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雷达原理习题解答 雷达原理习题解答 西安电子科技大学信息对抗技术系 雷达原理教研组 2005 9 西安电子科技大学信息对抗技术系 雷达原理教研组 2005 9 雷达原理习题解 第一章 第一章 1 1 解 目标距离 68 5 1000 103 10 1 5 10 150 22 c Rmk m 波长m1 0 103 103 9 8 多卜勒频率KHzMHzfd10300001 3000 径向速度smfV dr 50010 2 1 0 2 4 线速度smV 1000 60cos 500 1 2 解 a KmKmR6 37 5 1 0 100 4 1 max b dBk SkS ii 72 0 5 1 511 010 minmin 1 3 解 Tr 同步器输出 调制器输出 发射机高放输出 接收机高放输出 tr 混频输出 中放输出 第二章 2 1 解 重复周期 msT 平均功率 r 1 1000 1 WPav2400 1000 3 108 5 工作比 003 0 1000 3 D 2 2 解 1 雷达原理习题解 对发射信号的频率 相位和谱纯度任一参数有较高要求的情况下选用主 振放大式发射机 3 参数均无较高要求的情况下选用单级振荡式发射机 2 3 解 dBcKHzL50 10100000 10 lg101 2 4 答 1 p44 图 2 18 中 V2 的作用是 在阴极负高压作用期间 在管腔内产 生高功率的电磁振荡 并通过腔内的耦合探针将电磁能输出到腔 外 2 p47 图 2 23 中 VD1的作用是当 PFN 谐振充电到 2 倍电源电压后 防止 PFN 向电源的放电 而保持在 2 倍电源电压状态 VD2的作 用是在 PFN 放电期间改善其与负载的匹配 并抑制不匹配时产生 的振荡 3 在 p45 图 2 21 中若去掉 V2 则在 C0上可进行正常充电过程 但没 有放电开关 V2后 只能通过 R 放电 放电时间过长 且波形很差 微波管可能因连续工作时间过长而损坏 不能正常工作 2 5 解 2 雷达原理习题解 充电等效电路 R 放电等效电路 E C C RH 2 6 解 0 10V PFN 特性阻抗 Hc R C L Z 500 10 1025 10 6 为匹配放电 脉冲宽度 sLCn 942 01010256 106 2 7 解 谐振充电要求 HLL chch 44 8103 105 105103 1 9 2 4 49 匹配放电要求 等效阻抗 5 1674 670 2 nRR HH HL L 28105 167 5 167 10 92 9 充电等效电路 Lch 放电等效电路 E 3C C L C L C L RH 若重频改为 1000Hz 可在 Lch后加二极管 或将 Lch改为 33 76H 3 雷达原理习题解 2 8 解 a b c ic 上升时间s i CE t c s 15 0 80 10120000 10 0 下降时间 s i CEE t d g d 15 0 80 10120070 10 0 G1管平均功率Wtfi E src 4321015 06008060000 2 60 G2管平均功率 Wtfi EE srd g 4321015 06008060035 2 6 0 第三章 3 1 解 均按等效噪声温度比较 行波管高放 F 6dB 3 98 Te 3 98 1 290 K 864 2 K 参量放大器 F 1 8dB 1 51 Te 1 51 1 290 K 147 9 K 量子放大器 10 K 外噪声 TA 300 K 因此 仅从高放的噪声系数来说 量子放大器噪声性能最好 参量放大 器次之 行波管放大器性能最差 外噪声功率比行波管内噪声小 比参放和量放的内噪声大 3 2 解 329 9 101032901038 1 1 01 1 1 0 12623 0 FBGkTNFWN 4 雷达原理习题解 5 2415290329 72901KFTe 3 3 解 无源总损耗 混频器噪声系数729 09 09 09 0 102 02 c F 总噪声系数44 4 2 010729 0 14 10729 0 110 729 0 13 729 0 1 22 F 去掉低噪声高放29 34 2 0729 0 14 729 0 110 729 0 1 F 3 4 解 临界灵敏度dBmdBmSi45 1058 1lg106 114 min 3 5 解 接收机总噪声系数9478 5 3 015072 0 13 15072 0 17 6 72 0 12 4 72 0 1 F 内外噪声引起的总噪声系数2581 7 290 380 9478 5 0 T T FF A 接收机带宽MHzB46 0 103 37 1 6 接收机灵敏度dBmdBmSi76 10532581 7 lg1046 0 lg10114 min 3 6 解 内外噪声引起的总噪声系数4 290 290 3 0 T T FF A KTe 87029014 接收机带宽MHzB37 1 101 37 1 6 临界灵敏度dBmdBmSi61 1064lg1037 1 lg10114 min 单值测距范围Km f c R r 250 6002 103 2 8 第四章 4 1 解 X 偏转板 140V 100V 300V 67 s Y 下偏转板 467 s 5 雷达原理习题解 辉亮 1ms 4 2 解 扫略线长度 A B 同长 C D 同长 且 A B 是 C D 的两倍 量程 A 最小 B C 相同 且为 A 的两倍 D 最大 且为 A 的 3 倍 4 3 解 X 左偏转板 X 右偏转板 Y 上偏转板 Y 下偏转板 4 4 解 1 发射脉冲 扫略线圈电流 辉亮信号 2 扫略线圈电流 辉亮信号 67 s 4 5 解 目标距离Km msV cmVcm KmR150 100 1010 150 距离量程Km msV cmVcm Km300 10 1020 150 若将量程提高一倍 扫略电压正程时间需提高一倍 斜率降为 50V ms 4 6 解 未改 改 u x u g 6 雷达原理习题解 4 7 解 按照 5 7 自左下而上 再由上而下用顺序点阵法分解 如图所得序列为下表 1 为有辉亮 0 为无辉亮 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314 15 16 17 辉亮 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 18 19 20 21 22 23 24 2526272829303132 33 34 35 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 按照 5 7 自左下而上 再由上而下用程控点阵法分解 如图所得序列为下表 1 为有辉亮 0 为无辉亮 序号 增量数 X X Y Y 辉亮 1 1 0 0 1 0 0 2 1 1 0 0 1 1 3 2 1 0 0 0 1 4 1 1 0 1 0 1 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 1 0 1 7 3 0 1 0 0 1 8 3 0 0 1 0 1 9 4 1 0 0 0 1 书写速度 顺序点阵法每字符固定为 35 节拍 时钟周期 程控点阵法 取决于所写字符 本例中为 17 节拍 增量数之和 所以较快 存储容量 顺序点阵法固定为 35bit 程控点阵法取决于所写字符 本例 中为 5 17 85bit 所需容量较大 第五章 5 1 解 根据雷达方程 4 2 1 2 1 4 2 2 4 1 1 4 2 2 2 2 4 1 2 1 2 44 R R RRR AGP R AGP etet 5 2 解 7 雷达原理习题解 根据雷达方程 16 2 244 4 0 4 0 4 0 2 2 4 0 2 2 R R R AGP R AGP t etett 5 3 解 1 根据 RCS 的定义 1 222 21 4 4 S S RRSS 2 目标等效球体的总散射功率 2 21 4 RSSP 3 与入射功率无关 所以不变 5 4 解 1 在自由空间的最大跟踪距离 KmR 6 631 101 04 102041010 4 1 132 2 6 max 2 信标作用距离 KmR316228 101 04 1041010 2 1 72 6 max1 雷达作用距离 KmR316228 101 04 104101 2 1 132 max2 信标跟踪时最大作用距离 KmRRR316228 min max2max1max 5 5 解 虚警时间满足 10 6 1039 1 1023600 1 1 fa fa fa P BP T 虚警数 96 102 71023600 1 fa fa P n 由于 2 2 2 T V fa eP 所以 737 6 1039 1 ln2ln2 10 fa T P V 5 6 解 1 根据全概率公式 52 01 04 08 06 0 ABPAPABPAPBP 48 01 BPBP 2 根据条件概率 BAPBPABPAPBAP 所以 8 雷达原理习题解 923 0 52 0 8 06 0 BP ABPAP BAP 5 7 解 由 p137 图 5 7 在时 查得检测因子为 11 2dB 在 时 查得检测因子为 16 3dB 50 10 6 dfa PP 90 10 12 dfa PP 由 p148 表 5 3 小型歼击机 2m2 大型远程轰炸机 40m2 相差 dB01 1320 2 40 检测信噪比增加 dB91 7 2 11 3 1601 13 对检测距 离影响 5767 19775 1491 7 dB倍 检测距离为 300Km 1 5767 473 01Km 5 8 解 1 天线扫描周期s41560 脉冲积累数204 360 3 600 n 由 p137 图 5 7 查得单脉冲检测时 信噪比为 15 6dB 由 p140 图 5 10 查得 n 20 检测因子为 5 3dB 对 距 离 改 善 90 10 12 dfa PP 90 10 12 d P fa P dB575 243 56 15 作 用 距 离 为 Km54310300 2575 0 2 天线扫描周期s20360 脉冲积累数10020 360 3 600 n 由 p140 图 5 10 查得 n 100 检测因子为 0 7dB 对距离改善 90 10 12 dfa PP dB725 347 06 15 作用距离为 Km70710300 3725 0 3 SWELLING 型起伏时 由 p151 图 5 15 查得信噪比附加 8dB 相 参积累 20 的改善为 13dB 对作用距离影响33 125 14 813 dB 作用距离为 Km40033 1300 5 9 解 以直视距离 Km654 为宜 9 雷达原理习题解 5 10 解 1 天线口径不变 波长使增益成为 e AG 2 4 当波长从 10cm 变到 3 2cm 时 增益提高766 9 2 3 10 2 倍 KmR88 44 766 9 100 4 1 max 2 按非起伏目标 Pd 0 9 Pfa 10 10由 p140 图 5 10 查得 当 Pfa 10 6 Pd 0 9 时 dBD6 4 0 dBD8 2 0 距离增加到 109 145 0 4 8 26 4 dB倍 KmR 9 110109 1 100 max 3 由于 a H 2001 480 所以mHa84 28200 1 4 80 2 4 天线扫描速度提高一倍则脉冲积累数减为 10 查 p140 图 5 10 得 距离为dBD6 0 923 0 35 0 4 66 4 dB倍 KmR 3 92923 0 100 max 5 11 解 天线增益提高11 11 3 10 2 最大作用距离 0 4 1 0max 732 1 100 81 11 11RRR 5 12 解 204 050 理想中频积累达到相同积累效果时需要 20 个脉冲 5 13 解 1 接收灵敏度dBmdBmSi54 982lg10 290 290 10lg106 1lg10114 min KmR6 191 10104 3056 01010 4 1 854 94 0 3 2 89 max 2 输入端信号功率 dBmWPr27 9410 10105 14 3056 0 1010 427 12 4 0 4 5 3 2 86 输入端噪声功率dBmdBmBKTA96 1116 1lg10114 输入端信噪比 dB69 1796 11127 94 10 雷达原理习题解 输出端信噪比降低 F 倍 为 dB276 711lg1069 17 5 14 解 虚警概率 6 2 25 2 107 3 2 2 eeP T V fa 按 m 12dB 非起伏目标 由 p137 图 5 7 得 接收带宽 6 10 fa P 75 0 d PMHzB685 0 102 37 1 6 系统噪声系数dBF07 6 05 4 290 20 10 6 0 灵敏度dBmdBmSi57 971207 6 685 0lg10114 min 最大作用距离 KmR750 101 04 5042 17102 4 1 757 92 2 2 9 max 5 15 解 直视距离 Km 64 接收带宽MHzB85625 0 106 1 37 1 6 脉冲积累数 7 16400 360 5 1 6 60 n 由 p140 图 5 10 得非起伏 由 p151 图 5 15 得附加 7dB 使 dBD5 5 0 dBm 5 1275 5 接收灵敏度dBmdBmSi 4 90 5 1215lg1085625 0 lg10114 min 不考虑地面反射 大器衰减时的最大作用距离为 KmR194 101 04 1546103 4 1 04 92 2 2 8 max 与直视距离综合后为187 6Km 仰角为 06 0 6 187 2 01 sin 1 由p157图5 18a 得双程衰减 2 6dB 平均每公里双程衰减为KmdB 014 0 6 187 6 2 由 p158 图 5 20 按 194Km 得修正后最大作用距离为 160Km 考虑地面反射后KmKmR313 106 11 0 20010002 sin2160 5 max 第六章 11 雷达原理习题解 6 1 解 频率计指示 MHz c R f 3 2 300 2502 2 2 测距精度 m cF R875 1 10222 10350 10222 6 5 6 距离分辨力 m c FR75 3 1022 10350 1022 6 5 6 发射频率 接收频率 发 收频差 6 2 解 距离 2 Fc R 式中 Fc 分别为电波传播速度 收发频差 调频斜率 测距误差m fc R5 1 1054 10100103 4 6 38 6 3 解 1 当准确跟踪时 图中 A B C D E 五点波形 A B C D E 2 回波脉冲中心滞后两波门中心 且 0 t 2 图中 A B C D E 五点波形 12 雷达原理习题解 A B C D E 3 该时间鉴别器的时间误差鉴别特性 3 2 2 0 2 3 2 t 第七章 7 1 解 单向和双向辛克函数方向图中 00 3602 b 其中 00 分别是以弧度 度为单位的零点波束宽度 单向高斯函数方向图中 18 1 5 0 a 5 0 是半功率波束宽度 双向高斯函数方向图中 67 1 5 0 b a 5 0 是半功率波束宽度 7 2 解 相位法测角的物理基础是 利用目标回波在不同天线口面的波程差形 成的信号相位差 且在一定的条件下 该相位差与回波到达方向成单值影 射关系 通过测量相位差可唯一确定目标方向 最大信号法以接收信号功率最大时的天线波束指向作为目标所在方 向 等信号法以相邻波束接收信号功率相等时的天线等波束指向作为目 标所在方向 其精度高于最大信号法 13 雷达原理习题解 7 3 解 理论读数测得的角度应为 4712 19 360 60 2sin 360 60 sin 11 d 两天线测角应为 8275 20 360 64 2sin 360 64 sin 11 d 三天线测角时 长基线无模糊相位应为 42666360 360 764 int360 360 int 13 12 13 12 13 d d 三天线测得角度应为 7609 19 3605 3 426 sin 360 426 sin 11 d 所以三天线测角的精度较高 7 4 解 天线波束的扫描方法有机械扫描和电扫描方法 机械扫描的优点是 扫 描范围大 扫描控制简单 缺点是 扫描速度慢 惯性大 电扫描的优 点是 扫描速度快 波束数量 形状 驻留时间等控制灵活 缺点是 扫描控制复杂 7 5 解 1 根据无栅瓣条件 每个阵元间距1 30sin2 1 sin2 1 max d 2 选 择9 0 d 扫 描 角 为6 时 相 邻 移 相 器 的 相 移 量 867 336sin9 0360 采用 4 位数字移相器时移相器控制数据 11 1 0 5 0 5 22 360 mod int5 0 360 2360 mod int 4 i ii in 得 到各数字移相器控制数据如下表 14 雷达原理习题解 i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 n i 0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 1 扫描角为 30 时 相邻移相器的相移量 16230sin9 0360 得到各数 字移相器控制数据如下表 i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 n i 0 7 14 6 13 4 11 2 10 1 8 15 3 当扫描角为时 0 30 4 4 30cos12 8 50 9 0 30cos 8 50 5 0 Nd 7 6 解 图中所示的相邻移相器相位为 45 2 360 2 4 所以 478 14 360 452 sin 360 sin 11 d 若波束指向角为 则各移相器控制数据分别为 0 14 12 10 若波束指向角为 2 则相邻移相器相移量应为 142 87484 05 0360478 142sin360 d 各移相器控制数据分别为 3 2 1 0 5 0 5 22 360 142 87mod int i i in i 0 1 2 3 n i 0 4 8 12 7 7 解 根据最大作用距离确定雷达的脉冲重复周期 ms c R Tr2 103 30022 5 max 波束立体角 2 32 232 搜索空域立体角 2 924715sin45sin 3 57360 V 15 雷达原理习题解 搜索周期 0759 165 61 3 10210161 3836 3 sNT V T rs 数据率 01622 065 6111 s TD 7 8 解 波导波长 cm a g 68 7 62101 10 21 22 0 0 相邻馈线长度 L 引起的相移为 1500360 g L 取模后 60 波束指向角为 47 19 360 602 sin 360 sin 11 d 7 9 解 相邻馈源的波程差 gg tgtgdl 3 115sec15sec 产生的相邻相位差 468360 g l 取模后 108 波导波长 cm g 68 7 62101 10 2 馈源间距 cmd g 68 7 波束指向角为 23 36068 7 10810 sin 360 sin 11 d 7 10 解 1 该系统原理是 利用不同抽头的迟延线形成相移 该相移正好与电 波相移一致 合成不同指向的同时多波束 在图示系统中的 3 波束 指向如下图 2 当时 需要的相邻相移为 0 20 2 1 0 36056 613605 012320sin360 nnn d 16 雷达原理习题解 30MHz 频率的空间波长为 10m 电缆波长为 m g 44 425 2 10 0 传播速度为 88 1033 125 2 103 ccg 电缆长度 ml76 044 4 360 56 61 迟延时间nst7 5 1033 1 76 0 8 3 形成 5 个间隔的波束 5 路接收延迟线设置如下图 0 20 A0 B0 C0 D0 E0 左 2 左 1 中 右 1 右 2 L L L B1 C1 D1 4 L L L L 4 L A4 B2 C2 D2 E4 左 2 波束 A8 B6 C4 D2 E0 L L 左 1 波束 A4 B3 C2 D1 E0 B3 D3 中间波束 A0 B0 C0 D0 E0 4 L 3 L 2 L 3 L 4 L 右 1 波束 A0 B1 C2 D3 E4 右 2 波束 A0 B2 C4 D6 E8 A8 B6 C4 D6 E8 7 11 解 由于目标偏离等信号方向 锥轴方向 在天线扫描过程中 引起目 标回波信号振幅受到角度偏离的调制 调制深度取决于偏离角的大小 调制频率与锥扫频率一致 调制初相取决于目标偏离的方向 17 雷达原理习题解 7 12 解 1 误差包络 120 2V 0 t 2 s 2 当目标处于位置B 相位鉴别器的方位基准信号采用t s sin 仰角基准 信号采用t s cos 此时天线等信号轴O点将向B点平移运动 直到与B点重 合 第八章 8 1 解 fd 1 sin 2v fd 2 0 2 2 sin 0 DOBAO 当O点为时间零点时 00 1 DvtDvttg 0 fc 带入 1 式得到 0 0 2 2 sin 2 cD tfvv fd fd 回波频率为 0 2 0 0 0 C 2 D vf kktff 0 t 相干检波器输出为如图所示 包络受多卜勒频率调制的脉冲串 8 2 解 18 雷达原理习题解 1 335 0 7 5 0 5 3 3 6 10221041052 102 03 0 1032 105 03 0 105 72 105 7 3600 1027 Hzfsmv dr 2 相干视频信号波形 5 105Hz 4ms 6 s 3 相干视频信号的振幅谱 250Hz 333KHz 500KHz 667KHz 8 3 解 1 相邻两回波脉冲信号相位差的变化量 rd rr T Tv 2 2 2 6 103 105 1 23 0222 2 103 3 022 3 0001 0300 8 9 8 R ns c R tmTvR rrr 8 4 解 相干检波器输出波形 4 rd ff 4 rd ff A 显画面 tr t 19 雷达原理习题解 8 5 解 1 smvr 25 5 8 94 0 8 9 104 103 1032102 500 103 103252 HzFd 2 smvr 125 5 8 94 0 8 9 104 103 1032102 2500 103 1031252 HzFd Hzfd500 Hzfd2500 8 6 解 目标多卜勒频率 sin 2 0 60002 sin 2 r d v f 当 从到时 多卜勒 频率从 0 连续变化到 0 0 0 30 Hzfd3000030sin 2 0 60002 max 当雷达重复频率 时 共有Hzfr600 50600 30000 个盲速点 首点除外 这些方向满足 50 2 1 01 0sin sin60000600 1 iii ii 8 7 解 盲速和频闪效应均为不满足取样定理条件 多卜勒频率低于脉冲重 频一半 因此存在速度 多卜勒频率 测量的多值性 其中盲速时的多 卜勒频率恰为脉冲重频的整数倍 8 8 解 1 相消器输出 1 0 2 sin2 3 0cos20 3 0sin 1 3 0sin10 nTTnT nTTnnTu drdrdr drdrr 带入参数 1 0 45 1667 1cos 3 13 1300 300 sin 1300 300 1300 3002 3 0cos20 n nnnTu r 20 雷达原理习题解 13 3V n 0 1 2 3 4 5 6 7 2 当 2 1 0 22 kk T dr 时 频率响应值最大 此时最大值为 20V 8 9 解 1 slss n nre tjututjnTtrectutu exp exp 0 tjtnTtrectuktu tjutu tjtnTtrectkutu tjtnTtrectutu d n rrtdd nicc ndi n rrtI n ndrrtH exp exp exp exp 1 01 2 对相干振荡器定相的目的是消除磁控管振荡器随机性的相位分量 n 以便在相位检波过程中保留目标回波中的多卜勒频率 3 如果本振相邻周期间频率变化值Hzfl15 动目标显示范围 0 75km 脉冲重复周期为 mscR r 5 01037522 5 T 引起的相消剩余 U U 为 024 0 2 105 0152 sin 2 sin 3 rdT 8 10 解 1 固定目标对消后残留 运动目标 2 3 由于正交双通道处理避免了强固定目标回波造成的连续盲相所以可观 测动目标 8 11 解 21 雷达原理习题解 在参差 T 条件下 如果目标的多卜勒频率低于多个脉冲重复频率的最小 公倍数 则可以分辨运动目标和固定目标 在均匀 T 条件下 如果目标的多卜勒频率不是脉冲重复频率的整数倍 则可以分辨运动目标和固定目标 8 12 解 设输入相参振荡信号和接收机回波信号 tsc tsr分别为 rrrrcckc tjUtstjUts exp exp kr UU 则 crcrr crcrr tkUtQ tkUtI sin cos 其中 dcr 所以 crdrcrdr tkUtQtkUtI sin cos 2 sin 2 cos2 2 sin 2 sin2 rdrd crdr rdrd crdr TT tkUtQ TT tkUtI 2 sin2 rd r T kUU 8 13 解 由于正交双通道处理的输出分别为 n drrr n drrr ttnTtrectkUtQ ttnTtrectkUtI sin cos 经过各自的一次相消滤波器后分别为 n rdrddrrr n rdrddrrr TTttnTtrectkUtQ TTttnTtrectkUtI 2sin2cos 2 2