雷达原理 课件PPT(第三版) 丁鹭飞 雷达发射机
合集下载
《雷达发射机》PPT课件 (2)
精选课件ppt
• 前后沿越陡，测距精度和距离分辨力越高； • 矩形脉冲顶部越平坦，脉冲持续期中的发射
功率和频率越稳定。
精选课件ppt
12
5．发射脉冲频谱
• 发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频 率成分的能量分布。矩形射频脉冲的理想频谱 如图1—2—5所示。由图可见：大部分发射能 量集中在f。±1／ τ 的频带内。为保持原来 的脉冲波形，接收机通频带宽度至少不能小于 2／τ 。对发射脉冲频谱通常要求谱线稳定、 对称；旁瓣的最大值不大于主瓣最大值的25％。
精选课件ppt
3
2．调制器
• 调制器的作用:
• 是在预调制脉冲或触发脉冲的作用下产 生一个具有一定宽度、一定幅度(约1万 伏特)的负极性高压矩形脉冲(调制脉冲) 加给磁控管的阴极。
精选课件ppt
4
3．磁控管振荡器
• 磁控管振荡器是一种被调制大功率超高 频振荡器，它在调制脉冲的控制下产生 宽度与调制脉冲相同的大功率超高频振 荡脉冲(射频脉冲)经波导送天线向外辐射。 触发脉冲及发射机各级波形的时间关系 如图l一2—4所示。
• 峰值功率是指在脉冲期间的射频振荡的平均功率，一般较 大，船用雷达的峰值功率在3 kW～75 kW之内。
• 平均功率是指在脉冲重复周期内输出功率的平均值，因此， 数值很小。它们之间的关系为：
精选课件ppt
11
4．脉冲波形
• 这里指的是发射脉冲的波形，即发射脉冲的 包络形状。
• 波形越接近矩形越好。在相同的脉冲宽度下， 越接近矩形，能量越大，作用距离越远；
• 另外，为了安全及便于高压与机壳间绝缘。磁 控管的阳极接地(接机壳)．而把负极性调制脉 冲接到阴极上。
精选课件ppt
20
雷达原理(第三版) 丁鹭飞第8章
第 8 章 运动目标检测及测速 当目标与雷达站之间有相对运动时, 则距离R随时间变化. 设目标以匀速相对雷达站运动, 则在时间t时刻, 目标与雷达站间 的距离R(t)为
R(t) = R0 - vrt
式中,R0 为 t=0 时的距离;vr为目标相对雷达站的径向运动速度. 式(8.1.1)说明, 在t时刻接收到的波形sr(t)上的某点, 是在t-tr时 刻发射的.由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁 波速度c, 故时延tr可近似写为
第 8 章 运动目标检测及测速
连连分 由由由 (1) f0 f0 第放鉴 移方检分鉴 (3) fd 送送送滤分 鉴方第放鉴 (4) Uo 指指鉴 0 t 0 fd ur (2) f0± fd ud 0 (3) f0 f0+fd f 0 (2) f0 f
(1)
0 (4)
fd
f0-fd
f0
f0+fd
2f0 f
1 d ( Rt + Rr ) fd = λ dt
在单基地雷达情况下, 引起多卜勒频移的是雷达和目标连线方 向的径向速度vr.设目标运动方向与该连线的夹角为α, 目标速 度为v, 则径向速度分量vr为
vr = v cos α
(8.1.11)
第 8 章 运动目标检测及测速 8.1.2 多卜勒信息的提取 多卜勒信息的提取 已经知道, 回波信号的多卜勒频移fd正比于径向速度,而反
U ∑ ≈ U 0 + U r cos(ω d t 0 )
称为多卜勒频率.
第 8 章 运动目标检测及测速 (2) 对于复数包络u(t)来讲,
c + vr u c vr
2 R0 t c + v r
中的因子(c+vr)/(c-vr)表示信号在时间轴上的增长或压缩.根据目 标运动的方向可确定其是增长还是压缩. 目标和雷达站相对运 动时, vr为正值, 相当于波形在时间轴上压缩, 而在频率轴上频谱 将展宽.
雷达原理(第三版)__丁鹭飞第1章
径向速度也可以用距离的变化率来求得, 此时精度不高但不
会产生模糊。无论是用距离变化率或用多卜勒频移来测量速度,
都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。 多卜勒频移除用作测速外 , 更广泛的是应用于动目标显示 (MTI)、脉冲多卜勒(PD)等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。
第一章 绪 论 4. 目标尺寸和形状
目标识别提供了相应的基础。
第一章 绪 论 1.1.2 雷达探测能力——基本雷达ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程 设雷达发射机功率为 Pt, 当用各向均匀辐射的天线发射时 ,
距雷达 R 远处任一点的功率密度 S1' 等于功率被假想的球面积
4πR2所除, 即
Pt S 4R 2
' 1
实际雷达总是使用定向天线将发射机功率集中辐射于某些方向 上。天线增益G用来表示相对于各向同性天线, 实际天线在辐射 方向上功率增加的倍数。 因此当发射天线增益为G时, 距雷达R 处目标所照射到的功率密度为
并随制导体制而异。
第一章 绪 论 6) 战场监视雷达 这类雷达用于发现坦克、 军用车辆、 人 和其它在战场上的运动目标。
7) 机载雷达 这类雷达除机载预警雷达外， 主要有下列数种
类型:
(1) 机载截击雷达。当歼击机按照地面指挥所命令, 接近敌
第一章 绪 论
天线 收发转换开关 发射机
发射的电磁波 目标 接收的电磁波 R
噪声
接收机 信号 处理机
显示器
图1-2 雷达的原理及其基本组成
第一章 绪 论 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再 由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速
(约3×108m/s)传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它
会产生模糊。无论是用距离变化率或用多卜勒频移来测量速度,
都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。 多卜勒频移除用作测速外 , 更广泛的是应用于动目标显示 (MTI)、脉冲多卜勒(PD)等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。
第一章 绪 论 4. 目标尺寸和形状
目标识别提供了相应的基础。
第一章 绪 论 1.1.2 雷达探测能力——基本雷达ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程 设雷达发射机功率为 Pt, 当用各向均匀辐射的天线发射时 ,
距雷达 R 远处任一点的功率密度 S1' 等于功率被假想的球面积
4πR2所除, 即
Pt S 4R 2
' 1
实际雷达总是使用定向天线将发射机功率集中辐射于某些方向 上。天线增益G用来表示相对于各向同性天线, 实际天线在辐射 方向上功率增加的倍数。 因此当发射天线增益为G时, 距雷达R 处目标所照射到的功率密度为
并随制导体制而异。
第一章 绪 论 6) 战场监视雷达 这类雷达用于发现坦克、 军用车辆、 人 和其它在战场上的运动目标。
7) 机载雷达 这类雷达除机载预警雷达外， 主要有下列数种
类型:
(1) 机载截击雷达。当歼击机按照地面指挥所命令, 接近敌
第一章 绪 论
天线 收发转换开关 发射机
发射的电磁波 目标 接收的电磁波 R
噪声
接收机 信号 处理机
显示器
图1-2 雷达的原理及其基本组成
第一章 绪 论 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再 由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速
(约3×108m/s)传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它
雷达原理
离 散型 寄生输出
4
雷达原理
2.4 固态发射机
• 固态发射机发展概况和特点
– 逐步替代常规微波电子管发射机，优点如下 • 寿命长、可靠性高 • 体积小、重量轻 • 工作频带宽、效率高 • 系统设计和运用灵活、维护方便, 成本较低
– 平均功率大而峰值功率受限，适用于高工作比 雷达，如连续波雷达
– 在 UHF ~ L 波段发展较快
• 雷达的基本概念
– 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射 来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征 等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷 达站或雷达机，简称雷达
– 二次辐射：反射（单基地）、散射（多基地）
– 转发：二次雷达（导航）
– 固有辐射：通信及雷达信号（被动/无源）、随 机热运动电磁辐射（导引头）
雷达原理
1.1 雷达的概念
• 雷达信号处理
– 目标信号总是被淹没于 杂波（+干扰）+ 噪声
的背景中 – 杂波及干扰强度往往超过目标信号的千万倍 – 信号处理作用
• 增强待测目标信噪比，提取目标参数 • 抑制杂波和干扰信号
雷达原理
1.2 雷达探测原理
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算）
• 总效率
– 发射机输出功率与其输入总功率之比 – 对主振放大式发射机应改善输出级的效率
雷达原理
2.2 雷达发射机电性能指标
• 信号形式（调制形式）
– 不同信号形式对发射机的要求各异
波形 简单脉冲 脉冲压缩 高工作比多卜勒
调制类型 矩形调幅
线性调频、相位编码 矩形调幅
工作比（占空比）% 0.01 ~ 1 0.1 ~ 10 30 ~ 50
4
雷达原理
2.4 固态发射机
• 固态发射机发展概况和特点
– 逐步替代常规微波电子管发射机，优点如下 • 寿命长、可靠性高 • 体积小、重量轻 • 工作频带宽、效率高 • 系统设计和运用灵活、维护方便, 成本较低
– 平均功率大而峰值功率受限，适用于高工作比 雷达，如连续波雷达
– 在 UHF ~ L 波段发展较快
• 雷达的基本概念
– 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射 来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征 等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷 达站或雷达机，简称雷达
– 二次辐射：反射（单基地）、散射（多基地）
– 转发：二次雷达（导航）
– 固有辐射：通信及雷达信号（被动/无源）、随 机热运动电磁辐射（导引头）
雷达原理
1.1 雷达的概念
• 雷达信号处理
– 目标信号总是被淹没于 杂波（+干扰）+ 噪声
的背景中 – 杂波及干扰强度往往超过目标信号的千万倍 – 信号处理作用
• 增强待测目标信噪比，提取目标参数 • 抑制杂波和干扰信号
雷达原理
1.2 雷达探测原理
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算）
• 总效率
– 发射机输出功率与其输入总功率之比 – 对主振放大式发射机应改善输出级的效率
雷达原理
2.2 雷达发射机电性能指标
• 信号形式（调制形式）
– 不同信号形式对发射机的要求各异
波形 简单脉冲 脉冲压缩 高工作比多卜勒
调制类型 矩形调幅
线性调频、相位编码 矩形调幅
工作比（占空比）% 0.01 ~ 1 0.1 ~ 10 30 ~ 50
雷达原理介绍ppt课件
的射频信号进行下变频以转化为视频信号（即中心频率等
于0）。正交解调接收机即可完成这样的下变频处理：
sm(t) = s(t) exp(-j2 f0t) 可见，正交解调处理将信号的中心频率降低了 f0 。
|s( f )|
s(t)
sm(t)
正交解 调前
exp(-j2 f0t)
0 |sm( f )|
f0
f
正交解
基本原理
发射系统 接收系统
目标
将雷达的接收信号与发射信号进行比较，就可 以获得目标的位置、速度、形状等信息，根据这些 信息，雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识 别等任务。
基本原理
发射信号：
Tp
t
Tr
雷达发射周期性脉冲，记脉冲宽度为 Tp，重复周期为 Tr，雷达峰值功率（即脉冲期间的平均功率）为Pt，雷达 平均功率（即周期内的平均功率）为Pav，工作比（即脉冲 宽度与重复周期之比）为D。显然有：
SNR = Ps / Pn 显然SNR越高，目标回波就越显著，就越有利于信号分析。
发射功率
不考虑各种损耗，影响目标回波峰值功率Ps的因素有：
雷达发射峰值功率Pt、目标的雷达截面积（RCS） 、目
标与雷达的相对距离R。它们之间存在关系：
Ps= Pt /R4 是与雷达系统及环境有关的常数。若 过小或R过大，则
Tp
t
响应的 3dB宽度称为雷 达距离分辨率，它表征 了雷达将相邻目标区分 开的能力。若接收机没 有脉冲压缩，可用发射
与雷达相距r的目标回波相对于发射脉冲 脉宽Tp近似距离分辨率；
的延时 = 2r / c，c为电磁波的传播速度。 若有脉冲压缩，分辨率
那么，与雷达的相对距离差为r的两个
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(第三版) 丁鹭飞第7章
u2=U2=cos (ωt-90°)
U1、U2为u1、u2的振幅, 通常应保持为常值。现在u1在相位上超 前u2的数值为(90°-φ)。 由图 7.3(a)知：
1 ud 1 u2 u1 2 1 ud 2 u2 u1 2
第 7 章 角度测量
当选取U2>>U1时, 由矢量图 7.3(b)可知
(a)
(b)
图7.4 相位检波器输出特性 (a)U2>>U1; (b)U2=1/2U1
第 7 章 角度测量
2. 测角误差与多值性问题
相位差φ值测量不准, 将产生测角误差, 它们之间的关系如 下［将式(7.2.1)两边取微分］:
d d
2
d cos d
2d cos
d
(7.2.3)
第 7 章 角度测量
天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的 方向图表示。但方向性函数的准确表达式往往很复杂, 为便于工 程计算, 常用一些简单函数来近似, 如表 7.1 所示。 方向图的主 要技术指标是半功率波束宽度θ0.5以及副瓣电平。在角度测量时 θ0.5的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度, 副瓣电平则主 要影响雷达的抗干扰性能。 雷达测角的性能可用测角范围、测角速度、测角准确度或精 度、角分辨力来衡量。准确度用测角误差的大小来表示, 它包括 雷达系统本身调整不良引起的系统误差和由噪声及各种起伏因 素引起的随机误差。而测量精度由随机误差决定。角分辨力指 存在多目标的情况下, 雷达能在角度上把它们分辨开的能力, 通 常用雷达在可分辨条件下, 同距离的两目标间的最小角坐标之差 表示。
第 7 章 角度测量
最大信号法测角也可采用闭环的角度波门跟踪进行, 如图
雷达原理第三版丁鹭飞
2.3.2
1.
在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下, 必须采用主 振放大式发射机。 因为在单级振荡式发射机中, 信号的载频直 接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、 负载变化引起的频率拖曳效应、 电子频移、 调谐游移以及校准 误差等原因, 单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。
第2章 雷达发射机
在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式:
1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输 出功率往往不大, 效率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻 便的雷达系统中。
冲重复周期为Tr, 则有
Pav
Pt
Tr
Ptf r
式中的fr=1/Tr是脉冲重复频率。τ/Tr=τfr称作雷达的工作比D。 常
规的脉冲雷达工作比的典型值为D=0.001, 但脉冲多卜勒雷达的
工作比可达10-2数量级, 甚至达10-1数量级。显然, 连续波雷达的
D=1。
第2章 雷达发射机
3.
发射机的总效率是指发射机的输出功率与它的输入总功率 之比。 因为发射机通常在整机中是最耗电和最需要冷却的部 分, 有高的总效率, 不仅可以省电, 而且对于减轻整机的体积重 量也很有意义。对于主振放大式发射机, 要提高总效率, 特别要 注意改善输出级的效率。
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表 2.3 微波三、四极管的主要电性能
1.
在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下, 必须采用主 振放大式发射机。 因为在单级振荡式发射机中, 信号的载频直 接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、 负载变化引起的频率拖曳效应、 电子频移、 调谐游移以及校准 误差等原因, 单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。
第2章 雷达发射机
在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式:
1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输 出功率往往不大, 效率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻 便的雷达系统中。
冲重复周期为Tr, 则有
Pav
Pt
Tr
Ptf r
式中的fr=1/Tr是脉冲重复频率。τ/Tr=τfr称作雷达的工作比D。 常
规的脉冲雷达工作比的典型值为D=0.001, 但脉冲多卜勒雷达的
工作比可达10-2数量级, 甚至达10-1数量级。显然, 连续波雷达的
D=1。
第2章 雷达发射机
3.
发射机的总效率是指发射机的输出功率与它的输入总功率 之比。 因为发射机通常在整机中是最耗电和最需要冷却的部 分, 有高的总效率, 不仅可以省电, 而且对于减轻整机的体积重 量也很有意义。对于主振放大式发射机, 要提高总效率, 特别要 注意改善输出级的效率。
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表 2.3 微波三、四极管的主要电性能
雷达原理第三版丁鹭飞第6章ppt课件
tR
tR Tn0
tR
(a)
图 6.6 (a) 用双重高重复频率测距; (b) “舍脉冲”法判模糊
第 6 章 目标距离的测量
AM－2
AM－2
发射AM A1 A2 A3 A4 … AM－3 AM－1 AM A1 A2 A3 A4 … AM－3 AM－1 AM
脉冲
…
…
回波 信号
BM－2
t
BM B1 B2 B3 B4 … BM－3 BM－1 BM B1 B2 B3
Rmxa为被测目标的最大作用距离。
有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求, 例如在脉冲
多卜勒雷达或远程雷达, 这时目标回波对应的距离R为
R
c 2
(mTr
tR )
m为正整数 (6.1.7)
式中，tR为测得的回波信号与发射脉冲间的时延。这时将产生
测距模糊, 为了得到目标的真实距离R, 必须判明式(6.1.7)中的模
恢复到接收状态, 也需要一段时间t0, 在这段时间内, 由于不能正 常接收回波信号, 雷达是很难进行测距的。 因此, 雷达的最小可
测距离为
第 6 章 目标距离的测量
Rm in
1 2
c(
t0 )
(6.1.6)
雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期Tr决定。为保证单
值测距, 通常应选取
Tr
2 c
Rm a x
R=0.15 tR
(6.1.1)
第 6 章 目标距离的测量
其中tR的单位为μs, 测得的距离其单位为km, 即测距的计时单位 是微秒。测量这样量级的时间需要采用快速计时的方法。早期 雷达均用显示器作为终端, 在显示器画面上根据扫掠量程和回波 位置直接测读延迟时间。
雷达原理第二章-雷达发射机幻灯片PPT
固体微波源产生
如下五种频率：
1、射频发射信号
频率 fRF ；
2、本振信号频率
f L1 fL2 ； 3、中频相干振荡
频率 fCOHO ；
4、定时触发脉冲
频率 fr ；
5、时钟频率fCLK；
主控振荡器
固体 微波源
射频放大链
中间射频 功 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
制(PM) • 数字调制：被调制信号为数字信号。 • 分为：振幅键控(ASK)，频移键控(FSK)，相移
键控(QSK)，开关键控调制(OOK)以及ASK与PSK 的组合调制如(DPSK，QPSK，8PSK等)
1:雷达发射机的任务和基本组成
• 模拟调制:
• AM
• FM
• PM PM其实也是频率调制，只是调制时对频率 的控制精度更高,调制电路也较为复杂。
①定时器提供以 Tr 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大功率射频振荡器：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，104－105 。
1:雷达发射机的任务和基本组成
•主振放大式发射机
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 （Continuous Wave）振荡，再分多级进行调制和放大。
电源
至天线
触发脉冲
1:雷达发射机的任务和基本组成
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输出功率放大器：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。
雷达原理(第三版) 丁鹭飞第4章
的光栅扫描雷达显示器。数字式的光栅扫描雷达显示器与雷达
中心计算机和显示处理专用计算机构成一体, 具有高亮度、高分 辨率、 多功能、 多显示格式和实时显示等突出优点, 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。 由于采用了数字式扫描变换技术, 通过对图像存贮器(RAM)的控 制, 可以实现多种显示格式画面, 最多可达20多种画面, 包括正常 PPI型、偏心PPI型、B型、E型等。图4.7示出典型的机载雷达光 栅扫描显示器对地扫描状态的显示画面。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 1. 距离显示器 常用的距离显示器有三种基本类型。其画面如图4.1所示, 其中(a)为A型显示器, (b)为J型显示器, (c)为A/R型显示器。 距离显示器显示目标的斜距坐标, 它是一度空间显示器, 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
回波滞后主波时间tR与线性锯齿波电压振幅成正比, 所以, 显示 器上回波迟后主波的水平距离与目标的斜距成正比。
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备
重复周期 X 扫描 回波 锯齿波 工作 期 刻度 X 扫 描 辉亮 停止期 匿 影 辉亮信号 距离刻度 移动距标 移动距标 回波信号 (b ) 探测脉冲
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备
正北
方 位 角
图 4.2 平面显示器的图像
第 4 章 雷达终端显示器和录取设备 平面显示器既可以用极坐标显示距离和方位, 也可以用直角 坐标来显示距离和方位, 若为后者，则其画面如图4.4所示, 称为 B式显示器, 它以横坐标表示方位, 纵坐标表示距离。通常方位 角不是取整个360°, 而是取其中的某一段, 即雷达所监视的一
和综合显示器。情况显示器和综合显示器是安装在作战指挥室 和空中导航管制中心的自主式显示装置, 它在数字式平面位置显 示器上提供一幅空中态势的综合图像, 并可在综合图像之上叠加 雷达图像。图4.6示出综合显示器的画面, 其中雷达图像为一次 信息, 综合图像为二次显示信息, 包括表格数据、 特征符号和地 图背景, 例如河流、 跑道、 桥梁及建筑物等。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发射一种特定的大功率无线电信号。发射机在雷达中就是起这 一作用的, 也就是说, 它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。
第2章 雷达发射机
Tr 大功率射 频振荡器 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
电 源
图 2.1 单级振荡式发射机
第2章 雷达发射机
图 2.9 采用频率合成技术的主振放大式发射机
…
第2章 雷达发射机 图2.9是采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理方框 图, 图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里, 发射 信号 ( 频率 f0=NiF+MF) 、稳定本振电压 ( 频率 fL=NiF) 、相参振荡 电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准 信号F经过倍频、分频及频率合成而产生, 它们之间有确定的相
成分布放大器的四极管链，则具有10 %以上乃至几个倍频程的
带宽)。 这种放大链较多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。
第2章 雷达发射机 在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式: 1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输
雷达工作频率在1000MHz
(
以上时, 通常选用直线电子注微波管
O 型管 ) 和正交场型微波管 (M 型管 ) 作为发射机的射频放大管。
在表2.2中我们对高功率脉冲工作的O型管和分布发射式的M型管 在同一频段、同样峰值功率和平均功率电平下的各项主要性能 进行了比较。在1000 MHz以下用得较多的是微波三、 四极管(栅 控管), 在表2.3中列出了它们的主要性能。
的, 所以信号频谱纯度是fm的函数, 通常用L(fm)表示。假如测量
设备的有效带宽不是1 Hz而是ΔBHz, 那么所测得的分贝值与L(fm) 的关系可近似认为等于
L( f m ) 10lg
B带宽内的单边带功率
信号功率
10lg B dB / Hz
现代雷达对信号的频谱纯度提出了很高的要求, 例如对于脉冲多
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表 2.3 微波三、四极管的主要电性能
第2章 雷达发射机 根据以上的比较可以知道, 选用什么微波管组成放大链要按
主控振荡器 固 体 微波源 射频放大链 中间射频 功率放大器 输出射频 功率放大器 至天线
脉冲 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
电 源
触发脉冲
图 2.2 主振放大式发射机
第2章 雷达发射机 单级振荡式发射机与主振放大式发射机相比，最大的优点 是简单、经济, 也比较轻便。实践表明, 同样的功率电平, 单级
出功率往往不大, 效率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻
便的雷达系统中。
第2章 雷达发射机 2) 行波管-速调管放大链 它的特点是可以提供较大的功率, 在增益和效率方面的性能也比较好, 但是它的频带较窄, 速调管
本身以及要求的附属设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等), 使
放大链较为笨重, 所以这种放大链多用于地面雷达。 3) 行波管-前向波管放大链 这是一种比较好的折衷方案。 行波管虽然效率低, 用在前级对整个放大链影响较小, 但可以发 挥其高增益的优点。由于行波管提供了足够的增益, 使得后级可
天线控 制系统
图 2.7 单级振荡式发射机组成方框图
第2章 雷达发射机
触发脉冲
0 预调脉冲
Tr
t
(a)
0 调制脉冲 0
Hale Waihona Puke (b)t t(c) 射频脉冲 0 (d) t
图 2.8 单级振荡式发射机各级波形
第2章 雷达发射机
2.3.2
1. 在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下, 必须采用主 振放大式发射机。 因为在单级振荡式发射机中, 信号的载频直 接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、 负载变化引起的频率拖曳效应、 电子频移、 调谐游移以及校准 误差等原因, 单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。 在主振放大式发射机中, 如前所述, 载频的精度和稳定度在 低电平级决定, 较易采取各种稳频措施, 例如恒温、防震、稳压 以及采用晶体滤波、注入稳频及锁相稳频等措施, 所以能够得到
卜勒雷达一个典型的要求是 -80 dB。为了满足信号频谱纯度的 要求, 发射机需要精心的设计。
第2章 雷达发射机
2.3 单级振荡和主振放大式发射机
2.3.1 单级振荡式发射机
电源、控制、 保护电路 (d) 预调器 (a) 定时器 (b) 发射机 调制器 (c) 振荡器 天线 天线 开关
显示器
接收机
实际情况具体考虑 , 不存在对于一切场合都是最佳的放大链。
从现有的使用情况看, 在1000 MHz以下选用微波三、四极管组 成的放大链, 它具有体积小、重量轻、工作电压低、 相位稳定
性和相位特性线性度好、成本低和对负载失配容限大等优点。
但是它的单级增益较低 , 往往要求的级数较多 (为提高增益，通 常让前级工作在A类, 这样做对放大链的总效率影响不大)。它的 频带也不易做得宽(新型的将电路元件和管子结合在一起封装于 真空壳内的所谓同轴管放大器以及将一系列管子结合在一起组
为规律性的与随机性的两类, 规律性的不稳定往往是由电源滤波 不良、机械震动等原因引起的, 而随机性的不稳定则是由发射管 的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。
第2章 雷达发射机
相 对 振 幅
1 Tr
sin f f
f0 －
1
f0
f0 ＋
1
图 2.5 矩形射频脉冲列的理想频谱
第2章 雷达发射机
第2章 雷达 发射机 10 000
1000 4 100 4 PF 2
平均功率/kW
微波管 边界
100
功率 / MW
10 3 5 2
3 1
2
10
1.0
5
1 1 0.1 1 10 100 1000 频率 /GHz
0.1
6
0.01
0.1
1.0
10 频率 /GHz
100
(a )
螺线行波管 100
带宽( % )
第2章 雷达发射机
触发脉冲 fr＝F/n
分频器 ÷n F 基准频率 振 荡 器 F 倍频器 ×M MF 上变频 混频器 相参振荡电压 F 谐 波 产生器 N1F N2F N3F 控 制 器 NiF fC＝MF 调制器 多 级 放大链 发射信号至天线 f0＝(Ni＋M)F
稳定本振电压 fL＝NiF
Nk F
注意改善输出级的效率。
第2章 雷达发射机
4. 信号形式(调制形式)
表 2.1 雷达的常用信号形式
第2章 雷达发射机
Tr t (a ) t
Tr t
t
0
＋ ＋＋
－
(b )
＋
＋＋＋
－
＋
＋ ＋＋
－
＋
t
t (c)
图 2.4 三种典型雷达信号和调制波形
第2章 雷达发射机 5 . 信号的稳定度或频谱纯度
很高的频率稳定度。
第2章 雷达发射机 2. 发射相位相参信号 在要求发射相位相参信号的雷达系统 (例如脉冲多卜勒雷达 等)中, 必须采用主振放大式发射机。所谓相位相参性，是指两个 信号的相位之间存在着确定的关系。 对于单级振荡式发射机, 由
于脉冲调制器直接控制振荡器的工作, 每个射频脉冲的起始射频
第2章 雷达发射机 2. 输出功率 发射机的输出功率直接影响雷达的威力和抗干扰能力。 通
常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率。 有
时为了测量方便, 也可以规定在指定负载上(馈线上一定的电压 驻波比)的功率为发射机的输出功率。如果是波段工作的发射机， 则还应规定在整个波段中输出功率的最低值, 或者规定在波段 内输出功率的变化不得大于多少分贝。
相位是由振荡器的噪声决定的, 因而相继脉冲的射频相位是随机 的, 或者说, 这种受脉冲调制的振荡器输出的射频信号相位是不 相参的。 所以, 有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。
第2章 雷达发射机 在主振放大式发射机中 , 主控振荡器提供的是连续波信号 , 射频脉冲的形成是通过脉冲调制器控制射频功率放大器达到的。 因此， 相继射频脉冲之间就具有固定的相位关系。只要主控振
振荡式发射机大约只有主振放大式重量的1/3。因此, 只要有可
能, 还是尽量优先采用单级振荡式方案。但是, 当整机对发射机 有较高要求时, 单级振荡式发射机往往无法满足而必须采用主 振放大式发射机。
第2章 雷达发射机
2.2 雷达发射机的主要质量指标
1. 雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。为了提高 雷达系统的工作性能和抗干扰能力, 有时还要求它能在几个频率 上跳变工作或同时工作。工作频率或波段的不同对发射机的设 计影响很大 , 它首先牵涉到发射管种类的选择 , 1000MHz以下主要采用微波三、四极管, 在1 000 MHz以上则有 多腔磁控管、 大功率速调管、行波管以及前向波管等。目前各 类发射管所能提供的射频功率与带宽能力如图2.3所示。
位相参性, 所以这是一个全相参系统。
第2章 雷达发射机 4.
复杂波形发射机 波 形 产生器 主振放大 式发射机 收发 开关 天线 控制与 定时器 稳 频 振荡器
信 号 处理器 输出
接收机
图 2.10 能产生复杂波形的主振放大式发射机
第2章 雷达发射机
2.3.3 射频放大链的性能与组成
第2章 雷达发射机
Tr 大功率射 频振荡器 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
电 源
图 2.1 单级振荡式发射机
第2章 雷达发射机
图 2.9 采用频率合成技术的主振放大式发射机
…
第2章 雷达发射机 图2.9是采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理方框 图, 图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里, 发射 信号 ( 频率 f0=NiF+MF) 、稳定本振电压 ( 频率 fL=NiF) 、相参振荡 电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准 信号F经过倍频、分频及频率合成而产生, 它们之间有确定的相
成分布放大器的四极管链，则具有10 %以上乃至几个倍频程的
带宽)。 这种放大链较多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。
第2章 雷达发射机 在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式: 1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输
雷达工作频率在1000MHz
(
以上时, 通常选用直线电子注微波管
O 型管 ) 和正交场型微波管 (M 型管 ) 作为发射机的射频放大管。
在表2.2中我们对高功率脉冲工作的O型管和分布发射式的M型管 在同一频段、同样峰值功率和平均功率电平下的各项主要性能 进行了比较。在1000 MHz以下用得较多的是微波三、 四极管(栅 控管), 在表2.3中列出了它们的主要性能。
的, 所以信号频谱纯度是fm的函数, 通常用L(fm)表示。假如测量
设备的有效带宽不是1 Hz而是ΔBHz, 那么所测得的分贝值与L(fm) 的关系可近似认为等于
L( f m ) 10lg
B带宽内的单边带功率
信号功率
10lg B dB / Hz
现代雷达对信号的频谱纯度提出了很高的要求, 例如对于脉冲多
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表2.2 高功率脉冲工作的O型管和分布发射式M型管的性能比较
第2章 雷达发射机 表 2.3 微波三、四极管的主要电性能
第2章 雷达发射机 根据以上的比较可以知道, 选用什么微波管组成放大链要按
主控振荡器 固 体 微波源 射频放大链 中间射频 功率放大器 输出射频 功率放大器 至天线
脉冲 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
电 源
触发脉冲
图 2.2 主振放大式发射机
第2章 雷达发射机 单级振荡式发射机与主振放大式发射机相比，最大的优点 是简单、经济, 也比较轻便。实践表明, 同样的功率电平, 单级
出功率往往不大, 效率也不是很高, 常应用于机载雷达及要求轻
便的雷达系统中。
第2章 雷达发射机 2) 行波管-速调管放大链 它的特点是可以提供较大的功率, 在增益和效率方面的性能也比较好, 但是它的频带较窄, 速调管
本身以及要求的附属设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等), 使
放大链较为笨重, 所以这种放大链多用于地面雷达。 3) 行波管-前向波管放大链 这是一种比较好的折衷方案。 行波管虽然效率低, 用在前级对整个放大链影响较小, 但可以发 挥其高增益的优点。由于行波管提供了足够的增益, 使得后级可
天线控 制系统
图 2.7 单级振荡式发射机组成方框图
第2章 雷达发射机
触发脉冲
0 预调脉冲
Tr
t
(a)
0 调制脉冲 0
Hale Waihona Puke (b)t t(c) 射频脉冲 0 (d) t
图 2.8 单级振荡式发射机各级波形
第2章 雷达发射机
2.3.2
1. 在雷达整机要求有很高的频率稳定度的情况下, 必须采用主 振放大式发射机。 因为在单级振荡式发射机中, 信号的载频直 接由大功率振荡器决定。由于振荡管的预热漂移、温度漂移、 负载变化引起的频率拖曳效应、 电子频移、 调谐游移以及校准 误差等原因, 单级振荡式发射机难于达到高的频率精度和稳定度。 在主振放大式发射机中, 如前所述, 载频的精度和稳定度在 低电平级决定, 较易采取各种稳频措施, 例如恒温、防震、稳压 以及采用晶体滤波、注入稳频及锁相稳频等措施, 所以能够得到
卜勒雷达一个典型的要求是 -80 dB。为了满足信号频谱纯度的 要求, 发射机需要精心的设计。
第2章 雷达发射机
2.3 单级振荡和主振放大式发射机
2.3.1 单级振荡式发射机
电源、控制、 保护电路 (d) 预调器 (a) 定时器 (b) 发射机 调制器 (c) 振荡器 天线 天线 开关
显示器
接收机
实际情况具体考虑 , 不存在对于一切场合都是最佳的放大链。
从现有的使用情况看, 在1000 MHz以下选用微波三、四极管组 成的放大链, 它具有体积小、重量轻、工作电压低、 相位稳定
性和相位特性线性度好、成本低和对负载失配容限大等优点。
但是它的单级增益较低 , 往往要求的级数较多 (为提高增益，通 常让前级工作在A类, 这样做对放大链的总效率影响不大)。它的 频带也不易做得宽(新型的将电路元件和管子结合在一起封装于 真空壳内的所谓同轴管放大器以及将一系列管子结合在一起组
为规律性的与随机性的两类, 规律性的不稳定往往是由电源滤波 不良、机械震动等原因引起的, 而随机性的不稳定则是由发射管 的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。
第2章 雷达发射机
相 对 振 幅
1 Tr
sin f f
f0 －
1
f0
f0 ＋
1
图 2.5 矩形射频脉冲列的理想频谱
第2章 雷达发射机
第2章 雷达 发射机 10 000
1000 4 100 4 PF 2
平均功率/kW
微波管 边界
100
功率 / MW
10 3 5 2
3 1
2
10
1.0
5
1 1 0.1 1 10 100 1000 频率 /GHz
0.1
6
0.01
0.1
1.0
10 频率 /GHz
100
(a )
螺线行波管 100
带宽( % )
第2章 雷达发射机
触发脉冲 fr＝F/n
分频器 ÷n F 基准频率 振 荡 器 F 倍频器 ×M MF 上变频 混频器 相参振荡电压 F 谐 波 产生器 N1F N2F N3F 控 制 器 NiF fC＝MF 调制器 多 级 放大链 发射信号至天线 f0＝(Ni＋M)F
稳定本振电压 fL＝NiF
Nk F
注意改善输出级的效率。
第2章 雷达发射机
4. 信号形式(调制形式)
表 2.1 雷达的常用信号形式
第2章 雷达发射机
Tr t (a ) t
Tr t
t
0
＋ ＋＋
－
(b )
＋
＋＋＋
－
＋
＋ ＋＋
－
＋
t
t (c)
图 2.4 三种典型雷达信号和调制波形
第2章 雷达发射机 5 . 信号的稳定度或频谱纯度
很高的频率稳定度。
第2章 雷达发射机 2. 发射相位相参信号 在要求发射相位相参信号的雷达系统 (例如脉冲多卜勒雷达 等)中, 必须采用主振放大式发射机。所谓相位相参性，是指两个 信号的相位之间存在着确定的关系。 对于单级振荡式发射机, 由
于脉冲调制器直接控制振荡器的工作, 每个射频脉冲的起始射频
第2章 雷达发射机 2. 输出功率 发射机的输出功率直接影响雷达的威力和抗干扰能力。 通
常规定发射机送至天线输入端的功率为发射机的输出功率。 有
时为了测量方便, 也可以规定在指定负载上(馈线上一定的电压 驻波比)的功率为发射机的输出功率。如果是波段工作的发射机， 则还应规定在整个波段中输出功率的最低值, 或者规定在波段 内输出功率的变化不得大于多少分贝。
相位是由振荡器的噪声决定的, 因而相继脉冲的射频相位是随机 的, 或者说, 这种受脉冲调制的振荡器输出的射频信号相位是不 相参的。 所以, 有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。
第2章 雷达发射机 在主振放大式发射机中 , 主控振荡器提供的是连续波信号 , 射频脉冲的形成是通过脉冲调制器控制射频功率放大器达到的。 因此， 相继射频脉冲之间就具有固定的相位关系。只要主控振
振荡式发射机大约只有主振放大式重量的1/3。因此, 只要有可
能, 还是尽量优先采用单级振荡式方案。但是, 当整机对发射机 有较高要求时, 单级振荡式发射机往往无法满足而必须采用主 振放大式发射机。
第2章 雷达发射机
2.2 雷达发射机的主要质量指标
1. 雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。为了提高 雷达系统的工作性能和抗干扰能力, 有时还要求它能在几个频率 上跳变工作或同时工作。工作频率或波段的不同对发射机的设 计影响很大 , 它首先牵涉到发射管种类的选择 , 1000MHz以下主要采用微波三、四极管, 在1 000 MHz以上则有 多腔磁控管、 大功率速调管、行波管以及前向波管等。目前各 类发射管所能提供的射频功率与带宽能力如图2.3所示。
位相参性, 所以这是一个全相参系统。
第2章 雷达发射机 4.
复杂波形发射机 波 形 产生器 主振放大 式发射机 收发 开关 天线 控制与 定时器 稳 频 振荡器
信 号 处理器 输出
接收机
图 2.10 能产生复杂波形的主振放大式发射机
第2章 雷达发射机
2.3.3 射频放大链的性能与组成