雷达原理(Tek)

雷达简单组成框图
雷达主要组成框图
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和显示设备组成，基本组成框 图如图1所示。通常雷达工作频率范围为2MHz～35GHz，其中超视距雷达工作 频率为2～30MHz，工作频率为100～1000MHz范围一般为远程警戒雷达，工作 频率为1～4GHz范围一般为中程雷达，工作频率在4GHz以上一般为近程雷达。
波段名称 HF VHF/UHF L S C X Ku K Ka 频 率 分配雷达频段 超视距雷达
420~450MHz 890~940MHz
2～30 100～1000MHz 1～2GHz 2～4GHz 4～8GHz 8～12GHz 12～18GHz 18~27GHz 27~40GHz
远程雷达 中程雷达 中/近程雷达 近程雷达 近程雷达
1.215~1.4GHz 2.3~2.5GHz 2.7~3.7GHz 5.25~5.925GHz 13.4~14GHz 15.7~17.7GHz 13.4~14GHz 15.7~17.7GHz 24.05~24.25GHz 33.4~36GHz
1.2 雷达测量原理 1) 目标斜距的测量 脉冲雷达接 收时域波形
3) 目标尺寸和形状 当雷达测量具有足够高的分辨率，可以提供目标尺寸的测量。当雷 达和目标有相对运动时，可以利用多普勒效应切向距维的分辨率。 此外，比较目标对不同极化波的散射场，可以提供目标形状不对称 性的量度。复杂目标的回波振幅随时间会变化，可通过谱分析检测 到，这些信息为目标识别提供了相应的基础。
4) 相对速度的测量
多普勒雷达回波信号频谱
由于多普勒效应，从运动目标反射回来的回波信号频率与发射信号频率相比， 增加了一个多普勒频率偏移成分，上图是多普勒雷达回波信号频谱。测量回波 信号的多普勒频移，可得到目标速度信息Vr： Vr＝0.5×fd/λ 式（3） 式中为 fd为多普勒频移， λ 为雷达信号波长。目标面对雷达飞行，多普勒频 率为正，当目标背向雷达飞行，多普勒频率为负。 UHF 频段 fd 为多普勒频移在 10Hz ～ 100Hz 范围， HF 频段多普勒频移 1Hz ～ 10Hz，我们可以估算UHF频段多普勒雷达频率准确度约在10－8～10－9，HF频段 多普勒雷达频率准确度约在10－7～10－8，此时AWG需要外接标频。
2 雷达新技术
由于航空、航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采 用雷达作为探测和控制手段，对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多 目标测量要求， 新一代雷达对雷达原有技术作了相当大的改进，主要体现在： 锁相技术和高稳定振荡器； 频率捷变和线性相位； 采用编码扩频的低截获概率雷达技术； 动态目标显示和脉冲多普勒技术； 电扫描与相控阵； 数字信号处理与高速信号处理芯片； 超高速集成电路与专用集成电路。
老式雷达发射波形简单，通常为脉冲宽度为τ 、重复频率为Tτ 的高频脉冲串。 天线采用机械天线，接收信号处理非常简单。这种雷达存在的问题是抗干扰能 力非常差，无法在复杂环境下使用。 由于航空、航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用 雷达作为探测和控制手段，对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多目标 测量要求，新一代雷达对雷达原有技术作了相当大的改进，其中频率捷变和线 wenku.baidu.com相位信号、采用编码扩频的低截获概率雷达技术、动态目标显示和脉冲多普 勒技术是非常重要的新技术。 雷达频率分段
1 雷达组成和测量原理
雷达(Radar)是Radio Detection and Ranging的缩写，原意“无线电探测和测 距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。现代雷达的任务不 仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标速度，以及从目标回 波中获取更多有关目标的信息。
1.1 雷达组成
1.3 雷达探测能力――基本雷达方程
雷达能在多远距离上发现目标，由雷达方程来回答。雷达方程将雷达作 用距离和雷达发射、接收、天线和环境等因素连续起来。雷达能探测最远 距离Rmax如下： Rmax＝(PtGAeσ /(16π 2Smin))1/4 式中Pt为发射机功率，G为天线增益，Ae为天线有效接收面积，σ 为雷达 回波功率截面积，Smin为雷达最小可探测信号。 雷达方程可以正确反映雷达各参数对其检测能力影响的程度，不能充分 反映实际雷达的性能。因为许多影响作用距离的环境和实际因素在方程中 没有包括。
脉冲雷达接收时域波形
连续波雷达 频域波形
1) 目标斜距的测量 在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度，雷达到 目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定，雷达接收 波形参见图3，雷达到达目标的距离R为： R＝0.5×c×tr 式（2） 式中c=3×108m/s，tr为来回传播时间 2) 目标角位置的测量 目标角指方位角或仰角，这两个角位置基本上是利用天线的方向性 来实现。雷达天线将电磁能汇集在窄波束内，当天线对准目标时， 回波信号最强。 回波的角位置还可以用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来 决定。
一般雷达测试除进行频率、功率、相位噪声、噪声系数等常规测试外，但 是这样测试都只是在较低层次上进行射频、微波部件测试，同时提供测试用 雷达信号形式非常简单，不能满足复杂雷达信号测试需求。 更为重要的是，雷达在实际工作过程中接收到的信号并不是纯净的发射回 波，它包含各种杂波和多普勒效应，特别是在地形复杂或海面各种时，接收 机接收到的杂波比需要探测的物体回波大的多，而这一切目前没有通用测量 设备来生成雷达接收机所接收到的实际波形。因此各个雷达研制单位投入大 量人力、物力研制各种雷达模拟器，但这些模拟器往往受各种设计因素影响， 只是实际雷达波形的简化，并只考虑到典型的应用，对复杂的应用环境无法 模拟。这样无法及时发现雷达研制和使用过程中问题和隐患。因此我们需要 寻找一种新的手段模拟实际环境下的雷达信号， Tektronix的 AWG、 WCA、 TDS8000、TLA是解决这一问题的有利工具。