雷达原理读书笔记

1、雷达原理(Radar Principles )一读书“笔记”姓名：林中朝学号：07074033西安电子科技大学2010-11-1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!信咽理机!1R显示器图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:S2 = S1熹黑2康,Pt雷达发射功率。PtG4二 R22、对于定向天线，考虑到天线增益 G表示相对于各向同性

2、天线，则 S= 3、以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：& =6券=景.券, （T雷达散射截面积。4、雷达天线接收面积人,收到功率Pr= AS2 =号：.（4二）2R4Rmax =PtGAe- 11/4（4 二）4n5、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 P=&in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，

3、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 , re

4、peat 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：大功率电磁振荡产生与调制同时完成(一个器件) 电源 图2-1单级振荡式发射机(D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 P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，10-1002、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

5、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，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-i、 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

6、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，实现变频。2、中频部分及AGC(1)匹配滤波：(S/N)0maxAGC 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Gm.：用最小可检测信号功率 Gm.表示，检测灵敏度，给定虚警概率Pfa,达到指定检测概率Pd时的输入端的信号功率：Smin =6 | Pfa =const, Pd =

7、const保证下面灵敏所需接收机gain=120-160 dB , min =-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| Smin ,80-120dB。1 4、中频的选择与滤波特性：f0-AfR ,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

8、扰能力：杂波干扰（MTI, MTD 、有源干扰、彳贸目标干扰。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 九倍。2、平面显示器： 图

9、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。.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。.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4-2平面显示器图像五、雷达方

10、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,Pr =Pt Gt 二224 二 R2 4 二 R2ArPt G 二 Ar(4 二)2 R41R .Pt Gt 二 ARmax 一 2 o (4 ) Smin2.收发共天线时,A At A AGrP G4 二 R24 二 R2ArArGt24 二Ft Gt2 二 2 IRmax = (-tF-)4(4 二)Smin=(V1(4 - t)S min雷达实际作用距离受目标后向散射截面积、Smin、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：S = Acos

11、( ot )2R回波：S(t) = KS(tt.)= KAcosMo(t tr)+中,tr=一C2R 2-若目标固定、固定相位差：Wotr =2二f .丝.=J 2RC若目标以匀速 Vr 运动：r 二-Wot 2R=4(Ro-Vrt)=2 2(Ro-Vrt) 1C c,、2R(t)1 d r 2R=R0Vrt, tr(t) = -Z ， =丁二二二1 C2 二 dt ,同相fd 0 ,反相fd 02、窄带信号时的多普勒效应发射信号窄带表示：S(t) = Reu(t)ejWot回波信号表示:Sr(t) = KS(t -tr) =ReKu(t -tr)ejWo(t,r)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2匀速运动：tr =2R(t)/C =g(Ro -Vrt)即：复包络滞后tr,而高频相位差 邛=-Wotr =-2n(2/n)(Ro-Vrt)一时间函数d 2若为常数，邛(t)引起的频路差为：fd=，,J=EVr,多普勒频率2 - dt -(V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 a ,目标速度为V o则径向速度Vr =VCOS：多普勒信息的提取fd与fo相比很小，fd /fo=2Vr/C提取fd要用差分差拍方法。即：fr、fd的差值连续波多普勒雷达相干检波器取出相位变化信