雷达系统导论概述课件

《雷达系统导论》概述RADAR(RAdioDetectionAndRanging)无线电探测与测距：用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置，因此雷达也称为“无线电定位”（二维地面/海面、三维空间）。相应地，我国的雷达分会称为中国电子学会无线电定位技术分会(网址：)。雷达基本任务：发现目标并测量其距离、角度(方位和仰角)、速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息(如目标识别等)。可以概括为：探测、定位、成像、识别。8/8/20231《雷达系统导论》概述RADAR(RAdioDetecti《雷达系统导论》概述《雷达系统导论》课程的讲述一般基于几个方面展开：总体方面——雷达方程：对雷达总体性能进行估算，涉及到如下参数：硬件系统：收发天线增益、接收机灵敏度、中频带宽等软件系统：信号处理方法(相参否？)、检测方法门限等传播通道：工作频率、传播特性、空间介质特性、杂波特性等目标特性：目标散射区、RCS起伏模型等8/8/20232《雷达系统导论》概述《雷达系统导论》课程的讲述一般基于几个方《雷达系统导论》概述雷达体制：主要有动目标显示MTI—MovingTargetIndicator动目标检测MTD—MovingTargetDetector脉冲多普勒PD—PulseDoppler合成孔径雷达SAR—SyntheticApertureRadar逆合成孔径雷达ISAR—InverseSyntheticApertureRadar超视距雷达OTHR—Over-The-HorizonRadar机载预警(AEW)雷达—AirborneEarlyWarningRadar硬件方面——系统构成：天馈系统、发射机、接收机、激励器、信号处理机、态势显示器等。主要介绍各分系统的特点、实现方式及主要性能指标等。8/8/20233《雷达系统导论》概述雷达体制：主要有8/4/20233软件方面——信号处理：雷达定位原理及实现：测距、测速、测角—本科《电子系统》、硕士《时间序列分析与谱估计》《无线电测向原理与技术》《雷达系统建模与仿真》雷达信号检测：噪声及杂波统计特性、匹配滤波、假设检验、CFAR—本科《随机信号分析》、《雷达系统仿真》、硕士《信号检测理论》雷达波形设计：模糊函数、脉冲压缩信号—硕士《雷达信号理论与应用》空时二维自适应处理：时域杂波对消、空域旁瓣对消、STAP—硕士《阵列信号处理》极化信号处理：Poincare极化球、极化散射矩阵《雷达系统导论》概述8/8/20234软件方面——信号处理：《雷达系统导论》概述8/4/20234课程安排(共36学时)：32讲授/讨论+4实验袁教授：

绪论(4学时)雷达方程(6学时)接收机(4学时)

高频地波超视距雷达(2学时)《雷达系统导论》概述8/8/20235课程安排(共36学时)：32讲授/讨论+4实验《雷达系统导我讲授内容：测速——引入多普勒效应、相参积累、正交双通道处理、直接中频采样及数字正交化(4学时)

测距——脉冲雷达、FMCW雷达、调相连续波雷达→脉冲压缩、匹配滤波、模糊函数(6学时)

杂波抑制——MTI、PD雷达、延时线对消器→STAP(4学时)测角——DBF、单脉冲法及其改进型→空间谱估计(2学时)《雷达系统导论》概述8/8/20236我讲授内容：《雷达系统导论》概述8/4/20236美国IEEE–TheInstituteofElectricalandElectronicEngineers(1963)，会员30余万地理(Region)：十个区域，300多个分会，IEEEHarbinSection已成立。专业学会(Society)：39个，涉及雷达的主要有IEEEAerospaceandElectronicSystemsSocietyIEEEAntennasandPropagationSocietyIEEEGeoscienceandRemoteSensingSocietyIEEEOceanicEngineeringSocietyIEEESignalProcessingSociety英国IET–TheInstitutionofEngineeringandTechnology(2006)，会员15余万由英国电气工程师学会IEE和英国企业工程师学会IIE组成。主要的学术团体、会议及期刊学术团体8/8/20237美国IEEE–TheInstituteofElec中国CIE–TheChineseInstituteofElectronics(1962)中国电子学会无线电定位技术分会(雷达分会)法国SEE–SocieteDesElectriciensEtDesElectroniciens日本IEICE–TheInstituteofElectronicsInformationandCommunicationEngineers美国SPIE–TheSocietyofPhoto-OpticalInstrumentationEngineers(1955)国际光学工程学会8/8/20238中国CIE–TheChineseInstitute学术会议ICR–InternationalConferenceonRadar国际系列雷达年会，由中、英、日、法、美依次轮流主办，每年一届。从2003年起澳大利亚(CSSIP：CooperativeResearchCentreforSensorSignalandInformationProcessing)替代日本。IEEERadarConference美国雷达年会，IEEEAESSociety主办，年会IRS–InternationalRadarSymposium德国、波兰轮流主办，年会EUSAR–EuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar德国主办，每两年一届(偶数年)，2008年第七届APSAR–AsiaandPacificConferenceonSyntheticApertureRadar中、日、韩、澳大利亚、新加坡轮流主办，每两年一届，2007/2009全国雷达学术年会（2008年第十届、2010年第十一届）8/8/20239学术会议ICR–InternationalConferICASSP–InternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessingIEEESPSociety主办，年会，3000页左右ICSP–InternationalConferenceonSignalProcessing中国电子学会主办，每两年一届(偶数年)，2000页左右NAECON–NationalAerospaceandElectronicsConferenceIEEEAESSociety主办，每年一届InternationalConferenceonHFRadioSystems&TechniquesIET主办，每三年一届InternationalConferenceonAntennasandPropagationIET主办，每两年一届IEEEAntennasandPropagationInternationalSymposiumIEEEAPSociety主办，年会IGARSS–InternationalGeoscienceandRemoteSensingSymposiumIEEEGRSSociety主办，年会SPIEConference,Symposiumon…..SPIE召开的系列研讨会，目前已累积出版数千册OCEANS–/IEEEOESociety，每年在美国与MTS(theMarineTechnologySociety)合办一次会议，在亚太地区(奇数年)、欧洲(偶数年)单独举办一次。8/8/202310ICASSP–InternationalConfere学术期刊国际期刊IEEETransactions,Magazine,Letters:ProceedingsoftheIEEEIEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystemsIEEEAerospaceandElectronicSystemMagazineIEEETransactionsonAntennasandPropagationIEEEAntennasandPropagationMagazineIEEETransactionsonSignalProcessingIEEESignalProcessingMagazineIEEESignalProcessingLettersIEEETransactionsonInformationTheoryIEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensingIEEEJournalofOceanicEngineeringIET(IEE):IEEProceedings–Radar,SonarandNavigation(至2006年)IETRadar,SonarandNavigation(从2007年起)ElectronicsLetters8/8/202311学术期刊国际期刊8/4/202311国际期刊其他:SignalProcessingEURASIPJournalonAdvancesinSignalProcessingRadioScienceInternationalJournalofElectronicsInternationalJournalofRemoteSensing国内期刊电子学报、ChineseJournalofElectronics中国电子学会电子与信息学报、JournalofElectronics(China)中科院电子所通信学报中国通信学会宇航学报中国宇航学会航空学报中国航空学会微波学报中国微波学会系统工程与电子技术、JournalofSystemEngineeringandElectronics信号处理、电波科学学报、现代雷达、雷达与对抗、雷达科学与技术、中国雷达、电子对抗、电子对抗技术、航天电子对抗、舰船电子对抗8/8/202312国际期刊8/4/202312测速原理——多普勒效应重点强调：相对运动8/8/202313测速原理——多普勒效应重点强调：相对运动8/4/202313例子：当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者听到的笛声变尖，即频率升高；相反，当火车离开站台，听到的笛声频率降低。三要素：

波源、介质、观察者多普勒效应的一般性分析表示波源相对于媒质朝向观察者的运动速度表示观察者相对于媒质朝向波源的运动速度约定8/8/202314例子：当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者听到的笛声变尖，即波源的频率：单位时间内波源振动的次数或发出的“完整波”的个数；观察者接收到的频率：观察者在单位时间内接收到的振动数或完整波的个数；波的频率：媒质质元在单位时间内振动的次数或单位时间内通过媒质质元某点的完整波的个数。波速为

：波在介质中单位时间内相位传播的速度。

相对于媒质，波源和观察者都不动的情况设波长是波源相对于媒质静止时，单位时间波在媒质中传播距离，则8/8/202315波源的频率：单位时间内波源振动的次数或发出的“完整

相对于媒质，波源不动，观察者以速度向着波源运动。(波长不变、等效的波速变化)此时波源频率就是介质中波的频率，则8/8/202316相对于媒质，波源不动，观察者以速度向着波源运

相对于媒质观察者不动，波源以速度向着观察者运动因为波源所发出的相邻的两个同相振动状态是在不同地点发出的，这两个地点相隔的距离为，其中为波源周期。如果波源是向着观察者运动的，这后一地点到前方最近的同相点之间的距离是现在媒质中的波长。8/8/202317相对于媒质观察者不动，波源以速度向着观察者运波源运动，在媒质中的波长：对应波的频率为：(波速不变，等效的波长变化)由于观察者静止，所以他接收到的频率就是波的频率：8/8/202318波源运动，在媒质中的波长：对应波的频率为：(波速不变，等效的

相对于媒质，波源和观察者同时运动仅波源运动时，介质中波的频率仅观察者运动时，观察者所接收到的频率8/8/202319相对于媒质，波源和观察者同时运动仅波源运动时，介质中波的频声呐：波源产生——声波、介质——水雷达：波源产生——电磁波介质——自由空间电磁波在自由空间中传播速度为光速以下分析针对连续波雷达的不同工作情形(原理性说明)，分别推导多普勒频率表达式：1、单站主动雷达(双程)2、单站被动雷达(单程)3、双基地雷达如将上述结论用于脉冲雷达(相当于对CW雷达的脉冲采样)会产生一些特殊的问题，以后将讲述。多普勒效应在雷达中的应用8/8/202320声呐：波源产生——声波、介质——水多普勒效应在雷达中的应用8单站主动雷达雷达分类：单站(单基地)Monostatic：接收机、发射机共址/合置双站(双基地)Bistatic：接收机、发射机分置主动(Active)雷达：向外辐射电磁波，并接收回波——双程，占多数被动(Passive)雷达：仅被动接收回波——单程，广泛用于电子侦察典型单站双程雷达示意图如右，情形1：假设雷达静止，目标相对雷达径向速度vr1。实际上雷达探测飞机分两个过程：1、雷达(波源)发射电磁波f0、目标(观察者)接收/感应电磁波f’r；2、目标(波源)辐射电磁波f’r、雷达(观察者)接收回波信号fr1。8/8/202321单站主动雷达雷达分类：8/4/202321发射—感应过程：波源(发射机)不动、观察者(目标)运动反射—接收过程：观察者(接收机)不动、波源(目标)运动下面两书采用不同方法获得相同结论：[美]杰里L.伊伏斯等编，现代雷达原理，电子工业出版社，1991.3B.R.Mahafzaetal,Matlabsimulationsforradarsystemsdesign,Chapman&Hall/CRC,20048/8/202322发射—感应过程：波源(发射机)不动、观察者(目标)运动8/4同理可得如下结论：情形2：当目标静止，而雷达相对目标存在径向速度vr2时情形3：当目标、雷达存在相向运动，相对介质的径向速度分别为vr1，vr2时8/8/202323同理可得如下结论：8/4/202323故目标的多普勒频率为：式中vr为雷达与目标相对径向速度，f0、λ分别为雷达频率、波长。8/8/202324故目标的多普勒频率为：式中vr为雷达与目标相对径向速度，f0

设雷达发射信号，