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文档简介

1、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

2、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

3、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

4、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

5、,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

6、,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

7、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

8、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

9、 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

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