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雷达相关原理 第一部分雷达基本工作原理 1 1基本概念 雷达 Radar Radiodetectionandranging 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 3 电磁波特性 直线传播二次辐射 反射 目标 4 雷达目标 雷达所能发现的所有目标 船舶岛屿 陆地 浮标海浪杂波雨雪杂波 5 目标信息 相对位置 距离和方位 真速度真航向CPA ClosestPointofApproach TCPA DistancetoCPA 6 1 2海上雷达的用途 7 雷达 ARPA ECDIS GPS DGPS和自动舵构成的自动船桥系统是未来主要的导航系统 8 雷达结构及其工作原理雷达影像失真的特点及其产生原因影响雷达正常观测的诸要素雷达测距 测方位雷达定位与导航雷达航标 1 3雷达考核内容 9 1 4雷达的测距与测向原理 10 1 雷达测距原理 t 往返于天线与目标的时间 C 电磁波在空间传播速度3 108m s 2 雷达测向原理借助于定向天线 扫描 1 4雷达的测距与测向原理 11 2雷达基本组成 发射脉冲 回波 发射机 接收机 电源 船电 船首线 微波传输线 天线 方位 回波 T R 触发器 显示器 12 1 波长 S波段10cm波长2000 4000MHz7 5 15cm3050MHzX波段3cm波长8000 12500MHz2 4 3 75cm9375MHz 2 脉冲宽度 每次发射脉冲的射频振荡持续时间 0 05 0 2us 3雷达相关技术参数 天气好 Xband 天气坏 雨 雪 Sband 13 3 脉冲重复频率f 脉冲重复周期Tf P R FPulseRepeatFrequency 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 3雷达相关技术参数 5 发射平均功率Pm 在脉冲重复周期内的功率 6 接收机灵敏度Prmin 表示接收机接收微弱信号的能力 Prmin kT f N f接收机通频带N接收机噪声K波尔兹曼常数T接收机端绝对温度 14 7 接收机带宽 f指在放大情况下 允许通过接收机的信号频率范围 3雷达相关技术参数 长脉冲 窄范围的频谱 f 噪声 灵敏度 失真 f 噪声 灵敏度 失真 兼顾 远量程 f 灵敏度 近量程 f 灵敏度 航海雷达1 25MHz 15 8 天线增益定向天线最大辐射方向的功率与点状天线各向均匀辐射的平均功率之比 表示定向天线的功率集束能力 3雷达相关技术参数 9 水平波束宽度 H在水平面内的波束半功率点的宽度 L qH 方位分辩率 一般为1 16 10 垂直波束宽度 V表示在垂直面内的波束半功率点的宽度 为防止船舶摇摆时不至丢失目标 一般15 30 3雷达相关技术参数 17 通过分析雷达使用性能及其影响因素 了解雷达影像失真的特点及其产生原因 是正确理解和使用雷达图像信息的前提 4雷达使用性能及其影响因素 最大探测距离最大作用距离最小作用距离距离分辨率方位分辨率 18 在考虑地球曲率 天线高度 物标高度及雷达电波传播空间大气折射影响时 雷达可能观测的最大距离 4 1最大探测距离 19 一台雷达在一定的电波传播条件下 对某一特定的物标 雷达能满足一定发现概率是 所能观测到物标的最大距离 其影响因素包括 4 2最大作用距离 雷达技术参数物标反射性能海面反射 工作环境 大气衰减 20 1雷达技术参数对雷达最大作用距离的影响 4 2最大作用距离 Pt 天线发射的脉冲功率 GA 天线增益 工作波长 Prmin 接收机门限电压 0 物标有效散射面积 21 2物标反射性能对雷达最大作用距离的影响 4 2最大作用距离 大小尺寸物标形状表面结构入射波的方向物标质地工作波长 22 3海面 镜面 反射对雷达最大作用距离的影响 4 2最大作用距离 到达物标有直射波和海面反射波 两者互相作用造成雷达波束在垂直方向上的分裂现象 回波将时隐时现 23 4大气衰减对雷达最大作用距离的影响 4 2最大作用距离 与工作频率有关 S波段强于X波段大雾对雷达回波有影响与天线波束宽度及脉冲宽度有关 指雷达波在大气层传播过程中受到大气吸收或散射导致雷达波能量的衰减 其特点是 24 4 3最小作用距离 指雷达能在显示器屏幕上显示并测定物标的最近距离 最小作用距离取决于 脉冲宽度 和收发开关恢复时间tr 雷达的安装位置 吃水 垂直波束宽度 Rmin2 H ctg v 25 4 4距离分辨率 指雷达分辨同方位的两个相邻物标的能力 取决于 量程选择脉冲宽度和回波波形屏幕大小及象素点接收带宽 26 4 5方位分辨率 指雷达分辨距离相同方位相邻的两个物标的能力 取决于 水平波束宽度荧光屏及象素点大小增益亮度调整 27 5雷达指标对使用性能影响 工作波长 脉冲宽度 脉冲重复频率f 发射峰值功率Pt 天线波束宽度天线转速nA天线极化型式 接收机通频带 f 28 5 1工作波长对使用性能影响 正常天气观测较小的物标时 3cm雷达的rmax要比10cm的大雨雪天 则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多 1对最大作用距离的影响 2对距离分辨率和测距精度的关系 工作波长越短 脉冲前沿越短 测距精度高 脉冲前沿越短 有利于缩短脉冲宽度 提高距离分辨率 3对方位分辨率和测方位精度的关系 工作波长越短 天线水平波束宽度越窄 方位分辨率和测方位进度越高 4抗杂波干扰能力的关系 工作波长越短 雨雪海浪等对雷达波德反射越强 干扰越大 29 5 2脉冲宽度对使用性能影响 脉冲宽度越大 能量越大 作用距离越大 1对最大作用距离的影响 2对最小作用距离的关系 脉冲宽度越小 rmin越小 3对距离分辨率和测距精度的关系 脉冲宽度越小 rmin越小 距离分辨率越高脉冲宽度越小 雷达回波图像外侧的图像扩大效应越小 图像失真小 有利于提高测距精度 4对抗杂波干扰能力的关系 脉冲宽度越短 缩短照射在雨雪及海浪上的时间 干扰回波较弱 30 5 3天线波束宽度对使用性能影响 H越小 GA越大 rmax越大 H越小 amin越小 方位分辨率越高 H越小 回波图像的 角向肥大 H 2 越小 测方位精度越高 H越小 照射到海浪 雨雪等范围小 杂波干扰回波强度小 1天线水平波束宽度 H 2天线垂直波束宽度 v v越小 GA越大 rmax越大 v越大 最小作用距离越小 v越小 v越小 照射到