第30讲 电磁波探测——雷达

1、2022-3-15CRIRP12022-3-15CRIRP2雷达雷达(radar): Radio Detection And Ranging。l电波遇到物体产生反射l根据从物体反射回波获得被测物体的有关信息l电波垂直入射近理想金属表面时所产生的反射最强烈2022-3-15CRIRP32022-3-15CRIRP4l发射机发射机l发射天线发射天线l接收天线接收天线l接收机接收机l显示、记录设备显示、记录设备l天线控制系统天线控制系统 2022-3-15CRIRP5n传统：探测目标的距离、方位、速度等尺度传统：探测目标的距离、方位、速度等尺度信息。信息。n现代：传统现代：传统+ +目标识别目标识别

2、计算机技术、信号处理技术、电子计算机技术、信号处理技术、电子技术、通信技术等相关技术的发展。技术、通信技术等相关技术的发展。2022-3-15CRIRP6天馈子系统控制子系统射频收发子系统信号处理子系统中央处理子系统显示子系统现代雷达系统组成现代雷达系统组成2022-3-15CRIRP7雷达探测原理雷达探测原理l雷达目标位置测量雷达目标位置测量l目标速度与其它参数的测量目标速度与其它参数的测量 目标距离测量目标距离测量目标方位角和俯仰角的测量目标方位角和俯仰角的测量目标高度的测量目标高度的测量 目标径向速度测量目标径向速度测量目标识别目标识别2022-3-15CRIRP82022-3-15CR

3、IRP9目标位置探测目标位置探测l电磁波在自由空间是以光速传播电磁波在自由空间是以光速传播l雷达与目标之间的距离为雷达与目标之间的距离为sl发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔tl则目标距雷达的距离为则目标距雷达的距离为: tcs21传统的雷达传统的雷达采用同步扫描显示方式采用同步扫描显示方式现代雷达现代雷达采用采用DSP将所测距离直接显示或记录下来。将所测距离直接显示或记录下来。2022-3-15CRIRP10目标位置探测目标位置探测u从原理上讲，利用天线波束尖端的最强方向指向目从原理上讲，利用天线波束尖端的最强方向指向目标从而测定目标的方位是准确的。标从而测定目

4、标的方位是准确的。u由天线方向图可知由天线方向图可知, 波束最强的方向附近波束最强的方向附近, 对方向性对方向性是很不敏感的是很不敏感的, 带来较大误差带来较大误差,这种方法适合搜索雷达这种方法适合搜索雷达而不适合跟踪雷达。而不适合跟踪雷达。u单脉冲技术是解决测向精度的有效方法。单脉冲技术是解决测向精度的有效方法。2022-3-15CRIRP11目标位置探测目标位置探测sinRH 修正hRhHsin22Rh修正2022-3-15CRIRP12振荡源发射电波以不变的光速振荡源发射电波以不变的光速c传播传播l目标相对雷达运动时目标相对雷达运动时, 接收频率接收频率f与雷达振荡频率与雷达振荡频率f0

5、差为差为l接收者相对振荡源不动接收者相对振荡源不动, 则接收频率与发射频率相等则接收频率与发射频率相等l振荡源与接收者之间有振荡源与接收者之间有相对接近相对接近运动运动, 则接收频率则接收频率大于大于发射频率发射频率l振荡源与接收者之间有振荡源与接收者之间有相对远离相对远离运动运动, 则接收频率则接收频率小于小于发射频率发射频率cvffffrd2002022-3-15CRIRP13电磁散射理论电磁散射理论模式识别理论模式识别理论数字信号处理数字信号处理合成孔径技术合成孔径技术等等2022-3-15CRIRP14回波中有限频率的幅度响应数据与目回波中有限频率的幅度响应数据与目标的特征极点有一一对

6、应关系。标的特征极点有一一对应关系。2022-3-15CRIRP15min24max)4(LSAGPRrtt)/()4(324maxNSfLkTGGPRertt2022-3-15CRIRP16天线：卡塞格伦天线天线：卡塞格伦天线馈源：矩形多模喇叭馈源：矩形多模喇叭当天线对准目标时：接收电磁场只有主模当天线对准目标时：接收电磁场只有主模TETE1010模模当天线偏离目标时当天线偏离目标时, , 除主模外还会产生高次模除主模外还会产生高次模, , 其其中中TETE2020模会随着天线角度的变化而变化。模会随着天线角度的变化而变化。 2022-3-15CRIRP17 TE10TE20嗽叭口面目标在喇

7、叭中心线右面时，喇叭右侧的能量较大而左侧较小,这时等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠加（加）。当目标在喇叭中心线左面时, 等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠加（减）。 2022-3-15CRIRP18设法从喇叭馈源中取出设法从喇叭馈源中取出TE20模模, 它的它的幅度随目标偏幅度随目标偏离天线轴而增加离天线轴而增加, , 相位取决于偏离方向而相差相位取决于偏离方向而相差180180, , 从而为单脉冲接收机提供了方向性。从而为单脉冲接收机提供了方向性。检测到的检测到的角度误差信号角度误差信号去控制驱动机构使天线转动去控制驱动机构使天线转动, 改变其方位和俯仰改变

8、其方位和俯仰, 当误差为零时天线瞄准目标当误差为零时天线瞄准目标, 从从而实现自动跟踪的目的。而实现自动跟踪的目的。2022-3-15CRIRP192022-3-15CRIRP20l便于实现共形相控阵天线所必须的幅度、相位补偿。便于实现共形相控阵天线所必须的幅度、相位补偿。l减小了高频传输损耗，可获得更大射频功率，有利减小了高频传输损耗，可获得更大射频功率，有利于提高雷达性能。于提高雷达性能。l降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了阵面降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了阵面结构设计，缩小了体积，减轻了重量。结构设计，缩小了体积，减轻了重量。l有利于提高雷达工作可靠性、有效性和改善系统的有利于提高雷达工作可靠性、有效性和改善系统的响应速度。响应速度。l有利于实现数字波束形成和多个接收波束的自适应有利于实现数字波束形成和多个接收波束的自适应控制。控制。2022-3-15CRIRP21合成孔径雷达合成孔径雷达不聚焦型不聚焦型聚焦型聚焦型l合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR）l逆合成孔径雷达逆合成孔径雷达(ISAR) 2022-3-15CRIRP22l高分辨合成孔径雷达技术高分