雷达系统实验实验报告

船用导航雷达系统实验

一、实验目的

1、掌握船用导航雷达系统的工作原理和各主要模块的功能；

2、掌握船用导航雷达系统的操作使用方法。

二、实验内容

1、结合实用船用导航雷达系统学习其工作原理和各主要模块的功能；

2、结合实用船用导航雷达系统学习掌握其操作使用方法；

3、应用实用船用导航雷达系统测试三个不同方位目标的距离和方位值。

三、船用导航雷达系统工作原理

1、基本知识

雷达（RADAR）是英文”radio detection and ranging”的缩写，意思是“无线电探测和测距”。这一发明被用于第二次世界大战。

在发明雷达前，船只在大雾中航行时，只能通过发出短促汽笛、灯光和敲钟的方法，利用回声传回的时间来大致估算与目标之间的位置从而避免碰撞。

雷达发出的射频电磁波，通过计算电磁波反射回来所需的时间来确定到达目标的距离，这是在已知雷达波传播速度是接近恒定的也就是光速的前提下实现的。这样通过计算雷达波从发出到从目标反射回到天线的时间，就可以计算出船只到目标的距离。这个时间是往返的时间，将它除以2才是电磁波从船只到达目标的单程距离的时间。这些都是由雷达内部的算法来自动完成的。

雷达确定目标的方位是通过雷达天线发射波束在空间的扫描来实现的。雷达天线发射波束在空间是不均匀分布的，其主波束内的功率密度远大于副瓣内的功率密度，因而主波束内目标反射的信号强度远大于副瓣内目标反射的信号强度，所以此时雷达探测到的目标信号可以认为是来自主波束内目标反射的信号，且认定目标方位处于雷达天线主波束的最大方向上。

当天线波束最大方向瞄准某一个目标时，如果另一个目标恰好处在天线波束第一零点方向上，则回波信号完全来自天线波束最大方向的那个目标。因此，天线的分辨率为第一零点波束宽度的一半，即FNBW/2。例如，当天线的FNBW=20时，具有10的分

辨率，可用来辨别方位上相距10的两个目标。

船用导航雷达天线是在水平360°方位上匀速转动，将天线方位位置信号实时送入信息处理机，信息处理机就知道了目标回波信号与目标方位的对应关系。

在天线发射信号经目标反射回到天线这个时间段中，天线一直是旋转的，这样回波信号所对应的天线角度将滞后于当前天线的实际角度。为此，信号处理机需根据天线的旋转速度和已经计算出来的目标距离对目标实际方位角值进行修正。

2、船用导航雷达系统的脉冲测距原理

（1）脉冲测距原理

雷达发射的电磁波在均匀介质中以恒定的速度直线传播，在自由空间中的传播速度约等于光速。如果能准确的测量出电磁波从发射到被目标反射回来所用的时间，那么就可以测量出雷达与目标之间的距离。假设电磁波往返传播时间为t ，传播速度为光速C ，目标距离为R ，则距离可以如下表示： 1t 2R C = 为了提高检测性能，雷达常采用高重PRF 信号，以便在信号频域获得足够宽的无杂波区。当脉冲重复频率很高时，对应一个发射脉冲产生的回波可能要经过几个周期以后才能被收到，如图1所示。图中对应目标的真实距离是R ，而按照常规方法读出的目标距离是R a ，产生的误差是：

2r c R n f ∆=

R t

t

t 发射信号

接收信号

显示

R a

R

图1 测距模糊示意图

上述这种由于目标回波的延迟时间可能大于脉冲重复周期，使收、发脉冲的对应关系发生混乱，同一距离读数可能对应几个目标真实距离的现象叫做测距模糊，距离读数Ra 叫做模糊距离。

（2）距离模糊的解决方法

目前，扩大测距和测速不模糊范围的基本方法是对发射信号进行某种形式的调制，在接收到信号进行解调时，通过运算消除模糊，船用导航雷达常用的调制方式是多重脉冲重复频率测距法。

多重脉冲重复频率测距法的原理是利用几种不同的脉冲重复频率信号进行测距。首先顺序用各个重复频率测出对应的模糊距离，再将这些测量值加以比较或计算处理，最后得到无模糊的真实距离。这种方法的优点是测距精度高，在杂波附近的目标检测能力强。

为简单起见，下面以两个脉冲重复频率的情况为例进行讨论。若采用3个或更多的PRF 可以使无模糊距离的范围进一步扩大。假设雷达交替地以重复频率f 1和f 2工作。记忆比较装置，把两次的发射脉冲与发射脉冲重合，接收脉冲与接收脉冲重合，如图2所示。

图2 双重复频率法解距离模糊示意图

设重复频率分别为f r1和f r2，它们都不能满足不模糊测距的要求。f r1和f r2具有公约频率，其为f r 发f r1

收f r1

发f r2

收f r2 t t

t

t

T

12r r r f f f N N a

==+ N 和a 为正整数，常选a =1，使N 和N+a 为互质数。先根据发射机占空比要求和最小作用距离要求初步设定脉宽和一个距离模糊的f r ，雷达以f r1和f r2的重复频率交替发射脉冲信号。通过记忆重合装置，将不同的f r 发射信号进行重合，重合后的输出是重复频率f r 的脉冲串。同样也可得到重合后的接收脉冲串，二者之间的时延代表目标的真实距离。

121212

R r r n n t t t f f =+=+ n 1、n 2分别为用f r1和f r2测距时的模糊数。当a =1时，n 1和n 2的关系可能有两种，

即n 1=n 2或n 1=n 2+1，此时可算得 1122

12r r R r r t f t f t f f -=- 或 112212

1r r R r r t f t f t f f -+=- 如果按前式算出t R 为负值，则应用后式。

3、船用导航雷达系统的系统技术指标

船用导航雷达系统的系统技术指标如表1所示。

4、船用导航雷达系统的组成与各模块功能

雷达系统功能的实现依赖于脉冲的发射和接收，由定时器确定发射脉冲和接收脉