机载电子设备课件7第七章2new

第七章雷达系统2010.12.062主要内容概述雷达基本原理机载气象雷达空管一次雷达空管二次雷达32.4雷达天线(1)雷达天线是雷达重要而有特色的组成部分，有如下功能：在空间电磁波传播与在传输线中波导传播之间起转换作用；在目标的方向上集中辐射能量（以天线增益度量）；聚集从目标到雷达的后向散射回波能量（以天线有效孔径度量）；测量回波信号的到达角度以提供目标的角度测量（方位角、仰角）；42.4雷达天线(2)对在空间域（角度域）分辨目标起空域滤波器的作用，并抑制来自非主波束方向的非有用信号；提供雷达期望的体积覆盖；通常确定雷达多次观察目标之间的时间间隔（重访时间）。52.4雷达天线(2)几乎所有的雷达天线都是有方向性的（即定向天线）并以某种方式在角度域进行波束扫描。定向天线的窄波束导致精确的角度测量并能分辨相互靠近的多个目标。62.4雷达天线(3)抛物反射面天线72.4雷达天线(4)由抛物面反射器和馈源组成，馈源装在抛物面反射器的焦点上。从馈源辐射的球面波，经抛物面反射转变为平面波，从而形成方向性很好的波束（笔形波束）。82.4雷达天线(5)电子扫描相控阵天线92.4雷达天线(6)相控阵是由若干辐射单元组成的定向天线。其辐射方向图由每个辐射单元上电流的幅度和相位确定。通过改变每个辐射单元上电流的相位（由移相器实现），相控阵天线实现电子波束扫描。102.4雷达天线(7)电子扫描相控阵能够提供：敏捷快速的波束扫描；大峰值和大平均功率的潜力（每个单元可以有自己的发射机）；多目标跟踪（可以同时产生多个独立的波束）；孔径照射可以控制（由于有许多可用的天线单元）。112.5雷达发射机(1)为了提供高发射功率，根据不同的射频功率源，雷达发射机有两种常用的电路类型：基于功率振荡器，如磁控管。基于功率放大器，如速调管、行波管或晶体管放大器。122.5.1功率振荡器发射电路(1)发射电路使用大功率的微波脉冲振荡器来产生功率强大的脉冲射频信号。振荡器本身即为射频功率源（其输出功率等于雷达发射功率）。采用这样的振荡器，可将其产生的射频信号直接输往天线辐射，中间不需经过任何功率放大或变频。通常磁控管尺寸比较小，从而发射机也比较小；但平均功率有限且稳定性差。132.5.1功率振荡器发射电路(2)功率振荡器发射机框图142.5.1功率振荡器发射电路(3)磁控管振荡器——微波波段常用的大功率振荡器磁控管剖面示意图15作用空间中电子运动的轨迹162.5.1功率振荡器发射电路(3)磁控管内电磁振荡的产生由正交电磁场和磁控管的特殊构造共同形成。阴极发射出的电子由于阳极的高电势而加速飞往阳极，其间由于磁场的存在而发生偏转，路径发生弯曲。如果电势和磁场都适当，弯曲路径的电子束在掠过阳极的开槽时，可以将能量耦合到槽孔与槽口空间激发电磁振荡，再将能量经耦合从槽孔中引导出来，即可提供微波功率。172.5.1功率振荡器发射电路(4)调制器接收同步触发脉冲，实现对磁控管振荡器的控制，以使磁控管形成的周期性射频脉冲信号的重复周期、脉冲宽度和幅度满足要求。对于磁控管，当加在阳极上的电压脉冲使其电势超过临界值时才激发电磁振荡。182.5.2功率放大器发射电路(1)（晶体管）功率放大器发射机框图192.5.2功率放大器发射电路(2)振荡源产生低频振荡，经多次倍频后达到雷达所要求的发射频率。这种放大器的带宽通常比其它射频功率源要宽。在低压工作，容易维护且寿命长。但功率低，对于多数雷达应用需要将大量器件组合（功率放大）以产生足够的功率。202.6雷达接收机(1)两次变频的超外差式雷达接收机：雷达接收电路框图视频输出212.6雷达接收机(2)射频部分包括信号混频器和本地振荡器，通过变频降低回波信号的频率，以利于对信号进行放大及其它处理。中频部分包括第一中频发大器、第二级本振、第二级混频器和第二中频放大器，主要实现放大回波信号和滤除噪声。222.6雷达接收机(3)检波电路用于产生对应于中频回波信号包络的视频回波信号、放大视频信号并进行其它处理，可形成高质量的视频信息输往显示器。

232.7雷达显示器(1)雷达显示器是雷达的终端设备。雷达所检测到的目标信号，通过显示器转化为图像。雷达显示电路的组成：显像管、偏转电路、视频处理电路、高压电源与低压电源等。24雷达显示器电路框图252.7雷达显示器(2)标志产生电路为了便于判读目标的距离，显示器上必须能够显现明晰的距离标志圈；同样，为了判读目标的方位，显示器上应产生方位标志线。标志产生电路用以产生所需的距标脉冲和方位标志脉冲。26雷达显示器27电子束的极坐标扫描282.8噪声背景下的信号检测(1)雷达是通过对自身发射的电波被目标所反射的射频能量来判断目标存在的。信号检测是指在由杂波、环境噪声和雷达接收机噪声所形成的噪声背景下，将目标检测出来。门限检测：接收机输出的包络超过了预置的门限，即认为有目标存在。292.8噪声背景下的信号检测(2)噪声背景下，提高信号检测性能的方法：将峰值信号与平均噪声功率的比值最大化（使目标可检测性最大），如匹配滤波器。302.8噪声背景下的信号检测(3)匹配滤波器在物理概念上的解释：由于输入信号的频谱在某些频率上较强，在另一些频率上较弱，而噪声频谱假定是均匀的。滤波器对不同频率分量进行加权，使信号分量强的地方增益大，信号弱的地方增益小，从而强者越强，弱者越弱，结果在输出端相对地加强了信号而削弱了噪声的影响。312.8噪声背景下的信号检测(4)当滤波器的输入为脉冲响应为的滤波器的输出是和的卷积：若滤波器为匹配滤波器，有

，则匹配滤波器的输出是被噪声污染的接收信号与发射信号的互相关函数。322.8噪声背景下的信号检测(5)匹配滤波器是白噪声背景中检测信号的最佳线性滤波器。以时域的观点，即滤波器的脉冲响应是输入信号的镜像函数。以频域的观点，即滤波器的频率响应函数是输入信号频谱的复共轭值。332.9相位检波器——多普勒处理(1)相位检波器之一——相干检波器I(t)Q(t)342.9相位检波器——多普勒处理(2)相干检波器采用了两个混频器和两个低通滤波器（抑制高频分量）。每