雷达基本理论与基本原理

雷达基本理论与基本原理

一、雷达的基本理论 1、雷达工作的基本过程

发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。 2、雷达工作的基本原理

一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2r

d v f λ

=,即可得到目

标的速度。

3、雷达的主要性能参数和技术参数 3.1 雷达的主要性能参数 3.1.1 雷达的探测范围

雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。

3.1.2 测量目标参数的精确度和误差

精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。

3.1.3 分辨力

指雷达对两个相邻目标的分辨能力。可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2

c R τ

∆=。因此，脉宽越小，距离分辨力越好

3.1.4数据率

雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。 3.1.5 抗干扰能力

指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。

3.1.6 雷达可靠性

分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。

3.1.7 体积和重量

体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。 3.1.8 功耗及展开时间

功耗指雷达的电源消耗总功率。展开时间指雷达在机动中的架设和撤收时间。 3.1.9 测量目标坐标或参数的数目

目标坐标是指目标的方位、斜距和仰角，此外，还指目标的速度和性质（机型、架数、敌我）。对于边扫描边跟踪雷达，还指跟踪目标批数，航迹建立的正确率。

3.2 雷达的主要技术参数 3.2.1 工作频率和工作带宽

雷达工作频率主要根据目标的特性、电波传播条件、天线尺寸、高频器件的性能以及雷达的测量精确度和功能等要求来决定

3.2.2 发射功率

分为脉冲功率和平均功率，雷达在发射脉冲信号期间所输出的功率称为脉冲功率，平均功率指一个重复周期内，发射机输出功率的平均值。

3.2.3 调制波形、脉冲宽度和重复频率

现代雷达则采用多种调制波形以供选择。脉冲宽度指发射脉冲信号的持续时间。脉冲重复频率指雷达每秒发射的射频脉冲个数，其倒数叫脉冲重复周期。

3.2.4 天线的波束形状、增益和扫描方式

天线的波束形状一般用水平和垂直面内的波束宽度来表示。天线增益用

24/G A πλ=表示。天线的主瓣在雷达的探测空域内以一定的规律运动，叫做扫

描。

3.2.5 接受机的灵敏度

指雷达接受微弱信号的能力，用接受机载一定的噪声电平时所能感知的输入功率的大小来表示。

3.2.6 终端装置和雷达输出数据的形式

3.2.7 电源供应

飞机和船舶上的雷达，为减轻重量，常常采用高频的交流电源。

4、雷达方程与目标检测

5、4.1基本雷达方程：

222

11

44

max32

min min

[][]

(4)4

t t r

i i

PG PA

R

S L S L

λσσ

ππλ

==

4.2雷达方程的讨论：

4.2.1提高雷达作用距离的途径：

（1)尽可能选用大孔径天线，即加大天线的有效面积或增益，但因此会影响雷达的抗风能力设计，机动能力设计和结构设计等；

（2)提高发射功率，但因此可能会出现高压打火以及增加设备的重量和体积等问题；

（3)尽可能提高接收机的灵敏度，但也可能出现抗噪声性能下降等问题；

（4)尽可能降低系统的传输损耗L。

4.2.2其他因素

（1)最小可检测信号的统计特性；

（2)目标雷达反射面积的统计特性；

（3)地球表面或大气传播的精确特性；

（4)雷达本身可能存在的各种损耗。

4.3 对雷达方程的进一步讨论

4.3.1检测因子：检测目标信号所需的最小输出信噪比，用

D表示，其中：

0min min

()()

r

o o

o

E

D SNR

N

==

r

E为信号能量。

4.3.2用检测因子和能量表示雷达方程

2

114

4max

32

0000[][](4)4t p t r t t r n B n B Pt G G E A A R kT F D C L kT F D C L

λσ

σ

ππλ== k —波尔兹曼常数 0T —系统等效噪声温度 n F —噪声系数 0D —检测因子

B C —带宽校正因子 优点：

1、当雷达在检测目标之前有多个脉冲可以积累时，由于积累可改善信噪比，故此时检波器输入端的检测因子将随脉冲个数的增加而下降，因此可以表明雷达作用距离和脉冲累计数之间的简明关系，可计算和绘制出标准曲线供查用。

2、用能量表示的雷达方程适用于当雷达使用各种复杂脉压信号的情况只要知道脉冲功率计发射脉宽就可以用来估算作用距离而不必考虑具体的波形参数。

4.4 噪声中的信号检测 4.4.1信号检测的基本准则

在信号检测中， 信号统计检测理论主要可分为贝叶斯准则和派生贝叶斯准则，其中派生贝叶斯准则主要又包括：最小平均错误概率准则、最大后验概率准则、极小化极大准则和奈曼-皮尔逊准则。

4.4.2门限检测

雷达信号的检测过程一般包括包络检波、门限、检测判决三个步骤，包络检波从雷达信号中滤去载频信号，解调出包络信号。经检波和放大后，然后与一个门限值进行比较，如果接收机信号超过该门限，则判定目标存在。

4.4.3雷达脉冲的积累

雷达对多个脉冲的检测结果求和，称为脉冲积累。脉冲积累可以改变检测因子，即改善检测信噪比。如果脉冲积累是在检波之前完成的，由于此时考虑了信号的相位关系，称为相参积累。反之，则称为非相参积累，在理想状况下，相参积累时的信噪比将改善N 倍，1()()CN SNR N SNR =∙，其中()CN SNR 表示N 各脉冲相参积累时的信噪比，1()SNR 表示单个脉冲检测的信噪比。与相参积累相比，非