的功率S1A1全部均匀地辐射到4π立体角内, 根 据式(5.1.10)，可定义
5.1 雷 达 方 程
i
4
S1A1 /(4 )
雷达 S imin Pt G
应答器 Simin Pt G
5.1 雷 达 方 程
(1)上行作用距离 Rmax
已知：雷达发射功率Pt，雷达天线增益Gt，
应答天线有效接收面积 Ar'
，应答器的灵敏度
P' r min
则：上行作用距离
Rmax
Pt Gt Gr2 4 2 Simin
5.1 雷 达 方 程
5.1 雷 达 方 程
二、基本雷达方程
1、设：雷达发射功率为 Pt 天线的增益为 Gt
则：在雷达与目标连线方向 距雷达天线R远处的雷达 辐射功率密度为S1
S1
Pt Gt
4R 2
j R
5.1 雷 达 方 程
2. 设： 目标散射面积为
目标将接收到的功率无损耗地辐射出去 则：目标二次辐射功率为
P2
S1
∴
Pr
Si min
Pt A2r
4
2
R
4 m
ax
Pt G 22
4
R 3 4 max
5.1 雷 达 方 程
——雷达方程的两种基本形式
Rmax
4
Pr A2 42 Si min
Rmax
4
Pt G 2 2
4
S3 i min
5.1 雷 达 方 程
三、由方程得出的主要结论
1、 Rmax1源自Pt ] 4一般要求Rm ax Rmax
5.1 雷 达 方 程
六、目标的雷达截面积 (RCS) 雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。为
了描述目标的后向散射特性, 在雷达方程的推导过程中, 定义了“点”目标的雷达截面积σ,
P2=S1σ
P2为目标散射的总功率, S1为照射的功率密度。雷达 截面积σ又可写为
当
Rmax 4
Pr A2 4 2Si min
时，呈反比关系
当
Rmax
4
Pt G 2 2
4
S3 i min
时，呈正比关系
5.1 雷 达 方 程
四、方程的其它形式
1.用信噪比表示雷达方程
Si min
KT0 Bn F0
S0 N0
m in
KT0 Bn F0 M
Rmax 4
Pt G 2 2 4 3 KT0 Bn F0M
4.单基地雷达收发共用天线，即：
Gt Gr G
At Ar A
所以：
Pr
Pt G 22
4 3 R4
或者：
Pr
Pt A2 4 2 R 4
5.1 雷 达 方 程
5.根据接收机信号检测理论
•当 Pr Simin 时，雷达才能可靠地发现目标
•当 Pr Si min
•当 Pr Si min
时，雷达发现目标的距离Rmax 时，雷达不能检测目标
——与接收机的噪声系数以及显示器的识别系数的 四次方根成反比
5.1 雷 达 方 程
2.用信号能量表示雷达方程
∵ E Pt ； Bn 1
Rmax 4
EGt22 4 3 KToBn FoM
——提高作用距离的实质是提高雷达发射机辐射信 号的能量
5.1 雷 达 方 程
五、其它雷达方程 二次雷达方程
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
5.1 雷 达 方 程
一、概述 二、基本雷达方程 三、由方程得出的主要结论 四、方程的其它形式 五、其它雷达方程 六、目标的雷达截面积 (RCS)