雷达原理读书笔记.docx

雷达原理（Radar Principles） 读书“笔记”姓名：林中朝 学号：07074033西安电子科技大学2010-11-1 一、雷达的简介雷达基本工作原理如图1-1，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 图1-1 雷达的原理及基本组成基本雷达方程1、距离R 处任一点处的雷达发射信号功率密度：,雷达发射功率。2、对于定向天线，考虑到天线增益G，表示相对于各向同性天线，则 3、以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：, 雷达散射截面积。4、雷达天线接收面积，收到功率.5、最大测量距离：当雷达接收功率为接收机最小检测功率（即临界灵敏度）时时，雷达的基本组成如图1.2所示： 1.2 脉冲雷达基本组成框图1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。2、收发开关：收发隔离。3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。 4、接收机：超外差，高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测判决之前完成（MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）才有）。二、雷达发射机雷达发射机的任务和基本组成一、任务：产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号。1、振幅调制：CW pulse：width，repeat frequency2、 频率调制：fixed freq 频率分集 freq coded LFM 频率捷变3、相位调制：随机相位 相位相参 相位编码二、分类与组成1、单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件）图2-1 单级振荡式发射机（1）定时器提供以为间隔的脉冲触发信号 （2） 脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为的大功率视频脉冲信号。 （3）功率射频振荡器：产生大功率射频信号。 特点：简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差，。2、主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：先产生小功率的CW 振荡，再分多级进行调制和放大。图2-2 主振放大式发射机（1）定时器：给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号 （2）固体微波源：是高稳定度的 CW 振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲 （3）中间放大器：在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制 （4）出功率放大器：产生大功率的脉冲射频信号 特点：调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂，昂贵，效率低。三、雷达接收机雷达接收机的任务和基本组成一、 任务不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰等）。二、 超外差雷达接收机的组成优点：灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。图3-1 超外差式雷达接收机简化框图1、高频部分： （1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。 （2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。 （3）Mixer，LD，AFC：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。 2、中频部分及 AGC： （1）匹配滤波：（2）AGC：auto gain control. 3、视频部分： （1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两路） ，相位检波。 （2）放大：线形放大，对数放大，动态范围。雷达接收机的主要质量指标1、灵敏度：用最小可检测信号功率 表示，检测灵敏度，给定虚警概率 ，达到指定检测概率时的输入端的信号功率： =|=const，=const保证下面灵敏所需接收机gain=120-160 dB，-120-140dbw主要由中频完成。 2、工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度：10-20% 。 3、动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围，过载时的 |，80-120 dB。4、中频的选择与滤波特性： ，中频选择通常选择 30M500M，抑制镜频.实际与发射波形特性，接收机工作带宽有关。 5、工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处理，采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振，“稳定本振” 。6、抗干扰能力：杂波干扰（MTI，MTD） 、有源干扰、假目标干扰。 7、微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电路、IMIC中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。四、雷达的终端显示器和录取设备雷达的终端显示器一、显示器的主要类型（完成任务分类） 1、距离显示器： 图 4.1 显示目标的斜距坐标，用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小，所以又称为偏转调制显示器。 A显：直线扫掠，扫掠线长度和雷达的距离量程相对应，直线的起始点为雷达，回波距离点的长度表示距离，有距离刻度。 A/R 显：A显同上，R显上 A的某一段进行放大。 J 显：圆周扫掠，顶端为雷达圆弧长表示距离，读数精度提高 倍。2、平面显示器： 图4.2，又称 PPI(Plan position indicator)显，显示斜距、方位，是二维显示器，用亮点来显示坐标，属亮度调制显示器。 P显：圆心为雷达，径长表示距离，顶向方位为正北，圆周角表方位，顺时针方向。 偏心式 P显：移动原点，使放大给定方向。 以上两种均为极坐标。 B 式显示：直角坐标，常用微 B 式显示，距离和方位只显示一段。3、高度显示器：RHI 显示：水平距离和高度、仰角，雷达在左下方。4.情况显示器： 一次信息：雷达 二次信息：表格数据、特征符号、地图等。 5.光栅扫描雷达显示器： 数字显示技术的应用。既能显示目标回波的二次信息，也能显示各种二次信息以及背景地图。图4-1 三种距离显示器的画面图4-2 平面显示器图像五、雷达方程理想无损耗自由空间传播的单基地雷达方程1、 收发不同天线时，2. 收发共天线时，雷达实际作用距离受目标后向散射截面积 、 、噪声和其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。六、多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应1、 雷达发射连续波的情况发射信号：回 波： ， 若目标固定、固定相位差：若目标以匀速运动：=， ，同相 ，反相2、窄带信号时的多普勒效应 发射信号窄带表示：回波信号表示： 目标不动时：复包络有一固定迟延。而高频则有一固定相位差 匀速运动： 即：复包络滞后，而高频相位差 时间函数 若为常数，引起的频路差为：， 多普勒频率 （运动时，回波时间得严格推导） 若目标运动方向与雷达和目标连线夹角为 ，目标速度为 v 。则径向速度多普勒信息的提取 与 相比很小， 提取 要用差分差拍方法。即：、 的差值 连续波多普勒雷达