雷达原理与雷达信号分选

2.雷达的发展和应用
雷达的应用

军事应用：



预警雷达/超远程雷达（用于发现战略轰炸机和洲际导弹。工作频率一般为 L﹑S﹑UHF或VHF，以较少大气损耗。作用距离一般几千公里，兆瓦级功率）； 搜索和警戒雷达（用于发现飞机。工作频率一般﹑L﹑S﹑UHF或VHF。作用距离一 般400-600公里，兆瓦级功率）； 引导指挥雷达； 火控雷达，炮位校射雷达（用于搜索跟踪目标。工作频率一般为L﹑X﹑C或Ka 。作 用距离一般为几十上百公里，千瓦级功率）; 靶场测量雷达； 战场监视雷达； 机载雷达；（导航，火控） 舰载雷达; 无线电测高仪； 制导雷达/雷达引信；。。。。。。 气象雷达；航行管制；遥感；反恐/生命探测；公路测速。。。。。
2.雷达的发展和应用
雷达雏形
2.雷达的发展和应用
2.雷达的发展和应用
雷达早期发展阶段






美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船，1933年首次年 利用连续波干涉雷达检测到飞机； 1934年美国海军开始研究脉冲雷达； 1935年英国开始研究脉冲雷达，1936年首个警戒雷达投入使用， 1937-1938年大量“CH”型号雷达站投入使用； 1938年美国研制出第一台火炮控制雷达； 1944年能够自动跟踪飞机的雷达研制成功； 1945年能够消除背景干扰，显示运动目标的技术是雷达功能进 一步完善。 在整个二次世界大战期间，雷达成了电磁场理论最活跃的部分。
4.4雷达终端显示器和录取设备
1.什么是雷达？
雷达(Radar)是“Radio Detection and Ranging”缩写的音译,即 “无线电探测与测距”，它是利用目标对电磁波的反射或散射现 象对目标进行检测、定位、跟踪、成像与识别。
1.什么是雷达？
雷达是集中了现代电子科学技术各种成就的高科技系统。目前 已成功地应用于地面(含车载)、舰载、机载、星载等方面。这 些雷达已经和正在执行着各种军事和民用任务。
2.雷达的发展和应用
新技术新体制的应用
(1)脉冲压缩技术：采用复杂的大时宽带宽脉压信号，以满足距离分辨力和电子 反对抗的需要； (2)脉冲多卜勒(PD)和动目标检测(MTD)等技术； (3)有源相控阵技术：高可靠性的固态功率源更为成熟,可以组成普通固态发射 机或分布于相控阵雷达的阵元上组成有源阵。 (4)合成孔径/逆合成孔径雷达技术和干涉仪合成孔径雷达技术(InSAR)：综合孔 径雷达(SAR)由于具有很高的距离和角度(切向距)分辨能力而可以对地实况成像; 逆综合孔径(ISAR)雷达则可用于对目标成像；InSAR雷达则可提供高程信息。 (5)超宽带雷达技术(UWB)； (6)高频超视距雷达技术(OTHR)； (7)双/多基地雷达技术； (8)综合脉冲与孔径雷达技术； (9) MIMO雷达系统；外辐射源雷达;网络雷达系统;等等……
2.雷达的发展和应用
雷达的分类
1：按雷达用途分为：预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、 测高雷达、战场监视雷达、机载雷达、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以 及防蝗、敌我识别雷达等。 2：按雷达信号形式分为：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达、噪声雷达 和频率捷变雷达等。 3：按角跟踪方式分为：单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽扫描雷达。 4：按测量目标的参数分为：测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识别 雷达等。 5：按采用的技术和信号处理的方式分为：各种分集制雷达(例如频率分集、极 化分集等)、相参积累和非相参积累雷达、动目标显(MovingTargetIndication， MTI)雷达、动目标检测(MovingTargetDetection，MTD)雷达、脉冲多普勒雷 达雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪(Track While Scan，TWS )雷达等。 6：按天线扫描方式分为: 机械扫描雷达和电扫描雷达等。 7：按雷达频段分为：高频超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达和激光雷达等。 8：按雷达工作平台分为：地基、机载、天基、舰载等。

高频部分


收发转换开关



接收机保护器 低噪声高频放大器 混频器 本机振荡器 匹配滤波器

作用：在发射时，使天线与发射机接通，并与接收机断开；在接收时，使天线与接收机接通，与发射机断开 分类：分支线型收发开关、平衡式收发开关
作用：将高频信号与本振电压进行混频并取出其差频, 使信号在中频(一般为30MHz至500MHz)上进行放大
主要内容
1.什么是雷达？ 2.雷达的发展和应用 3.雷达工作原理 4.雷达基本组成
4.1天线 4.2雷达发射机 4.3雷达接收机
4.2.1 单级振荡式发射机 4.2.2 主振放大式发射机
4.3.1 超外差式雷达接收机 4.3.2 雷达接收机的高频部分
5.雷达终端显示器和录取设备 6.雷达信号分选
6.1信号预分选 6.2雷达分选 6.3脉冲列综合分析处理
4
假负载 3
发射机
1 3dB 裂缝桥 (b)
4
接收机 保护器
平衡 (a) 发射状态; (b) 接收状态
4.3.2雷达接收机的高频部分
天线 2 发射机 铁氧体环行器 1 4 3 TR 管 (有源或无源) 二 极 管 至接收机 限幅 器 TR 限幅器
环行器和接收机保护器
TR放电管


二极管限幅器:PIN二极管+变容二极管
Tr
4.2雷达发射机
3.总功率
发射机的输入功率和它的输入总功率之比 高的总功率可以省电，也可减轻整机的重量

4.信号形式

影响发射机的射频部分和调制器
雷达的常用信号形式
4.2雷达发射机

Tr t (a ) t

Tr t
t
0
＋ ＋＋
－
(b )
＋
＋ ＋＋
－
＋
＋ ＋＋
－
＋
t
t (c)
三种典型雷达信号和调制波形
有源TR放电管---工作时必须加一定的辅助电压, 使其中一部分气体电离. 无源TR放电管---它内部充有处于激发状态的氚气, 不需要外加辅助电压.
4.4雷达终端显示器和录取设备
一、终端显示器 任务

类型

用来显示雷达所获得的目标和情报,显示的内容包括目标的位置及其运动情况，目标的各种特 征参数等 距离显示器---显示目标的斜距坐标 平面显示器---显示雷达目标的斜距和方位 高度显示器 情况显示器和综合显示器 光栅扫描雷达显示器


要求

显示器的类型选择 显示的坐标数量、种类和量程 显示的坐标分辨力 显示器的对比度 图像重显频率 显示图像的失真和误差
基本技术指标 工作频率；驻波比；阵面有效口径；方向图（水平波瓣和垂直 波瓣宽度）；天线极化方式（垂直﹑水平或全极化）；天线最 大增益；阵面单元组成；阵元间距；天线效能；输入阻抗；环 境温度；重量等。
4.2雷达发射机
任务 发射一种特定的大功率无线电信号 分类 单极振荡式

主控放大式（多级）

民用：

3.雷达工作原理
雷达工作原理示意图
3.雷达工作原理
4.雷达的基本组成
天线 发射机 接收机
信号处理机
终端设备
4.1天线
天线：向特定的方向发射和接收特定频段的电磁波
平板裂缝天线
振子天线
微带印刷天线
相控阵天线
抛物面天线
4.1天线
天线形状 波束形状 扇形波束 针状波束 扫描方式 机械扫描 电扫（相扫和频扫）方式

振荡器（输出包络为矩形脉冲调制的高频振荡）
米波---超短波三极管 分米波---微波三极管或磁控管 厘米波---多腔磁控管

优缺点

优点：简单、经济、比较轻便 缺点：频率稳定度差，难以形成复杂的波形，相继的射频脉冲之间不 相参，因而不能满足脉冲多普勒、脉冲压缩等现代雷达的要求
4.2.2主振放大式发射机
高频输入
接收机 保护器
低噪声高 频放大器
混频器
中频放大器 (匹配滤波器)
检波器
视 频 放大器
至终端设备
高 频 部 分
本振
超外差式雷达接收机简化方框图
发射机
收发开关 (T/R) 天线 接收机 保护器 低噪声 高 放
本机振荡
前置 中放 混频器
至主中放
雷达接收机的高频部分
4.3.1超外差式雷达接收机
组成
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
主振放大式发射机
4.2.2主振放大式发射机
特点 具有很高的频率稳定度 发射相位相参信号 适用于频率捷变雷达 能产生复杂波形 射频放大链 1000MHz以上 微波三、四极管 优点：体积轻、重量轻、工作电压低、相位稳定性和相位特性 对负载失配容限大 缺点：单级效率低、所要求的级数较多、频带不易做得很宽 1000MHz以上 行波管-行波管---机载雷达及要求轻便的雷达系统 优点：频带较宽、级数较少、结构简单 缺点：输出功率不大、效率不高 行波管-速调管---地面雷达 优点：提供较大功率、在增益和效率方面的性能好 缺点：频带较窄、笨重 行波管-前向波管---机动雷达、相控阵雷达、某些空载雷达 增益大、效率较高、频带较宽、体积重量不大
信号的 第一谱线
离 散 型 寄生输出
1 f0 －
f0
1 f0 ＋
矩形射频脉冲列的理想频谱
实际发射信号的频谱
4.2.1单级振荡发射机

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
单级振荡式发射机
4.2.1单级振荡发射机
组成

预调器 调制器

刚性开关调制器、软性开关调制器和磁开关调制器


所提供的大功率射频信号直接由一级大功率振荡器产生，并受脉冲调制器的控制 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，即提高信号的功率电平
主要质量指标 1.工作频率和波段


2.输出功率

按照雷达的用途确定 影响发射机的设计 1000MHz以下---微波三、四极管 1000MHz以上---多腔磁控管、大功率速调管、行波管以及前向波管 发射机送至天线输入端的功率 峰值功率 Pt 和平均功率 Pav： Pav Pt Pt f r

工作稳定性：指当环境条件和电源电压发生变化时，接收机的性能参数受到影响的程度
4.3.2雷达接收机的高频部分

a 发射机 4 a′ ATR b b′ TR 接收机
天线

4

4
分支线型收发开关原理图
4.3.2雷达接收机的高频部分
天线 2 TR 1和TR 2 假负载 3 接收机 保护器
发射机
1 3 dB 裂缝桥 天线 2 (a) TR 1和TR 2
4.2雷达发射机
5.信号的稳定度或频谱纯度
稳定度定义：指信号的各项参数（eg. 振幅、频率、相位、脉冲宽 度及脉冲重复频率等）是否随时间不应有的变化。 不稳定性的分类 规律性的不稳定---由电源滤波不良、机械振动引起 随机性的不稳定---由发射管噪声和调制脉冲的随机起伏引起 不稳定性的衡量 时间域：信号某项参数的方差 频域：频谱纯度（指雷达信号在应有的信号频谱之外的寄生输出）

中频放大部分 检波器和视频放大器
主要指标 灵敏度：表示接收微弱信号的能力 接收机的工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率范围 动态范围：表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围 中频的选择和滤波特性 工作稳定性和频率稳定度

抗干扰能力 微电子化和模块化结构

• 离散的---规律性不稳定：该离散分量的单边带功率与信号功率之比 • 分布的---随机性不稳定：偏离载频若干赫的傅里叶频率上每单位频带 的单边功率与信号功率之比
4.2雷达发射机
0
/(dB/Hz)
相 对 振 幅
1 Tr
sin f f
£20 £40 £60 分布型寄生输出 £80 £100 0 1 2 fm / kHz源自文库3 4
线性度好、成本低，且
4.3雷达接收机
任务 通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号从伴随的噪声 和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号 处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。
分类 超外差式 超再生式 晶体视放式 调频高频（TPF）式
4.3.1超外差式雷达接收机