北理工微波导论实验报告

1 / 41北理工微波导论实验报告本科实验报告实验名称： 船用导航雷达系统实验船用导航雷达系统实验报告一、 实验目的1、 掌握船用导航雷达系统中发射机和接收机的各个组成部分及其功能2、 掌握船用导航雷达系统的操作使用方法。3、 掌握船用雷达系统目标方位、距离确定原理；二、 实验内容1、详细描述试验用船用雷达导航系统中发射机和接收机的各个组成部分及其功能。2 / 412、说明船用雷达系统目标方位、距离确定原理。3、列表给出本次实验测量的目标名称，距离和方位。三、船用雷达导航系统雷达系统功能的实现依赖于脉冲的发射和接收，由定时器确定发射脉冲和接收脉冲之间的关系，据此确定发射脉冲与接收到的回波信号之间的时延，并求出目标距离。船用导航雷达系统的组成如图所示。系统中各模块功能如下：定时器提供系统时间基准；脉冲源产生同步脉冲；频率源产生微波载频连续波信号；脉冲调制器将微波载频连续波信号经同步脉冲调制为脉冲调幅连续波信号；功率放大器将经调幅后的载频信号放大至满足雷达测距能力的发射功率射频信号，发射支路的 T/R 开关与接收支路的 T/R 开关在同步脉冲控制下保证发射时不接收，保证收发支路的隔离度，以3 / 41便保护接收机；环形器负责在收发公用天线时的收发信号分离；天线负责导行波与空间电磁波的转换；接收机将目标反射回波信号进行放大、下变频、中频滤波、中频放大、检波、A/D 后提供给数字处理机进行测距运算，同时提供干扰信号的限幅保护，其链路系统框图如图 4 所示；数字处理机负责目标测距运算、目标方位运算和系统中央控制及显示控制；天线伺服系统在系统中央控制下完成天线转台驱动信号生成和转台位置信号的提取及发送；显示器完成目标位置信息的显示。四、测量原理1、基本知识雷达发出的射频电磁波，通过计算电磁波反射回来所需的时间来确定到达目标的距离，这是在已知雷达波传播速度是接近恒定的也就是光速的前提下实现的。这样通过计算雷达波从发出到从目标反射回到天线的时间，就可以计算出船只到目标的距离。这个时间是往返的时间，将它除以2 才是电磁波从船只到达目标的单程距离的时间。这些都是由雷达内部的算法来自动完成的。4 / 41雷达确定目标的方位是通过雷达天线发射波束在空间的扫描来实现的。雷达天线发射波束在空间是不均匀分布的，其主波束内的功率密度远大于副瓣内的功率密度，因而主波束内目标反射的信号强度远大于副瓣内目标反射的信号强度，所以此时雷达探测到的目标信号可以认为是来自主波束内目标反射的信号，且认定目标方位处于雷达天线主波束的最大方向上。当天线波束最大方向瞄准某一个目标时，如果另一个目标恰好处在天线波束第一零点方向上，则回波信号完全来自天线波束最大方向的那个目标。因此，天线的分辨率为第一零点波束宽度的一半，即 FNBW/2。例如，当天线的FNBW=20 时，具有 10 的分辨率，可用来辨别方位上相距 10的两个目标。船用导航雷达天线是在水平 360方位上匀速转动，将天线方位位置信号实时送入信息处理机，信息处理机就知道了目标回波信号与目标方位的对应关系。在天线发射信号经目标反射回到天线这个时间段中，天线一直是旋转的，这样回波信号所对应的天线角度将滞后于当前天线的实际角度。为此，信号处理机需根据天线的旋5 / 41转速度和已经计算出来的目标距离对目标实际方位角值进行修正。2、测量原理脉冲测距原理雷达发射的电磁波在均匀介质中以恒定的速度直线传播，在自由空间中的传播速度约等于光速。如果能准确的测量出电磁波从发射到被目标反射回来所用的时间，那么就可以测量出雷达与目标之间的距离。假设电磁波往返传播时间为 t，传播速度为光速 C ，目标距离为 R，则距离可以如下表示：1?=? 为了提高检测性能，雷达常采用高重 PRF 信号，以便在信号频域获得足够宽的无杂波区。当脉冲重复频率很高时，对应一个发射脉冲产生的回波可能要经过几个周期以后才能被收到，如图 1 所示。图中对应目标的真实距离是 R，而按照常规方法读出的目标距离是 Ra，产生的误差是：?=?6 / 41上述这种由于目标回波的延迟时间可能大于脉冲重复周期，使收、发脉冲的对应关系发生混乱，同一距离读数可能对应几个目标真实距离的现象叫做测距模糊，距离读数 Ra 叫做模糊距离。距离模糊的解决方法目前，扩大测距和测速不模糊范围的基本方法是对发射信号进行某种形式的调制，在接收到信号进行解调时，通过运算消除模糊，船用导航雷达常用的调制方式是多重脉冲重复频率测距法。多重脉冲重复频率测距法的原理是利用几种不同的脉冲重复频率信号进行测距。首先顺序用各个重复频率测出对应的模糊距离，再将这些测量值加以比较或计算处理，最后得到无模糊的真实距离。这种方法的优点是测距精度高，在杂波附近的目标检测能力强。为简单起见，下面以两个脉冲重复频率的情况为例进行讨论。若采用 3 个或更多的 PRF 可以使无模糊距离的范围进一步扩大。假设雷达交替地以重复频率 f1 和 f2 工作。记7 / 41忆比较装置，把两次的发射脉冲与发射脉冲重合，接收脉冲与接收脉冲重合。五、实验步骤1、开机设置开机和关机按【电源】键开启或关闭雷达。雷达开机后，键盘背光灯亮起，同时屏幕上出现预热时间倒数，从 1：30 到 0:01 为止。发射开机并预热完成后，显示屏上会出现“待机”字样。这是，雷达处于待机状态随时可以使用，但是没有雷达波发出。按【发射】键发射，这时一些目标的回波会出现在显示屏8 / 41上。待机如果暂时不想使用雷达，但是在有需要时又要马上启动时，可以按【发射】键将雷达恢复到待机状态。这时画面显示“待机”字样以及其它导航数据及符号等，但是天线不转也没有发射电波。屏幕上显示“待机”导航数据或根据彩带设置进入省电模式。选择量程再将量程由小到大调节时，雷达会自动选择固定距标量程、发射脉宽和脉冲重复频率，以取得最佳的探测效果。能够通过菜单选择和 3 海里量程时的发射脉宽，其它的项目则不能通过手动来进行选择，这些数字显示在画面的左上角。选择量程按【- 量程 +】键。画面左下角的量程书和固定距标数字都随着你的动作增加或减少。当船只航行于较窄9 / 41的水域或繁忙的港口时，选择较小的量程便于小目标的发现及应对紧急情况；在开阔水域应选择较大量程以便在较远的距离提早发现航路上面的障碍。参数调整【亮度】键用于调整回波显示亮度，共有 8 个等级。按【亮度】键选择亮度本科实验报告实验名称： 微波有源器件实验微波有源器件实验一、 实验目的1. 2. 3. 4. 5.掌握压控振荡器的工作原理，了解其性能指标。 学会用频谱仪对压控振荡器的性能指标进行测试。 掌握射频放大器的基本原理和设计方法。 利用实验模块实际测量，了解放10 / 41大器的特性。 学会用频谱仪的测试结果提取放大器的主要参数。二、 实验设备1. 2. 3. 4. 5.直流稳压电源 AV1485 信号源 AV4062 频谱仪 压控振荡器模块 放大器模块三、 实验原理频谱仪利用频谱仪，这些频响数据能在示波管屏幕上准确直观地显示出来。此外，频谱仪比起示波器来讲对低电平的失真具有更高的灵敏性，可以准确直观地显示谐波失真。高的灵敏度和宽的动态范围也使频谱仪得以测量低电平调制：调幅，调频和脉冲调制的射频信号。频谱仪可以测量载波频率，调制频率，调制电平，和调制失真。也可测量变频器件的特性，如变频损耗、隔离度和11 / 41失真度，从显示上即可读出。频谱仪还可用来测量长期和短期频率稳定度。诸如，振荡器的噪声边带，剩余调频和预热时间内的频率漂移都可通过频谱仪的已校准频宽被测得。压控振荡器压控振荡器是振荡频率受控制电压 Vc t 控制的振荡器，即是一种频率电压变换器。输出频率 =KVc t ，K 是压控振荡器控制灵敏度或者增益系数，单位为 rad?s?1/V。压控振荡器主要有如下几种类型：LC 压控振荡器、RC 压控振荡器、负阻压控振荡器、晶体压控振荡器。压控振荡器的主要技术指标有：中心频率 f0 及频率变化范围、频率稳定度、相位噪声、压控线性度、压控灵敏度其中频率源的相位噪声直接影响频率源的短期频率稳定度。频率源的短期频率稳定度有两种表征法，在频域用单边相位噪声功率表征，在时域则用阿伦方差表征。频域表征能较好地反映高频相位噪声对频率稳定度的影响。而时域表征能较好的反应低频相位噪声对频率稳定度的影响。在此只介绍更为常用的频域表征法。12 / 41频率稳定度的频域表征法是用单边相位噪声谱密度表示。单边相位噪声谱密度是指偏离载频 fc 一定量?f 处，单位频带内噪声功率 PSSB 相对于平均载波功率 Pc 比值的分贝值，使用模拟频谱仪测量单边带相位噪声谱密度公式如下：? ? =?+?10?其中，? fm 为单边带相位噪声谱密度，单位 dBc/Hz；N 为偏离载频 fm 处的噪声功率电平，单位 dBm；A 为载波电平，单位 dBm；C 为频谱测量随机噪声修正值，对模拟频谱仪其值为；Bn 为频谱仪等效噪声带宽。(转 载于: 海达 范文 网:北理工微波导论实验报告) 宽带放大器其主要的技术指标有： 1. 增益增益是表示放大电路对有用信号的放大能力，通常用在中心频率上电压增益和功率增益两种方法表示：13 / 41?=?=?式中?、?分别为放大电路中心频率上的输出、输入电压幅度，?、?分别为放大电路中心频率上的输出、输入功率。通常增益用?表示。2. 工作稳定性是指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要性能的稳定程度。引起不稳定的原因，主要是寄生反馈作用。3. 噪声系数噪声系数是用来描述放大器本身产生噪声电平大小的一个14 / 41参数。 4. 增益平坦度(?)指在一定温度下，在整个工作频率范围内放大器增益变化的范围。增益平坦度由下式表示。?=G?其中：?：增益频率扫频曲线的幅度最大值； ?：增益频率扫频曲线的幅度最小值。 5. 1?压缩点输出功率放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益?。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低 1?时的输出功率值定义为输出功率的 1?压缩点，用?1?15 / 41表示。图 2-2 放大器的输出功率和互调分量随输入功率的变化典型情况下，当功率超过 1?压缩点功率时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比?1?大 3?4?。6. 放大器的动态范围低噪声放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范围。动态范围的上限取决于放大器的非线性性能，如?1?和?3。动态范围的下限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数?给定时，输入信号功率允许最小值是：Pmin=Nf kT0?fm M其中：?fm：微波系统的通频带； M：微波系统输出端允许的最小信噪比； T0：环境温度，293K。16 / 41四、 实验内容、实验步骤1. 测量 VCO 的频率，频率覆盖范围，输出功率，线性度/伏，谐波分量，杂散。a) 将压控振荡器模块与电源与频谱仪连接好。b) 调节 VCO 的调谐电压?至最小，观察 AV4062频谱仪上所显示频率、功率、相位噪声、杂散等并记录。 c) 调节 VCO 的调谐电压?至最大，观察 AV4062 频谱仪上所显示频率、功率相位噪声、杂散等并记录。d) 调节 VCO 的调谐电压?，观察 AV4062 频谱仪上所显示频谱的变化，并用MARKER 跟踪，读出不同调谐电压下的频率值和功率值，给出压控线性图，同时观测 VCO 的二次谐波分量记录并比较。2. 用信号源和频谱分析仪测试放大器的增益及?1?。17 / 41a) 将放大器模块与电源、信号源和频谱仪连接好。 b) 给放大器加电，不断改变输入功率大小，观察频谱分析仪上放大器的输出幅度，增益要求放大器工作在线性范围内，观察并记录测试值。 c) 当增加信号输入到输入与输出信号不呈现线性变化，输出信号与输入信号压缩1?时放大器输出功率即为放大器的?1?压缩点，观察并记录。d) 改变射频合成信号发生器 AV1485 频率，观察100MHz、1GHz、 、2GHz、的增益、输出功率并记录。五、 原始测试数据与实验数据处理压控振荡器测得调谐电压与输出频率的关系中心频率：18 / 41频率覆盖范围： 输出功率： 压控灵敏度：47MHz/V压控振荡器测得频点附近的杂散杂散：-94dBc宽带放大器测得输出功率与输入功率之间的关系微波测量线应用实验报告一、实验目的1、了解一般微波测试线的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法。2、掌握波导中波导波长和驻波比的测量方法。3、掌握调配器调配的方法及其对传输线驻波比的影响。二、实验内容19 / 411、测量波导传输线中的横向场分布； 2、测量波导传输线中的波导波长； 3、测量波导传输线中的驻波比；4、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比。三、微波测量线组成及测量原理常用的一般微波测试线组成如图 1 所示。图 1 常用的一般微波测试线组成本实验应用矩形波导组成的微波测试线。其中，微波信号源在驱动电源激励下产生一个受到方波调制的微波高频振荡信号，载波频率范围约为。隔离器为一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向传播的波衰减很小，而反向传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。可变衰减器也是由一小段波导构成的，其中放有一表面涂有损耗性材料，并与波导窄壁平20 / 41行放置的薄介质片。介质片越靠近波导中心处，衰减越大，反之，衰减越小。利用可变衰减器可以连续地改变信号源传向负载方向功率的大小；另外，如同隔离器一样，可变衰减器也具有一定的隔离作用。纵向场分布测量线是一段在其宽壁中心线开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为 1kHz 的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示。当电场探针沿着波导纵向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中纵向电场幅度的分布。横向场分布测量线是一段在其宽壁横向开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为 1kHz 的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示。当电场探针沿着波导横向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中横向电场幅度的分布。三螺调配器为波导传输线的终端负载，他由三根细圆柱金属棒分别在波导宽边中心线的不同纵向位置插入波导中，通过每一根金属棒伸进波导内部长度的变化改变反射波的幅度和相位，可以将传输线从终端短路状态调整到终端匹配状态。四、实验方法与实验步骤21 / 411、首先按图 1 所示将测量系统安装好，然后接通电源和测量仪器的有关开关，观察微波信号源有无输出指示。若有指示，当改变衰减量或移动测量线探针的位置时，测量放大器的表头指示会有起伏的变化，这说明系统已在工作了。但这并不一定是最佳工作状态。例如，若是反射式速调管信号源的话还应把它调到输出功率最大的振荡模式，并结合调节信号源处的短路活塞，以使能量更有效地传向负载。若有必要，还可以调节测量线探头座内的短路活塞，以获得较高地灵敏度，或者调节测量线探针伸入波导的程度，以便较好地拾取信号的能量。对于其它微波信号源也应根据说明书调到最佳状态。有时信号源无输出，但测量放大器也有一定指示。这可能是热噪声或其它杂散场的影响；若信号源有输出，但测量放大器的指示不稳定或者当测量线探针移动时，其指示不变，均属不正常情况，应检查原因，使之正常工作。系统正常工作时，可调节测量放大器的有关旋钮或可变衰减器的衰减量，使测量放大器的指示便于读数。2、测量波导波长。将图 1 中纵向场分布测量线检波器输出连接至测量放大器，调整测量放大器灵敏度和可变衰减器22 / 41使测量放大器表头读数处于 5080 范围内。测量 g 时应将系统终端短路，则系统呈纯驻波状态，其波导中场强的纵向幅度分布如图 3 所示。当测量线的探针处于 Z1 和 Z2 位置时，测量放大器的指示为最小，此时从测量线的刻度上即可求出波导波长 g=2Z2-Z1。在实际测量中，由于受设备的精度、灵敏度的限制，以及其它因素的影响，很难精确地确定 Z1 和 Z2 的位置。为提高测试精度，可采用“平均法”测定它们的位置，如图 3 所示。为了确定 Z1，使在 Z1 两侧的 d1 和 d2 处测量放大器有相同的指示数，则 Z1=( d1+ d2)/2，同理可得 Z2=( d3+ d4)/2。这比直接去测 Z1 和 Z2 要精确些。图 3 终端短路状态下波导中纵向场幅度分布图3、测量波导传输线中的驻波比。在上述条件下移动纵向场分布测量线中电场探针读取测量放大器读数的最大值和最小值，并记录。五、实验报告内容1、 画出一般微波测试线系统的装置简图，并说明各部分23 / 41功能。功能：微波源：提供信号隔离器：防止后级负载对信号源造成影响。可变衰减器：防止信号太大使测量放大器超过量程。纵向和横向场分布测量线：用于测量腔内的横向和纵向电场分布情况。 三螺调配器：用于接各种负载探针、检波器、测量放大器：用于测量和显示数据。2、总结各实验项目的主要步骤，测试数据和计算结果。 1）将负载短路片接上；找到峰值点，然后在峰值点两侧各找一点，使其幅度值相等，读取坐标位置； 这两点中心点即为峰值点，测量两个峰值点的坐标，他们的差值即为半波长；半波长： 波长为： 2）将负载接到终端24 / 41找到波峰和波谷对应的幅度，作比值即可 Umax = 62 Umin = 30驻波比为六、实验心得通过这次实验，学会了实际中波导波长以及驻波比的测量，课上所学知识得到了运用。通过学长的讲解，也了解了微波测试线的组成以及测试的操作方法。无线通信系统实验报告一、 实验目的1、掌握无线通信收发系统的工作原理；2、了解各电路模块在系统中的作用。二、 实验内容a) 测试发射机的工作状态；25 / 41b) 测试接收机的工作状态；c) 测试图像传输系统的工作状态；d) 通过改变系统内部连接方式造成对图像信号质量的影响来了解各电路模块的作用。二、 无线图像传输系统的基本工作原理发射设备和接收设备是通信设备的重要组成部分。其作用是将已调波经过某些处理之后，送给天馈系统，发向对方或转发中继站；接收系统再将空间传播的信号通过天线接收进来，经过某些处理之后，送到后级进行解调、编码等。还原出基带信息送给用户终端。为了使发射系统和接收系统同时工作，并且了解各电路模块在系统中的作用，通过实验箱中的天线模块和摄像头及显示器，使得发射和接收系统自闭环，通过图像质量来验证通信系统的工作状态，及各个电路模块的作用和连接变化时对通信或图像质量的影响。以原理框图为例，简单介绍一下各部分的功能与作用。摄26 / 41像头采集的信号送入调制器进频率调制，再经过一次变频后、滤波、放大、通过天线发射出去。经过空间传播，接收天线将信号接收进来，再经过低噪声放大、滤波、下变频到 480MHz，再经中频滤波，滤去谐波和杂波、经视频解调器，解调后输出到显示器还原图像信号。三、 实验仪器信号源、频谱分析仪等。四、 测试方法与实验步骤发射机测试图 1 原理框图基带信号送入调制器，进行调制(调幅或调频等调制),调制后根据频率要求进行上变频,变换到所需微波频率,并应有一定带宽,然后功率放大，通过天线发射或其它方式传播。每次变频后,会相应产生谐波和杂波，一般变频后加响应频段的滤波器,以滤除谐波和杂波。保证发射信号的质量或频率稳定度。另外调制器或变频器本振信号的稳定度也直接27 / 41影响发射信号的好坏，因而，对本振信号的质量也有严格的要求。频率稳定度是指：在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值。变频器所需的本振源根据需要可选用VCO、DRO、PLL 等。a) 测试发射系统功率：按照图 2 连接电路。图 2 发射机框图设信号源频率为 480MHz，信号源输出功率为 0dBm。测试发射机输出功率；再逐渐增加信号输入功率，观察发射机输出功率直至达到饱和。b) 测试发射频率稳定度:以上连接不变，设定信号源频率为 480MHz，信号源输出功率仍为 0dBm。通过频谱分析仪观察射频输出信号的相位噪声,分别设置频谱分析仪 SPAN 为1MHz 和 100KHz，可分别观察到偏离载频 100KHz 和 10KHz的单边带相位噪声谱密度，判断发射信号的短期频率稳定度。图 3 测试方框图28 / 41c)测试发射信号的带外谐波、杂波抑制。以上连接不变，设定信号源频率为 480MHz，信号源输出功率仍为 0dBm，通过频谱分析仪观察射频输出信号的频谱,设置频谱分析仪SPAN 为 5GHz，此时观察频谱输出的谐波、杂波等，与主频相比较，其差值为抑制度。接收机测试接收系统或接收设备是通信设备的重要组成部分，其作用是：通过天线接收通信对方或经中继转发的射频信号，经过某些处理之后，送到后级进行解调、编码等，还原出基带信息送给用户终端。现代无线接收系统一般都采用超外差式结构。超外差式结构的主要特征是在电路构成上具有变频器和中频放大器。图 4 接收机方框图a)测试接收系统增益：按照图 4 连接电路，在低噪声放大器输入端连接信号源，中频放大器输出端接频谱分析仪。设定信号源频率为；输出功率为-60dBm。中频放大器输出29 / 41频率为 480MHz，此时频谱分析仪显示幅度与-60dBm 差值为接收链路总增益。 b)测试接收机灵敏度：图 4 连接不变。改变信号源输出功率大小，可从-60dBm 继续往小变化，在频谱分析仪上观察输出信号频谱。当频谱分析仪 RBW 设为10MHz，频谱分析仪显示的频谱与频谱分析仪基底噪声差值为 10dB 时，这时信号源输出功率幅度为接收机最小接收灵敏度。c)测试接收机动态范围：图 4 连接不变。设定信号源输出功率为接收机最小接收灵敏度，改变信号源输出功率大小，不断增加信号源输出功率，观察输出幅度变化。当输入幅度增加，输出幅度也增加，但增加量小于 1 dB 时，为接收机线性动态范围；当输入幅度变化，输出幅度不变化时，为接收机动态范围。d)测试接收机噪声系数:在微波滤波器输入端连接噪声系数测试仪的噪声源,视频放大器输出端接噪声系数测试仪。见图 5。应按照仪器使用说明进行被测系统的测试。图 5 接收机噪声测试30 / 41系统测试发射机和接收机结构不变的情况下，接入微波发射、接收天线，再外加摄像头和显示器，即将发射和接收系统通过天线、摄像头、显示器自闭环来测试收/发系统的工作状态。a)传输图像实验。通过摄像头和显示器验证接收和发射系统的工作状态。发射系统的衰减器的输入端接摄像头；接收系统中频放大器输出端接解调器输入端，解调器输出端接显示器。连接好后，给各电路模块及显示器、摄像头加电，两天线距离 40 公分左右，并且两只天线的极化方式要一致。这时显示器上应显示有摄像头摄到的图像。b)收发天线相对位置发生变化，极化状态发生变化，观察图像质量的好坏。通过这个实验可以非常直观地了解发射和接收的工作状态。c)调整发射机的系统参数如降低输出功率等，观察图像质31 / 41量的变化；d)调整接收机的系统参数如在低噪声电路前加衰减器，观察图像质量的变化， 。 五、 实验报告1、 详细描述图像传输系统中发射机/接收机的各个组成部分及其功能。发射机：1) 信号源：提供摄像头的视频信号，将光信号转化成电信号。2) 固定衰减器：有 2dB 的衰减，可以将信号强度减弱，如果信号能量过强的话容易导致后级器件功率过大而烧坏。3) 上变频：将基带信号的频率调制到一个很高的频率上去，因为高频率的载波易在信道中传输。4) 射频滤波器：将上变频产生的其他多余信号滤掉，同时防止杂波噪声对信号产生干扰。32 / 415) 射频放大器：将发射端的信号调大，因为经过信道传输时信号会衰减，所以为了防止信号衰减到接收机检测范围之外，需要提高发射端的信号功率和幅度。接收机：1） 天线：系统最前段，用于接收信号。2） 低噪声放大器：由于信号在信道中传输后会衰减，为了能让信号被后续模块处理，需要将信号放大，且为了不混入干扰信号，使用低噪声的放大器。3） 射频滤波器：信号在信道中传输时会受到加性高斯白噪声的影响，使信号在全频率都有干扰。为了把载波的频率留下，滤除噪声，需要射频滤波器。4） 下变频：将已调载波解调。5） 中频滤波器：把下变频产生的干扰频率信号或者其他因素产生的非基带频率滤除只留下基带信号的频率。6） 中频放大器：将基带信号放大，使之可以被后级的解33 / 41调器解调。船用导航雷达系统实验报告一、 实验目的1、 掌握船用导航雷达系统的工作原理和各主要模块的功能； 2、 掌握船用导航雷达系统的操作使用方法。二、 实验内容1、 结合实用船用导航雷达系统学习其工作原理和各主要模块的功能； 2、 结合实用船用导航雷达系统学习掌握其操作使用方法；3、 应用实用船用导航雷达系统测试三个不同方位目标的距离和方位值。三、 船用导航雷达系统工作原理1、 基本知识34 / 41雷达是英文”radio detection and ranging”的缩写，意思是“无线电探测和测距” 。这一发明被用于第二次世界大战。在发明雷达前，船只在大雾中航行时，只能通过发出短促汽笛、灯光和敲钟的方法，利用回声传回的时间来大致估算与目标之间的位置从而避免碰撞。雷达发出的射频电磁波，通过计算电磁波反射回来所需的时间来确定到达目标的距离，这是在已知雷达波传播速度是接近恒定的也就是光速的前提下实现的。这样通过计算雷达波从发出到从目标反射回到天线的时间，就可以计算出船只到目标的距离。这个时间是往返的时间，将它除以2 才是电磁波从船只到达目标的单程距离的时间。这些都是由雷达内部的算法来自动完成的。雷达确定目标的方位是通过雷达天线发射波束在空间的扫描来实现的。雷达天线发射波束在空间是不均匀分布的，其主波束内的功率密度远大于副瓣内的功率密度，因而主波束内目标反射的信号强度远大于副瓣内目标反射的信号强度，所以此时雷达探测到的目标信号可以认为是来自主波束内目标反射的信号，且认定目标方位处于雷达天线主35 / 41波束的最大方向上。当天线波束最大方向瞄准某一个目标时，如果另一个目标恰好处在天线波束第一零点方向上，则回波信号完全来自天线波束最大方向的那个目标。因此，天线的分辨率为第一零点波束宽度的一半，即 FNBW/2。例如，当天线的FNBW=20 时，具有 10 的分辨率，可用来辨别方位上相距 10的两个目标。船用导航雷达天线是在水平 360方位上匀速转动，将天线方位位置信号实时送入信息处理机，信息处理机就知道了目标回波信号与目标方位的对应关系。在天线发射信号经目标反射回到天线这个时间段中，天线一直是旋转的，这样回波信号所对应的天线角度将滞后于当前天线的实际角度。为此，信号处理机需根据天线的旋转速度和已经计算出来的目标距离对目标实际方位角值进行修正。2、 船用导航雷达系统的脉冲测距原理 脉冲测距原理36 / 41雷达发射的电磁波在均匀介质中以恒定的速度直线传播，在自由空间中的传播速度约等于光速。如果能准确的测量出电磁波从发射到被目标反射回来所用的时间，那么就可以测量出雷达与目标之间的距离。假设电磁波往返传播时间为 t，传播速度为光速 C ，目标距离为 R，则距离可以如下表示：1R?Ct2为了提高检测性能，雷达常采用高重 PRF 信号，以便在信号频域获得足够宽的无杂波区。当脉冲重复频率很高时，对应一个发射脉冲产生的回波可能要经过几个周期以后才能被收到，如图 1 所示。图中对应目标的真实距离是 R，而按照常规方法读出的目标距离是 Ra，产生的误差是：c37 / 41?R?n2frtt t图 1 测距模糊示意图上述这种由于目标回波的延迟时间可能大于脉冲重复周期，使收、发脉冲的对应关系发生混乱，同一距离读数可能对应几个目标真实距离的现象叫做测距模糊，距离读数 Ra 叫做模糊距离。距离模糊的解决方法目前，扩大测距和测速不模糊范围的基本方法是对发射信号进行某种形式的调制，在接收到信号进行解调时，通过运算消除模糊，船用导航雷达常用的调制方式是多重