雷达原理复习提纲1课案

雷达

——Radar (Radio detection and ranging)

——无线电探测和测距。

定义：

雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测定目标信息的设备。早期任务：测距、探测

现代任务：获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等

1、电磁波特性

直线传播

二次辐射（反射）

实际空间充满了各种不同电磁特性的介质。电磁波在不同介质中传播表现出不同的特性。人们正是通过这些不同的特性获取介质或目标性质性的理论依据。因此电波传播是无线通信、遥感、目标定位和环境监测的基础。

2、发现目标方法及原理

3、雷达回波中的可用信息

回波中可提取的信息：

i.距离和空间角度

ii.目标位置变化（时间变化规律）

iii.目标尺寸和形状（分辨率）

iv.目标形状的对称性（极化）

v.表面粗糙度及介电特性

4、雷达基本工作原理

由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再定向辐射于大气中，如果目标位于定向天线波束内，截取一部分电磁能，再将这些截取能量向各方向散射，部分能量进入到雷达接收机。接收机将散射回波信号经信号处理送终端显示。

测定目标距离

目标斜距的测量 2r Ct R =

或 C

R

t r 2=

R ：单程距离m ， 往返时间s ，C 光速 ，1μs→150m

测距精度与发射信号（时宽）带宽（成处理后脉冲宽度）有关，脉冲越窄、性能越好

测定目标角度

一般用密位表示，2π=6000 密位=360°

角位置指方位成仰角，利用天线的方向性来实现。 天线尺寸越大→测角精度越低

回波波前方向（角位置）还可以利用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。

相对速度的测量

λ

r

d v f 2=

式中, f d 为多普勒频移，单位为Hz; v r 为雷达与目标之间的径向速度， 单位为m/s; λ为载波波长，单位为m 。

λ

θ

cos 2r d v f =

当目标向着雷达站运动时, v r ＞0, 回波载频提高; 反之v r ＜0, 回波载频降低。雷达只要能够测量出回波信号的多普勒频移f d , 就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。径向速度也可以用距离的变化率来求得, 此时精度不高但不会产生模糊。无论是用距离变化率或用多普勒频移来测量速度, 都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。 多普勒频移除用作测速外, 更广泛的是应用于动目标显示(MTI)、脉冲多普勒(PD)等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。

雷达探测能力→基本雷达方程

设雷达发射功率为P t ,距雷达R 远处任一点的功率密度 等于功率被假想的球面积4πR 2所除, 即

2

'14R

P S t

π=

对于定向天线，将发射机功率集中辐射于某些方向上。考虑天线增益G 用来表示相对于各向同性天线, 在辐射方向上功率增加的倍数。 则距雷达R 处目标所照射到的功率密度为：

2

14R G

P S t π=

目标截获了一部分照射功率并将它们重新辐射于不同的方向。用σ来表示目标散射截面积，则在雷达处的回波信号功率密度为

2

221

2444R R G P R S S t πσππσ⋅== σ的大小随具体目标而异, 它可以表示目标被雷达“看见”的尺寸。雷达接收天线只收集了回波功率的一部分, 设天线的有效接收面积为A e , 则雷达收到的回波功率P r 为

4

22)4(R GA P S A P e t e r πσ

=

=

最大测量距离

当接收到的回波功率P r 等于最小可检测信号S min 时, 雷达达到其最大作用距离R max , 超过这个距离后, 就不能有效地检测到目标。

4

/1min 2

1max

)π4(⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=S GA P R e σ

5、雷达的战术和技术参数

战术参数：与战术使用有关的参数。

技术参数：为保证战术参数分配到雷达各组成部分的技术指标。 （一）主要战术参数 1. 雷达的威力范围 • 最大作用距离 • 最小作用距离 • 最大仰角 • 最小仰角 • 方位角范围 2. 分辨力

雷达区分点目标在位置上靠近的能力

• 距离分辨力是指同一方向上两个目标之间最小可区别的距离 • 角度分辨力是指在相同距离上的两个不同方向的点目标之间最 小能区别的角度

3. 数据率

雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需时间的倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。单位：一般用秒（分）

4. 跟踪速度

自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度 5. 抗干扰能力

干扰最后作用于雷达显示设备或其它终端设备，严重时可能使雷达失去工作能力。近代雷达必须具有一定

程度的抗干扰能力。

6. 雷达测定目标坐标的数目和精确度

7. 体积和重量

8. 工作的可靠性 • 平均故障时间 • 平均修复时间

9. 使用条件 • 运输条件

• 架设和撤收时间 • 连续工作时间 • 机动性等等

（二）雷达相关技术参数

1. 波长λ

S 波段 10cm 波长 2000~4000MHz 7.5~15cm 3050MHz X 波段 3cm 波长 8000~12500MHz 2.4~3.75cm 9375MHz 天气好: X band; 天气坏(雨/雪) : S band 2. 脉冲宽度τ

每次发射脉冲的射频振荡持续时间.0.05~0.2us 3. 脉冲重复频率f/脉冲重复周期T f （P .R.F Pulse Repeat Frequency ） 每相邻两次发射脉冲的时间间隔 。（400~4000Hz ） 4. 发射峰值功率Pt: 在脉宽持续时间内的功率 5. 发射平均功率Pm: 在脉冲重复周期内的功率

T

P P t m τ=

6. 接收机灵敏度Prmin:表示接收机接收微弱信号的能力 P rmin = kT △f·N △f 接收机通频带 N 接收机噪声