《现代雷达系统理论》PPT课件.ppt

现代雷达系统理论,王一丁 中国科学院电子学研究所,第一章 绪论 第二章 信号检测与参数估计 第三章 目标分辨与模糊函数 第四章 脉冲压缩 第五章 合成孔径成像雷达,第一章 绪论,根据雷达分机和雷达测量方法分别介绍雷达的组成和测量原理。前者包括雷达发射机、雷达接收机、终端显示和数据录取设备的组成、基本工作原理及主要指标；后者包括雷达的测距、测角和测速的基本原理和各种实现方法。,第二章 信号检测与参数估计,雷达的基本任务是发现目标并测定其坐标。通常目标的回波信号中总是混杂着噪声和各类干扰，而噪声和各种干扰信号均具有随机特性，在这种条件下发现目标的问题属于信号检测的范畴，而测定目标坐标则是参数估计问题。,第三章 目标分辨与模糊函数,设计和研究雷达波形的主要数学工具是模糊函数。模糊函数最初虽由分辨问题引出，但是它不仅能描述雷达信号的分辨特性和模糊度，还可以描述由雷达信号决定的测量精度和杂波抑制特性。,第四章 脉冲压缩,近年来，从改进雷达体制方面来扩大作用距离和提高距离分辨力方面已有很大进步。这种体制就是脉冲压缩雷达体制，它采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而接收时则采用相应的脉冲压缩方法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而较好地解决作用距离和分辨力之间的矛盾。,第五章 合成孔径成像雷达,深入了解合成孔径成像雷达的原理、多普勒分辨理论、脉冲压缩技术、雷达信号模型、非聚焦合成孔径雷达和聚焦合成孔径雷达成像处理方法。,教学参考书,雷达原理丁鹭飞 等著 西安电子科技大学出版社 雷达成像技术刘永坦 等著 哈尔滨工业大学出版社,第一章 绪论,电磁波特性 电磁波频段 雷达概念 雷达基本组成 雷达基本指标 雷达参数选择 雷达分类 现代雷达技术发展趋势,电磁波特性（1）,光波特性 牛顿的光微粒学说 惠更斯的光波动学说,电磁波特性（2）,光波特性 光的量子学说 麦克斯韦尔理论,电磁波特性（3）,电磁波特性 方向性 直线性,电磁波特性（4）,电磁波产生,=C/f,电磁波特性（5）,电磁波与物体的作用 反射 透射 吸收,电磁波特性（6）,电磁波传输 空气中传输 天线 微波传输线中传输 波导, 电缆,电磁波频段,1. 功率 2. 穿透能力 3. 设备体积 4. 系统性能,雷达概念（1）,Radio Detection and Ranging 1. 目标斜距的测量 2. 目标角位置的测量 3. 相对速度的测量 4. 目标尺寸和形状的测量,雷达概念（2）,雷达方程,雷达基本组成,发射机 天线 接收机 数据采集 显示 定时 信号处理 控制系统 通讯系统,雷达原理框图,雷达发射机（1）,雷达发射机工作原理：,雷达发射机（2）,雷达发射机主要指标： 1. 工作频率或波段 2. 输出功率 3. 效率 4. 信号形式 5. 信号频谱纯度,雷达发射机（3）,使用器件 真空电子管发射机 晶体管固态发射机,工作方式 单级振荡式发射机 主振放大式发射机,雷达发射机分类：,雷达发射机（4）,磁控管发射机：,磁控管 调制器,雷达发射机（5）,行波管发射机：,雷达发射机（6）,固态发射机：,雷达天线（1）,雷达天线的工作原理：,雷达天线（2）,雷达天线的主要指标： 1. 方向图 2. 增益 3. 带宽 4. 极化 5. 副瓣电平,方位向方向图,高低向方向图,雷达天线（3）,雷达天线的分类： 1. 直接辐射类型 2. 间接反射类型,雷达接收机（1）,雷达接收机组成：,雷达接收机（2）,雷达接收机主要指标： 1. 灵敏度 2. 频带宽度 3. 动态范围 4. 滤波特性 5. 频率稳定度,雷达接收机（3）,雷达接收机分类： 1. 直接混频方式 2. 前级放大方式,雷达数据采集,1. 数据采集 2. 数据存储 3. 数据形成 4. 高速数据采集,雷达数据后处理,1. 角度信息处理 2. 距离信息处理 3. 速度信息处理 4. 目标特性处理 5. 综合信息处理,雷达定时,1. 雷达工作的中枢神经 2. 参数测量的基础 3. 信号产生的源头,雷达控制系统,1. 目标跟踪功能 2. 天线控制功能,雷达通讯系统,1. 指令传递 2. 数据传递,雷达基本指标（1）,战术指标 技术指标,雷达基本指标（2）,战术指标： 1. 雷达的探测范围 2. 测量目标参数的精度 3. 分辨力 4. 数据率 5. 抗干扰能力 6. 工作可靠性 7. 体积和重量 8. 功耗及展开时间 9. 测量目标坐标或参数的数目,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，它决定于雷达的最小可探测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围雷达的探测范围。,测量目标参数的精度 精确度的高低是以测量误差的大小来衡量的。测量方法不同精确度也不同。误差越小，精度度越高。雷达测量精确度的误差通常可分为系统误差、随机误差。所以往往对测量结果规定一个误差范围。,分辨力 分辨力是指对两个相邻目标的区分能力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力；两个目标处在相同距离上，但角位置有所不同，最小能够区分的角度称为角分辨力。,数据率 数据率是雷达对整个探测范围完成一次探测所需时间的倒数。也是单位时间内雷达对每个目标提供数据的次数，它表征雷达的工作速度。,抗干扰能力 雷达通常在各种自然干扰和人为干扰的条件下工作，其中主要是敌方施放的无源干扰和有源干扰。这些干扰最终作用于雷达终端设备，严重时可能使雷达失去工作能。所以现代雷达必须具有一定程度的抗干扰能力。,工作可靠性 雷达需要可靠地工作。通常用两次故障之间的平均时间间隔来表示，称为平均无故障时间MTBF。可靠性的另一个标志是发生故障以后平均修复时间MTTR。,体积和重量 体积和重量决定于雷达的任务要求、所用器件和材料。机载和空基雷达对体积和重量的要求很严格。,功耗和展开时间 这两项性能对雷达的机动性很重要。,测量目标坐标或参数的数目 目标的方位、斜距和仰角 目标的速度和性质,雷达基本指标（3）,技术指标: 1. 工作频率及工作带宽 2. 发射功率 3. 调制波形、脉冲宽度和重复频率 4. 天线的波束形状、增益和扫描方式 5. 接收机的灵敏度 6. 终端装置和雷达输出数据的形式 7. 电源供应,工作频率及工作带宽 雷达的工作频率主要根据目标的特性、电磁波传播条件、天线尺寸、高频器件的性能、雷达的测量精度和功能等要求来决定。工作带宽主要根据抗干扰的要求来决定。,发射功率 发射功率的大小影响作用距离。发射功率分为脉冲功率和平均功率。,调制波形、脉冲宽度和重复频率 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钟发射的射频脉冲的 个数,天线的波束形状、增益和扫描方式 方位波束形状、高低波束形状 扫描方式：机械扫描、电扫描,接收机的灵敏度 接收机的灵敏度是指雷达接收微弱信号的能力,终端装置和雷达输出数据的形式 终端装置是显示器 雷达输出数据形式,电源供电 电源供应： 50Hz, 400Hz,雷达参数选择（1）,工作波长的选择 脉冲重复频率的选择 脉冲宽度的选择 天线方向图和功率增益系数的选择 接收机噪声系数和通频带的确定 发射脉冲功率的计算 雷达波形的选择,工作波长的选择 从提高接收机灵敏度考虑 从提高作用距离考虑 从雷达的用途考虑 从地面或水面的反射影响考虑 从杂波干扰的影响考虑,脉冲重复频率的选择 从天线扫描引起的干扰考虑 从测距的单值性考虑 从脉冲积累个数考虑 从发射平均功率考虑,脉冲宽度的选择 从工作带宽考虑 从距离分辨力考虑 从稳定性考虑,天线方向图和功率增益系数的选择 水平波束选择 垂直波束选择 天线旁瓣电平 波瓣图的形状 天线增益,接收机噪声系数和通频带的确定 接收机噪声系数 接收机带宽,发射脉冲功率的计算,雷达波形的选择 足够的能量 足够的目标分辨力 良好的抑制能力,雷达分类（1）,非成像雷达 成像雷达,雷达分类（2）,非成像雷达： 火控雷达 制导雷达