现代雷达技术

现代雷达技术
6个基本问题
1,雷达的任务和特点是什么？
答：传统雷达的任务仅要求对目标距离、方位、高度进行测量，而高性能雷达则还需要测量目标的速度、加速度、目标回波特性起伏、极化特性、尺寸形状，甚至要求对目标进行微波成像；需要增大雷达作用距离，改善雷达分辨率，提高雷达数据率；并且要求雷达能对目标进行跟踪、识别和分类。

现代雷达系统采用最先进的微电子技术、计算机技术、现代信号处理技术等，使系统具有体积小，质量轻，功能丰富，具有数字化、信号多样化，调制方式复杂化、频带宽带化、网络化、智能化等特点，较传统雷达有着更远的探测距离，更好的分辨率、数据率、资源利用率，更强的自适应能力，更高的抗干扰能力和可靠性。

2,雷达的基本组成有哪些？
答：（一）半波振子
雷达想要探测目标，就要有无线电波。

雷达中能在空间激起无线电波的工具就是振子，其实就是一根金属棒。

电子在金属棒中来回反弹的过程叫做电振荡，如果反弹的过程中没有任何阻力的话，这种反弹会一直持续下去。

金属越长，电子流来回振荡一周所需要的时间也就越长，振荡频率也就越低了。

在振荡一周的时间内，电子流走过的距离就是波长。

显然，电子流在这段时间内，走过的距离恰好是金属棒长度的两倍。

所以，这种金属棒常称为半波振子。

半波振子上电子流的很高频率的电振荡，会在空间激发出频率相同的无线电波，它以光速飞快地离开振子向四面八方飞逝而去；半波振子是雷达向空间发射无线电波的器件。

因为半波振子能向空间发射无线电波，所以有时把它称为辐射器。

（二）发射机
半波振子中电子流的来回振荡会遇到阻力，要是不给它供给能量，使其克服各种阻力，这种振荡很快就会停止下来。

所以雷达中有一部机器，它能驱使半波振子上电子流的振荡按照我们的需要，强有力进行，这种机器叫雷达发射机，是半波振子的能源。

雷达发射机供给半波振子以高频率电振荡的能量，半波振子在空间激起无线电波。

一旦关断雷达发射机，半波振子也就停止向空间发射无线电波了。

所以控制发射机通断，就可以控制向空间发射无线电波。

（三）雷达天线
有了发射机和半波振子，就可以向空间发射无线电波了。

但这样发射出去的无线电波是不能用来搜索和探测目标的。

因为它向空间所有的方向都发射出无线电波。

雷达使无线电波定向发射的方法就是，不让半波振子直接向空间发射无线电波，而是让它把无线电波先发射到一个象大锅一样的反射器上，从反射器反射出来的无线电波就只朝一个方向发射了。

这种象大锅一样的反射器，叫做抛物面反射器。

反射器的大小，与无线电波的波长很有关系。

波长短，反射器就可以做得小一点；波长长，反射器就要做得大些。

在相同波长下，反射器越大，对电波的集聚作用就越好。

把半波振子（辐射器）和大锅样的反射器合在一起，看作一个整体，叫做雷达天线。

这种样子的雷达天线又特地叫做抛物面天线。

对米波雷达来说，把几十个甚至几百个半波振子按照一定的规律排起队来，也可以实现定向发射。

而且半波振子数目越多，定向性就越好。

在相同定向发射性能的条件下，雷达工作波长愈短，雷达天线的尺寸也就可以做的小一些。

但是不能说雷达的工作波长愈短愈好。

波长太短的无线电波在大气中传播时，会受到很大的损耗。

所以雷达工作的波长既不能太长也不能太短，它通常工作在超短波或微波波段。

（四）雷达接收机
从目标发射回来的无线电波，在雷达天线还没有来得及从一个方位转到另一个方位以前，就已经返回到它上面来了。

为了要从这些反射回来的无线电波身上了解到目标的情报（它的方位、高度、距离等），就必须要有一个象蝙蝠的耳朵那样的东西。

在雷达上，这一部分叫做雷达接收机。

为使雷达的探测距离尽量远，雷达发射机的功率是很大的。

但是从远距离目标上反射回来的无线电波的功率，却是极其微小的。

远距离目标反射回来的无线电波信号这么微弱，一般都要把它放大几百万倍以上，才能在雷达显示器上观察到。

这个放大几百万倍的任务就要由雷达接收机来完成。

雷达接收机与普通的超外差式无线电收音机在原理上是完全一样的。

但是它接收的是从目标反射回来的超短波或微波。

由于雷达的工作频率太高，要把这么高频率的信号直接放大几百万倍，是不大容易的。

因此，在信号进入接收机后，首先要把它的频率从较高的超短波或微波波段降低到一个较低的中频频率上，这就叫变频。

把这个频率降低了的信号，再经过许多级由晶体管或电子管构成的放大器一次次的放大，这样就能够比较容易地达到放大几百万倍地目的。

这种经变频后再放大地接收机就叫做超外差式接收机。

（五）雷达显示器
它是用于自动实时显示雷达信息的终端设备，是人机联系的一个接口。

雷达显示器通常以操纵员易于理解和便于操纵的雷达图像的形式表示雷达回波所包含的信息。

传统的雷达图像是接收机直接输出的原始雷达视频或者经过信号处理的雷达视频图像。

这称为一次显示。

经计算机处理的雷达数据或综合视频显示的雷达图像，称为二次显示。

雷达图像可插入各种标志信号，如距离标志、角度标志和选通波门等，甚至可插入或投影叠加地图背景，作为辅助观测手段。

为了录取目标信号或选择数据，雷达图像上可插入数字式数据、标记或符号。

雷达显示器还能综合显示其他雷达站或信息源来的情报并加注其他状态和指挥命令等，作为指挥控制显示。

与计算机相联系的显示控制台常采用键盘、光笔和跟踪球，甚至话音输入装置等，以这些来作为人机对话的输入装置。

3,雷达工作在什么频段？
答：雷达波段(radar frequency band) 雷达发射电波的频率范围。

其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C／S)。

大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30~300000MHz，相应波长为10m至1mm，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。

第二次世界大战期间，为了保密，用大写英文字母表示雷达波段。

将
不同频段的电磁波的传播方式和特点各不相同，所以它们的用途也就不同。

在无线电频率分配上有一点需要特别注意的，就是干扰问题。

因为电磁波是按照其频段的特点传播的，此外再无什么规律来约束它。

因此，如果两个电台用相同的频率（F）或极其相近的频率工作于同一地区（S）、同一时段（T），就必然会造成干扰。

因为现代无线电频率可供使用的范围是有限的，不能无秩序地随意占用，而需要仔细地计划加以利用。

4,雷达发射机的任务和组成分别是什么？
答：雷达是利用物体反射电磁波的特性来发现目标并确定目标的距离、方位、高度和速度等参数的。

因此, 雷达工作时要求发射一种特定的大功率无线电信号。

发射机在雷达中就是起这一作用,它为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号, 经馈线和收发开关由天线辐射出去。

发射机按工作方式分单级振荡式发射机和主振放大式发射机。

单级振荡式发射机只由一级大功率振荡器产生发射信号，其输出功率取决于振荡管的功率容量。

性能特点：1. 简单；经济；轻便2. 质量技术指标低3. 产生简单发射波形。

主振放大式发射机先由高稳固体微波源产生，再经级联的放大电路，形成满足功率要求
的发射信号，其输出功率取决于输出级发射管的功率容量。

性能特点：1. 复杂；昂贵；笨重2. 质量技术指标高3. 产生各种复杂发射波形。

单级振荡式发射机和主振放大式发射机的组成框图如下所示
单级振荡式发射机
主振放大式发射机
5, 雷达接收机的任务和组成分别是什么？
答：雷达接收机的任务：不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰等）。

超外差式雷达接收机的优点是灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。

其简化方框图如下。

它的主要组成部分:
1.高频部分：
（1）T/R 及接收机保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。

（2）低噪声高频放大器：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。

（3）Mixer，LD，AFC：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。

2.中频部分及AGC：
（1）匹配滤波：( / ) max o S N
（2）AGC：auto gain control.
3.视频部分：
（1）检波器：包络检波，同步（频）检波（正交两路），相位检波。

（2）视频放大器：线形放大，对数放大，动态范围。

6,影响雷达测量精度的因素有哪些？
答：雷达所测量的目标参数通常包括目标距离(回波时延)、距离变化率（多普勒频移）、方位角和俯仰角（回波到达角）等。

现代雷达还能测量目标尺寸、形状和其他参数。

测量精度的根本限制因素是噪声。

仔细说来，主要有六个影响因素：
(1)同步误差。

由于发射机电路及波导系统对发射脉冲的延时作用，造成扫描起始时刻超前于天线口辐射的时刻，势必造成显示屏上显示的目标距离将比天线口到目标的实际距离大，形成一固定的测距误差，此即同步误差。

(2)因固定距标和活动距标的不精确引起的测距误差。

固定距标和活动距标本身均有误差，用它们测量目标的距离必然也会有误差。

固定距标通常在雷达厂内已校准至误差为所用量程的0.25％以内。

活动距标的误差约为所用量程距离的1％～1．5％，使用中，应定期将它与固定距标进行对比。

(3)扫描锯齿波的非线性。

理想的扫描锯齿波应是直线上升的，但实际上往往是非线性的，这样，即使固定距标在时间上是等间隔的，但在荧光屏上出现的固定距标圈之间的间隔是不等的。

此时，利用固定距标测量目标距离，在内插时将会产生较大误差。

(4)因光点重合不准导致的误差。

因为雷达荧光屏上的光点是有一定尺寸的，若光点直径为d，则它会使回波尺寸在各个方向均增大d／2，所以回波的边缘并不恰好代表物标的边缘。

测距时用距标圈与回波前缘重合会由于重合不准而导致测距误差。

(5)雷达天线高度引起的误差。

雷达测定的物标距离是天线至物标的距离，而不是船舷至物标的水平距离。

天线高度越高，影响越大；物标距离越远，影响越小。

(6)脉冲宽度造成回波图像外侧扩大引起的测距误差。

由于脉冲宽度会造成雷达回波图像外侧扩大C·τ／2这是雷达回波图像的固有失真，倘若我们选择回波外侧边缘测距，必
然会引起C· τ ／2的测距误差。