雷达原理09年A卷答案.pdf

南京理工大学课程考试试卷答案及评分标准南京理工大学课程考试试卷答案及评分标准 A 卷 课程名称 课程名称 雷达原理 雷达原理 学分 3 教学大纲编号 04041901 试卷编号 A 卷 考试方式 闭卷 笔试 满分分值 100 5 考试时间 120 分钟 常用分贝 功率 换算表 1dB 1 26 2dB 1 6 3dB 2 4dB 2 5 5dB 3 2 7dB 5 8dB 6 3 2 3dB 3 4 77dB 4 6dB 5 7dB 6 7 78dB 7 8 45dB 8 9dB 常用分贝 功率 换算表 1dB 1 26 2dB 1 6 3dB 2 4dB 2 5 5dB 3 2 7dB 5 8dB 6 3 2 3dB 3 4 77dB 4 6dB 5 7dB 6 7 78dB 7 8 45dB 8 9dB 注意 简答题必须语句完整 推导题和计算题必须要有分步过程及必要的文字说明 直接写出结果最多 只得一半分 各题中若出现无文字说明的箭头符号将被扣分 注意 简答题必须语句完整 推导题和计算题必须要有分步过程及必要的文字说明 直接写出结果最多 只得一半分 各题中若出现无文字说明的箭头符号将被扣分 一 填充选择题 15 空 每空 2 分 共 30 分 一 填充选择题 15 空 每空 2 分 共 30 分 1 在以下雷达参数中 c 对目标雷达截面积的影响最小 a 波段 b 视角 c 脉冲重复频率 d 极化 2 某雷达接收机的输入信噪比为 SNRi 10 输出信噪为 SNRo 4 则该雷达接收机的噪 声系数为 4 dB 3 在某对空警戒雷达接收信号中 从空中飞机反射回来的电磁波称为 b 从己方其 它同频雷达泄漏过来的电磁波称为 a 从云层反射回来的电磁波称为 d a 干扰 b 目标 c 噪声 d 杂波 4 机械扫描 相位扫描 机械扫描 频率扫描 雷达的最大作用距离将不随扫描角度 的变化而变化 5 单级振荡 单级振荡 超外差 主振放大 超再生 式雷达发射机的频率稳定度较差 相继发射脉冲之间的相位通常不相参 6 以下哪个部件最不可能属于雷达接收机 c a 低噪高放 b 混频器 c 脉冲调制器 d 信号处理机 7 雷达接收机带宽应 大于 小于 等于 大于 不确定 该雷达的发射信号带宽 8 某雷达工作频率为 6GHz 则该雷达属于 C L S C X 波段 9 振幅和差式单脉冲雷达的鉴角特性曲线是 差波束比和波束 差波束 和波束 差波束比和波束 和波束比差波束 随目标角误差变化的函数关系曲线 10 A 雷达与 B 雷达的发射脉冲宽度分别为 4 s 和 6 s 发射信号带宽分别为 0 5MHz 和 1MHz 则 A 雷达的距离分辨力 低于 低于 高于 不确定 B 雷达 11 某车载全相参脉冲雷达的峰值发射功率为 Pt 脉冲重复频率为 f r 工作频率为 f 0 雷 达车以速度 vr直线行进 在雷达车正侧方某处有一巨石 测得该巨石的脉冲回波延时 为 则对雷达接收机来说 该巨石的距离为 c 2 若该雷达采用 N 个等幅脉 冲进行多普勒滤波处理 则该雷达的多普勒分辨力为 fr N 12 根据最优滤波理论 匹配滤波器应位于白化滤波器 之后 之前 之后 都可以 注 该题为基本题 考核的基本知识点包括 目标截面积 噪声系数 雷达接收信号 天 线扫描规律 发射机与接收机组成 信号与接收机带宽 雷达波段 单脉冲雷达测角 距 离分辨力 多普勒分辨力 二 判断题 5 小题 每题 2 分 共 10 分 正确打 错误打二 判断题 5 小题 每题 2 分 共 10 分 正确打 错误打 1 A 型雷达终端显示器采用的是由斜距和方位构成的极坐标系 2 雷达的工作频率应尽量避免选择在待测目标的瑞利区 3 两个同频信号之间的相位关系未知 则这两个信号一定是非相参的 4 物理尺寸越小的天线角度分辨力越小 与雷达工作频率无关 5 线性调频连续波雷达的接收差拍频率信号通常是距离 多普勒耦合的 注 该题为基本题 考核的基本知识点包括 雷达显示器 目标截面积 相参信号 天线 角度分辨力 线性调频连续被雷达 三 简答题 6 小题 共 28 分 三 简答题 6 小题 共 28 分 1 8 分 简述雷达门限检测所采用的奈曼 皮尔逊准则及虚警概率与发现概率的定义 简要说明当噪声电平与检测门限不变时 信噪比增加对虚警概率与发现概率的影响 得分点 8 分封顶 1 奈曼 皮尔逊准则要求在给定信噪比和虚警概率条件下 发现概率最大 2 分 2 虚警概率是无目标时误判为有目标的概率 2 分 3 发现概率是有目标时正确判为有目标的概率 2 分 4 当噪声电平与检测门限不变时 信噪比增加 虚警概率不变 发现概率提高 2 分 注 基本题 考核门限检测各相关知识点 2 4 分 简述天线波束形状损失与叠加损失的成因 得分点 4 分封顶 1 实际天线是扫描的 雷达接收到的目标回波信号振幅将被天线波束形状调制 使得 实际接收到的目标回波信号增益小于最大天线增益 造成损耗 2 分 2 实际参与相参积累的脉冲串可能包含纯噪声脉冲 对目标能量积累没有贡献 却会 增加噪声功率 引起信噪比下降 造成损耗 2 分 注 基本题 考核雷达系统损耗相关知识点 3 4 分 若只能使用一重脉冲重复频率 PRF 试判断对于远程低速目标应采用高 PRF 还是低 PRF 并简要说明理由 得分点 4 分封顶 1 低速目标的多普勒频移较小 要求的单值多普勒频率测量范围不大 采用较低的 PRF 也不易产生测速模糊 2 远程目标要求的不模糊距离较大 为避免距离模糊应采用较低的 PRF 3 综上 对于远程低速目标应采用低 PRF 4 分 注 提高题 考核脉冲雷达距离模糊与多普勒模糊相关知识点 4 4 分 简述动目标检测 MTD 雷达的工作过程及其物理依据 得分点 4 分封顶 1 MTD 雷达首先利用相邻多脉冲相消 或 MTI 技术来抑制固定 或静止或无相对径 向运动的 杂波 或物体 2 然后通过多普勒滤波器组 分离 或提取 并增强运动目标回波 获取目标运动速 度和方向 3 物理依据 当物体与雷达站之间存在相对径向运动时 该物体回波会出现多普勒频 移现象 径向运动的速度和方向不同 多普勒频移也不同 由此引起的相邻回波脉 冲间的相位差也不同 4 分 注 基本题 考核动目标检测雷达相关知识点 5 4 分 列举脉冲多普勒雷达产生多普勒模糊时可能发生的两种有害现象及其后果 得分点 4 分封顶 1 因多脉冲雷达的普勒谱是周期的 当存在多普勒模糊时 2 测得的 或视在 多普勒频移的数值将可能与实际值不符 造成目标运动速度难以 判别 或误判 3 测得的 或视在 多普勒频移的符号将可能与实际值不符 造成目标运动方向难以 判别 或误判 4 分 注 基本题 考核脉冲雷达多普勒模糊相关知识点 6 4 分 已知输入信号 s t 的频谱为 S 请写出该信号匹配滤波器的时域冲激响应 h t 及频域传输函数 H 并简述目标存在相对运动时对输出信噪比会有何影响 得分点 4 分封顶 1 h t ks t0 t 2 H kS e j t0 3 因可能存在多普勒频移 匹配滤波器将不再与相对运动目标的回波信号完全匹配 或与相对运动目标的回波信号失配 导致输出信噪比下降 4 分 注 基本题 考核匹配滤波 器相关知识点 四 读图题 2 小题 共 8 分 读图题 2 小题 共 8 分 右图给出的是氧气和水 蒸气导致的雷达电波大 气衰减曲线 1 试根据该图总结大气 衰减的一些规律 至 少 3 条 2 试根据右图选择两个 高于 20GHz 的可用 雷达工作频率估值 并简要说明理由 得分点 1 每条规律 1 5 分 4 5 分封顶 4 5 分 氧气吸收谐振峰位于 60GHz 和 118GHz 水蒸气吸收谐振峰位于 22 24GHz 频率越高的电磁波大气衰减越大 在 10GHz 或附近某个频率值 以下 氧气吸收衰减高于水蒸气 在 200GHz 内氧气吸收谐振峰高于水蒸气吸收谐振峰 在 35GHz 或附近某个频率值 以上非谐振峰处水蒸气吸收衰减较大 其它可能的规律 2 应选择 35GHz 和 95GHz 附近频点都可得分 因为在这两个频点处氧气吸收衰减和水蒸气吸收衰减都较小 3 5 分 注 综合题 考核知识点 大气衰减 解图能力 活用知识能力 五 推导题 4 小题 共 8 分 推导题 4 小题 共 8 分 如下图所示两个级联的线性系统 各自的噪声系数 系统 增益 系统带宽分别为 Fj Gj Bn j 1 2 级联系统总的输入和输出噪声功率分别为 Ni和 No 令第一级线性系统的噪声输出功率为 Nm 1 试推导第一级线性系统的输出噪声功率 Nm的表达式 2 试推导级联系统的总输出噪声功率 No的表达式 3 试推导该级联系统总的噪声系数的表达式 4 列举两个降低雷达接收机总噪声系数的措施 得分点 1 由噪声系数定义 F1 Nm Ni G1 得 Nm Ni G1F1 kT0BnG1F1 2 分 2 令第二级线性系统的内部噪声为 N2 由噪声系数定义 F2 Ni G2 N2 Ni G2 得 N2 F2 1 Ni G2 F2 1 kT0BnG2 则有 No Nm G2 N2 kT0BnG1F1G2 F2 1 kT0BnG2 2 分 3 令该级联系统的总噪声系数为 F 由噪声系数定义 F No Ni G1G 2 得 F F1 F2 1 G1 2 分 4 措施一 降低级联系统中每一级的噪声系数 同时提高每一级的增益 措施二 级数越靠前的子系统 噪声系数越要低 同时增益越要高 2 分 注 提高题 考核知识点 线性级联系统的噪声系数相关知识点 六 公式解析题 4 小题 共 10 1 分 公式解析题 4 小题 共 10 1 分 雷达基本方程之一 LS AP R rt min 2 2 4 max 4 以下 3 小题 共 10 分 以下 3 小题 共 10 分 1 给出上述方程中各参量Pt Ar L的名称及其量纲单位 国际单位制 2 列举通过提高Pt来增加Rmax的缺点 至少2条 3 根据上述方程 某甲得出结论 雷达工程师可通过增加 值来提高Rmax 请判断 该结论是否正确 并简要说明理由 以下 1 小题为附加题 以下 1 小题为附加题 共 1 分 共 1 分 4 某搜索雷达沿方位向360o匀速旋转扫描 某乙根据上述方程得出结论 雷达工程 师可通过提高Ar 来增加该雷达的Rmax 试分析该结论可能会面临的缺点 得分点 1 以下每个名称 0 5 分 每个量纲单位 0 5 分 Pt 发射峰值功率 量纲单位为W 或 量纲单位为dBW 目标雷达截面积 量纲单位为m2 或 量纲单位为dBsm Ar 天线孔径 量纲单位为m2 或 量纲单位为dBsm L 各种损耗 无量纲单位 或 量纲单位为dB 4 分 2 以下每条缺点 2 分 4 分封顶 每提高 15 倍 才能提高 1 倍 效率太低 大功率射频放大器件的峰值功率不能无限提高 容易被敌方截获 电子对抗能力低 其它合理缺点 4 分 3 该结论是错的 因为雷达工程师不能控制目标特性 即不能改变雷达截面积 的大小 2 分 4 雷达工作频率一定时 增加雷达天线面积 Ar 将使雷达波束宽度变窄 由于搜索雷 达事先不知道目标来向 需在有限时间内扫描完整个待测角度范围 波束宽度窄意 味着天线波束在任一角度上的驻留时间短 使得可能来自该角度的目标回波能量积 累时间不足 导致信噪比改善不足 最终不能有效提高雷达作用距离 1 分 注 基本题 考核知识点 雷达方程各参数对雷达最大作用距离的影响 七 综合题 4 小题 共 6 4 分 综合题 4 小题 共 6 4 分 某雷达发射等幅相参脉冲串 脉冲重复频率为fr 10kHz 脉冲宽度为 2 s 对于2m2的目标 在发现概率与虚警概率分别为Pd和Pfa的条件 下 由雷达方程算得的雷达最大作用距离为Rmax 40km 以下 3 小题 共 6 分 以下 3 小题 共 6 分 1 求该雷达的最大不模糊距离Ru与距离盲区宽度Rb 单位km 2 求雷达截面积为4m2且位于30 2km处的目标A能否被该雷达发现 请说明理由 3 对于雷达截面积为2m2的目标 假设雷达接收到的目标回波功率随斜距的变化规律 为Ps R 50dB 40lgR 其中Ps R 和R的量纲单位分别为dBW和m 求该雷达的 灵敏度Smin为多少dBW 以下 1 小题为附加题 以下 1 小题为附加题 共 4 分 共 4 分 4 假设雷达接收信号中地杂波功率随斜距的变化规律为Pc R 16dB 30lgR 其中 Pc R 和R的量纲单位分别为dBW和m 目标回波功率函数同第3 小题 试推 导R0 36km处的信杂比SCR 目标信号功率与杂波功率之比 dB 得分点 1 最大不模糊距离Ru c 2 fr 3 108 2 10 103 1 5 104m 15km 1 分 距离盲区宽度 Rb c 2 3 108 2 10 6 2 300m 0 3k 1 分 2 对于4m2的目标 30 2km位于该雷达的最大作用距离之内 但远于最大不模糊距 离 因此存在测距模糊 以及周期性的距离盲区 距离盲区范围为qRu qRu Rb 其中当模糊数q为2时的距离盲区范围为30km 30 3km 可见 30 2km处的目标 刚好处于该距离盲区