雷达介绍

1.雷达的定义

雷达是对于远距离目标进行无限探测、定位、侧轨和识别的一种传感器系统。

2.最基本的雷达系统的组成

图1-1 雷达系统的基本原理

2.1 雷达发射机

雷达发射机（transmitter）的作用是产生辐射所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线。

2.2 天线

天线的作用是将雷达发射机馈送来的高频脉冲信号辐射到探测空间

2.3 接收机

接收机的主要任务是把微弱的目标回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度。

2.4 目标检测和信息提取

目标检测和信息提取等任务是实现雷达接收机输出信号的进一步处理

3. 雷达天线

天线是雷达系统中发射和接收电磁波的装置，是雷达系统与外界联系单的纽带。他的主要作用是：(1) 将雷达发射机产生的高能量电磁波辐射(有一定的方向性)向外部自由空间(空气或其他媒介)；(2) 接收目标的回波(包括外部噪声)。4. 雷达发射机

雷达发射机的作用是产生所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线发射出去。常见的雷达发射机可分为单级振荡式发射机和主振放大发射机两类。

4.1 单级振荡式发射机组成

图4-1单级振荡式发射机组成框图

单级振荡式发射机，由于脉冲调制器直接控制振荡器工作，每个射频脉冲的起始射频相位是由振荡器的噪声决定，因而相继脉冲的射频相位是随机的，即受脉冲调制的振荡器所输出的射频脉冲串之间的信号相位是非相参的。所以，有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。

4.2主振放大发射机

主振放大式发射机由多级组成，图4-2是其基本组成框图。

图4-2 主振放大式发射机组成框图

主控振荡器用来产生射频信号；射频放大链用来放大射频信号，提高信号的功率电平；主振放大式因此而得名。主控振荡器常由基准振荡器、本机振荡器和相干振荡器等组成微波振荡器组。由于微波振荡器组常由固体器件组成，所以也称它们为固体微波源。现代雷达要求主控振荡器的输出频率很稳定。射频放大链一般由一至三级射频功率放大器级联组成。为了得到所需的雷达波形，还需要对振荡器产生的信号进行调制。

4.3 射频功率源

射频功率源是发射机为雷达提供大功率射频信号的器件。根据工作方式的不同可以将他们分为四类：线性束功率管、固态射频功率源、正交场(CFA)功率管、其他射频功率源。

4.4 脉冲调制器

雷达发射机广泛采用脉冲调制方式，包括从常规的简单矩形脉冲列调制到比较复杂的编码脉冲或脉冲串调制。脉冲调制器的主要任务是给发射机射频放大链各级提供合适的视频调制脉冲。

脉冲调制器由电源部分、能量储存部分和脉冲形成部分组成，如图4-3所示。

图4-3 脉冲调制器的组成框图

雷达发射机的调制器主要有两种，一种是刚性开关调制器，储能元件是电容器；另一种是软性开关调制器，储能元件是人工线。

5．雷达接收机

5.1 雷达接收机的组成

雷达接收机的作用是将从天线接收到的微弱射频信号从伴随的噪声和干扰中分选出来，并经过放大和检波，再送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备。

雷达接收机可以按应用、设计、功能和结构等有多种分类方式。一般可以将雷达分为超外差式、超再生式、晶体视放式和调谐高频（TRF）式四类。其中，超外差式接收机具有灵敏度高、增益高、选择性好和适用性广等优点，是应用最为广泛的一种接收体制。

超外差式接收机的简化框图如图4-4所示。它主要由高频部分、中频放大器（包括匹配滤波器）、检波器和视频放大器组成。高频部分又称为接收机“前端”，包括接收机保护器、低噪声射频放大器、混频器和本机振荡器。

图5-1 超外差式雷达接收机的简化框图

为了保护雷达接收机很好地工作，不受其他雷达功率辐射及其他有源电子干扰的影响，通常在收发转换开关后面跟一个接收机保护器。有时将收发开关、接收机保护器及其他防止接收机损坏的装置称为收发开关系统。

混频器是将输入的射频（RF）信号转换为中频（IF）信号的部件。如果从RF 到IF的下变频是一次完成的，就称为一次变频。有时下变频通过两个混频器和中频放大器分两次完成，这时称为二次变频。

检波器也称解调器，是将调制信号中的载频信号去掉，解调出波形包络信息。

6. 相参雷达系统

前面我们已经知道，相参雷达就是指雷达发射波形的相位之间具有确定的关系或具有统一的参考基准。反之，如果雷达发射波形的相位之间没有确定的关系或没有统一的参考基准，则是非相参雷达。多数现代雷达系统需要对目标回波进行多普勒效应或脉冲压缩处理，必须采用相参雷达系统。

现对相参雷达系统的主要功能模块做较详细的讨论。为方便起见，重典型相参雷达系统的组成于图6-1中。

图6-1 相参雷达概念性框图

典型相参雷达系统由基准振荡器（reference oscillator ，RO ）、稳定本机振荡器（stable local oscillator ，STALO ）和相干振荡器（coherent oscillator ，COHO ）组成振荡器组。基准振荡器的振荡频率极其稳定，它驱动稳定本机振荡器和相干振荡器工作，以使两者输出信号之间具有确定的相位关系，从而使发射信号保持稳定相参。

如果STALO 产生的正弦信号可以保持为一个具有固定频率的连续波形，则当雷达接收到目标回波时，回波脉冲的相位与该本振相位比较，可以确定回波脉冲同发射脉冲之间的相对相位关系，达到相位测量的目的。

6.1 振荡频率源

基准振荡器的频率极其稳定，它提供雷达工作所需的基准参考频率，并为雷达系统中的其他电路提供基准的时钟信号。一般来说，基准振荡器的工作频率范围在10～100MHz 之间，通常使用的是压电晶体振荡器。

相干振荡器（COHO ）的工作频率为IF f ，且一般情况下IF f ＜RF f ，其中RF f 为载频，由用户给定。COHO 由基准振荡器驱动。

稳定本机振荡器STALO 的工作频率为LO f =RF f -IF f 。STALO 通过基准振荡器

驱动来获得最大的频率稳定度。

基准振荡器、稳定本机振荡器、相干振荡器三者统称为振荡器组，其典型输出信号是频率为IF f 和LO f 的连续波信号，如图6-2所示。