雷达原理复习

第一章简介1，雷达任务：测量目标的距离、方向、高程、速度、形状、表面粗糙度、遗传特性。雷达利用对目标电磁波的反射现象寻找目标并测量其位置。如果目标尺寸小于雷达分辨率单位，则被视为“点”目标，您可以指定目标的距离和空间位置角度的位置。目标不是点，可以视为由多个散射点组成，从而获得目标的大小和形状。可以用不同的极化来测量目标的对称性。目标p的位置由球体坐标系中的三个目标确定：目标坡度r、方位角和高程在圆柱座标系统中，以水平距离d、方位角、高度h表示目标灯距离测量：距离测量的准确度和分辨率与信号传输的带宽相关，脉冲越小，性能越高。目标角度位置测量：天线大小增加，光束变窄，角度测量精度和角度分辨率提高。相对速度测量：观察时间越长，速度测量精度越高。目标大小和形状：通过比较不同偏振波的目标散射场，可以测量目标形状的不对称性。2、雷达的基本配置：发射机、天线、接收机、信号处理器、终端设备3，雷达操作频率：220MHZ-35GHZ。l波段代表以22厘米为中心，1-2 GHz；s波段为10厘米，2-4ghz，C波段为5厘米，8-12ghz，Ku为2.2厘米，12-18 GHz，Ka为8毫米，18-28第二章雷达发射机1、雷达发射机估计为雷达系统提供满足特定要求的高功率发射信号，通过馈线和发射开关由天线发射到空间。雷达发射机可以分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振动放大发射机；连续波发射机。2、单级振荡发射器配置：高功率RF振荡器、脉冲调制器、电源扣动扳机脉冲调制器高功率射频振荡器收发器开关电源高压电源接收器主要优点：结构简单，重量轻，效率高，成本低。缺点：频率稳定性差，难以生成复杂波形，脉冲信号之间的相位不相同3、主振动放大发射器：RF放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。Rf放大链主要是具有前电平放大器、中间RF功率放大器、输出RF功率放大器的发射器的核心Rf输入前放大器中射频放大器输出放大器RF输出固态频率源脉冲调制器脉冲调制器高压电源高压电源脉冲调制器：软开关调制器、刚性开关调制器、浮动板调制器4、现代雷达对发射机的主要要求：全参数信号传输；频域稳定性高。能产生复杂的信号波形。宽带频率敏捷性雷达；全固态有源相控阵发射机5、发射器的主要性能指标：l操作频率和瞬时带宽：雷达发射机的频率由雷达的用途决定。瞬时带宽表示输出功率变化小于1bB的工作频带宽度。l输出：雷达发射机的输出功率直接影响雷达的功率范围和抗干扰能力。雷达发射机的输出功率可以分为峰值功率和平均功率。指示脉冲中RF振动的平均功率。表示脉冲重复周期内输出功率的平均值。2=l信号形式和脉冲波形：可以通过调制方式将信号分为常规波形和随机信号。理想矩形脉冲的主要参数是脉冲宽度和实际信号都有上升和下降边缘，有顶部波动和顶部倾斜。l信号的稳定性和频谱纯度：信号的稳定性表示信号的幅度、频率、脉宽和脉冲重复频率随时间变化的程度。不稳定性可以分为电源的波形、脉冲调制波形的顶部波形、外部世界的规则机械振动引起的恒定不稳定性。随机不稳定性：通过发射管的噪声、调制脉冲的随机起伏、统计方法进行分析。对于离散寄生输出，信号的频谱纯度是各个组件的单边带功率与信号功率的比率。对于寄生输出，信号的频谱纯度被定义为偏离载波频率的多个赫兹的傅立叶频率中每单位单边带功率与信号功率的比率。l发射器的效率：发射器的效率通常表示发射器输出RF功率与输入功率或发电机输入功率的比率。6、固态雷达发射机：固态发射机直接由多个功率放大器组件合成，或获得在空间中合成所需的输出功率。固态发射机分类：集中式合成所有固态发射机；分布式空间合成相控阵雷达发射机优点：无需阴极加热，寿命长；稳定性高。小巧轻便；工作频率带宽、高效、灵活的系统设计和使用；维护方便，成本低。微波单片集成收发器组件的优点：成本低；高可靠性；电路一致性，产量高；体积小，重量轻。第三章雷达接收机1、雷达接收机的主要功能是在预先选择、放大、频率转换、过滤、解调、数字化雷达天线接收到的微弱信号的同时，抑制外部干扰、杂波和机器内噪声，使尽可能多的目标信息保持在回波信号中，以便进行信号处理和数据处理。一般来说，雷达探测到的飞机、船只、地面车辆、人员反射的回声是有用的信号；地面、海洋、云雨、鸟群和其他反射回声是杂波；干涉是指各种主动干涉和被动干涉。雷达接收机主要由微波电路、模拟电路、数字电路和数字信号处理组成。雷达系统通常使用超级外差接收器。接收器前端：包括接收器保护程序；射频放大器；Rf滤波器、抑制进入接收器的干扰、将雷达接收器放入放大器前的抗干扰和过载保护功能很好，但接收器的噪声增加，将接收器放入放大器后的灵敏度和噪声系数有优点，但抗干扰能力和过载保护功能降低。搅拌机2、雷达接收器的基本配置：接收器前端、if接收器、频率源。接收机前端通常使用二次频率转换。因为对于具有一定RF带宽的雷达接收机，第一频率转换的镜像频率通常在信号频率带宽内，所以只有增加if频率才能使镜像频率位于信号频带外。不需要镜像频率的信号和噪声，并且接收器的噪声系数可能会提高，因此需要通过RF过滤器进行过滤。或者直接使用镜像抑制混合器。If接收器：用于具有对数放大和“零if”的if接收器，包括匹配筛选器频率源：具有特定频域稳定性的本机振荡器；相干振荡器；自动频率控制。频率合成器是整个相干频率源的关键部分，可以通过直接合成和间接合成方法实现。3、雷达接收机主要质量指标：l灵敏度和噪音系数：灵敏度是指接收器接收微弱信号的能力。噪声系数f定义为接收机输入部的信号噪声功率比和输出部的信号噪声功率比的比率，表达式如下：接收机灵敏度和噪声系数的关系如下：l接收器的操作频带宽度和过滤器特性：接收器的操作频带宽度表示接收器的瞬时操作频率范围。如果接收器的工作频带很大，则需要选择更高的if，以减少寄生对混合器输出的响应对接收器性能的影响。接收器的过滤器特性主要取决于中频频率选择和中频部分的频率特性。如果If过滤器特性的带宽大于回波信号的带宽，则太多的噪声进入接收器，相反，信号的能量丢失，从而降低接收器输出的信噪比l动态范围和增益：动态范围表示接收器运行时允许的输入信号强度的变化范围。允许的最小输入信号强度通常采用最小可检测信号，允许的最大输入信号强度取决于正常操作要求。输入信号太大会导致接收器过载饱和，从而大大减少小目标回波。接收器的增益表示回波信号的放大能力，通常表示为输出信号功率与输入信号功率的比率。l频率源的频率稳定性和频谱纯度：短期频率稳定性通常用单边带相位噪声功率密度表示。光谱纯度主要是频率源的杂波抑制和谐波抑制。l振幅和相位稳定性l正交相位探测器的正交：模拟正交移相器和数字正交移相器。正交相位检测器的正交性指示相位检测器保持信号振幅和信号信息的精确程度。模拟正交相位探测器使干扰振荡器的频率与if信号的中心频率相同，从而使差分频率为零。能处理宽基带信号，难以实现I，q通道的良好振幅平衡和相位正交；数字相位探测器的工作方式是使用A/D转换器直接发送if信号，然后执行I/Q分离。高I/Q振幅平衡和相位正交的全数字处理，具有良好的工作稳定性。L A/D转换器技术参数l抗干扰能力l频率源和发射激励性能：主要从频域角度检测波形和发射激励信号的频谱特性。从时域角度看，信号的质量主要是调制信号的前沿、后端和顶部起伏、调制载波的频率和相位特性。4、接收机噪声系数和灵敏度接收器的噪声源主要分为两种。内部噪声主要由接收器的馈电、放电保护程序、高频放大器或混频器产生，在时间上连续，相位和振幅是随机的。外部噪声是由雷达天线进入接收器的各种人为干扰、日电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线热噪声。电阻热噪声：由导体中自由电子的不规则热运动引起。电阻产生的波动噪声电压平均平方值为额定噪声功率：当负载阻抗与噪声源中的阻抗匹配时，噪声源输出的最大噪声功率天线噪音：包括天线的热噪声和宇宙噪音，这些噪音是由于天线周围介质粒子的热运动而引起的。太阳和星系发出的噪音被天线吸收，进入接收器后，将显示为天线的热波动噪音天线噪声温度取决于与波瓣仰角角度和工作频率f相关的天线模式的每个发射源的噪声温度。噪声带宽：非均匀噪声功率谱在一定频带内是均匀功率谱，该频带是等效噪声功率谱带宽。5、噪声系数和噪声温度：噪声系数定义为接收器的输入信号噪声功率比和输出信号噪声功率比的比率。由于接收器的内部噪声，接收器输出端的信噪比表示加剧输入端的信噪比的乘数。噪声系数仅适用于接收器的线性和准线性电路。为了确保噪声系数为单值确定性，输入噪声基于室温290K下天线等效电阻产生的热噪声。噪声系数是以分贝表示的无量纲值。噪声系数的概念和定义可以扩展到任意手动或主动四段网络。等效噪声温度将接收机内部噪声视为理想接收机的天线电阻在温度下发生级联电路的噪声系数：接收器的灵敏度：指示接收器接收弱信号的能力。第四章雷达终端1、雷达终端的基本内容：目标数据的通过、数据处理和目标状态的现实。任务是发现目标，测量目标的位置坐标，根据目标回声的特性及其变化关系来判断目标的特性。2，雷达坐标系：笛卡尔坐标，极坐标。一维显示，二维显示。使用的显示设备：阴极射线管、液晶显示器。扫描方法：直线扫描、径向扫描、圆形扫描、随机扫描方法、光栅扫描一次是显示目标的距离、方向、高程、高度和位置的模拟显示，二次是显示目标的高度、速度和路线的数字显示。主要类型：距离显示器、液晶显示器、高度显示器、情况显示器、综合显示器l距离显示：一维显示，光源点在屏幕上与参考面的水平偏移，表示目标的斜向进刀距离，光源点的垂直距离表示目标回波的强度。a型显示器使用直线扫描。A/R型显示器使用双轨制直线扫描。j型监视器使用圆周显示，其目标的倾斜距离与主波和回波顺时针扫略弧的长度相对应。l液晶显示器：将目标的坐标位置表示为屏幕上光点的位置，光点测量表示目标回波的强度。PPI显示器。l高度显示器：e型显示器。雷达显示质量指标：显示类型；显示的目标坐标的数量、类型和范围；坐标的分辨率；显示器测量和对比度；图像的重复频率；显示图像中的扭曲和错误。其他指标：体积、重量、作业温度。距离显示器：a型显示器：屏幕具有发射脉冲、近场图片回波、目标回波。配置：扫描电路形成、视频放大、标准、距离尺度形成A/R显示器：发射脉冲、近地形回波、两个目标回波第五章雷达距离雷达方程：如果将雷达发射功率设置为，将雷达天线的增益设置为，则在自由空间工作时，离雷达天线r的功率密度为假定目标可以发射不损失的滴定功率，则二次辐射功率为：假设P2均匀复制，则接收天线接收的回波功率如下如果雷达接收天线的有效截面面积为Ar，则在雷达接收中接收的回波功率为Pr天线增益与有效区域之间存在以下关系：单基地脉冲雷达通常是发送和接收公共天线雷达方程提出了作用距离和每个参数之间的定量关系，但不考虑设备的实际损失和环境因素，具有方程中不可预测的两个量：目标有效发射区、最小可检测信号。目标的雷达截面面积：由目标中每个单位入射功率的密度定义，接收器中每个单位立体角度内产生的反射功率乘以4，具有良好导电性的等方性球体与该球体的几何投影面积相同，这意味着球体在接收方向