雷达测距原理及实现方法PPT课件

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地基/舰载雷达实现超视距探测的主要手段有： 高频地波超视距雷达High Frequency Surface Wave OTH Radar
高频地波超视距雷达正是利用高频(3~30MHz)垂直极化电磁波沿海面 绕射的特性探测超视距的海面舰船和低空飞机，沿海面绕射300~400km。 高频天波雷达High Frequency Skywave OTH Radar
对双基地雷达，计算RT+RR有两种方法： 直接法：
间接法：
单基地：R=cT/2
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对双基地雷达，具体计算RT或RR需要目标角度信息，如利用 目标的接收视线角，则计算公式为：
还有其他多种目标定位方法，具体可参考： M.I. Skolnik, Radar Handbook: Ch25 Bistatic Radar, 2nd edition, McGraw-Hill, 1990
雷达测距原理
测量电磁波往返雷达与目标之间的时间。
对单基地雷达，设光速为c，电磁波往返雷达与目标的时间 为TR，则目标相对雷达的距离R为：
R cTR 2
据上述公式可得1微秒(μs)对应150米(m)，式中数字2表示收 发双程。
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目标
RT 发射天线Tx
RR 接收天线Rx
实现方法：
调幅——脉冲法测距 调频——频率法测距 调相——相位法测距
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D.K. Barton et al, Radar Technology Encyclopedia, Artech House, Inc., 1998
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电磁波沿海面的绕射传播
高频地波超视距雷达正是利用高频垂直极化电磁波沿海面绕射的特 性探测超视距的海面舰船和低空飞机。
TBMs Out to 700Km
Line-of-Sight Propagation
Horizon Surface wave Propagation
h↑—n↓—vp↑ dn/dh<0
分层大气(层内均 匀，越高越稀薄)
射线通过径向分层大气时的途径
[美]杰里L. 伊伏斯等编，现代雷达原理，电子工业出版社，1991.3
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折射效应对目标位置的影响
电磁波在非均匀大气层中传播时出现的大气折射，将有两方面影响： 1)、改变雷达测量距离，产生测距误差。 2)、引起俯仰角测量误差。 折射的影响可采用等效地球半径法近似说明。《现代雷达原理》P60
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美国Raytheon公司高频地波雷达 SWR-503的接收天线阵
澳大利亚Jindaleee 高频天波雷达接收 天线阵
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现代级：136-139 中华现代：168-169 中华神盾：170-171
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雷达测距的物理基础
电磁波恒光速传播 电磁波直线传播(直视距情形)
在均匀大气中电磁波等速直线传播。
沿海面绕射传播(超视距情形)
特殊条件下电磁波沿海面、大气波导曲线传播。
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地球大气层
地球表面的大气层分布是不均匀的。
Antiship Missiles
Detection and
Fighter and Small Boat
Tracking at 37Km Detection and Tracking
at 74Km
Ship Detection and Tracking at 200Km
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1、大气密度、温度、湿度等参数随时间、 地点而变化，导致大气传播介质的导磁 系数和介电常数发生相应改变，引起电 波传播速度c变化。
昼夜间大气中温度、气压及湿度的起伏 变化所引起的传播速度变化为：
c c 105
丁鹭飞，雷达原理，西电出版社，1995
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2、大气介质分布的不均匀将造成电磁波非直线传播(大气折射)。 折射系数n=c/vp 折射率N=(n-1)x10
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脉冲法测距的优缺点
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脉冲雷达
常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是单载频的矩形脉冲 ，按一定的(单重复周期)或交错的重复周期(参差重复周期)工作，发射一 个短脉冲相当于对电磁波打上标记以测往返时间。
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俄制MINERAL-ME 目标指示/射控雷达 (Bandstand音乐台) ——利用大气波导
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雷达测距的实现方法
物理解释：
一般地说单载频的连续波雷达没有测距能力，这与其发射信号带宽 太窄有关。若必须测量距离，则需要在连续波发射信号上加上某些定时 标志以识别发射的时间和回波时间。标志越尖锐、鲜明，则传输时间的 测量越准确。由傅立叶变换知：定时标志越尖锐，则发射信号的频谱越 宽。因此为了测量传输时间或距离，则必须扩展单载频连续波的频谱。
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微波超视距雷达 利用海上大气波导(大气超折射和对流层非均匀散射)传播效应是此系
统在微波段实现超视距探测的基础，分别对应主动、被动工作方式。
dn/dh比正常值更负时， 电波更加向地面弯曲。
详细分析：见《电磁波传播特性》章节。
高频天波超视距雷达利用电离层对短波的反射效应，其探测距离可达 1000至4000km。 高频天发地收超视距雷达High Frequency Hybrid Sky-Surface Wave OTH Radar
基于天波发射地波接收的新体制雷达，将目前采用的高频天波超视距 雷达和高频地波超视距雷达的传播模式相结合，可发挥各自的优势。基于 天波发射的高频电磁波信号，是利用电离层对高频电磁波的折射，实现远 距离的传播。由于电离层对电磁波的衰减较小，这种传播方式可实现信号 的远距离传播，通常情况下可达2000km-4000km，并且覆盖区域非常大。