第五章雷达作用距离修改

第五章雷达作用距离修改雷达收到功率:Ar:雷达天线接收面积rr雷达接收到得回波功率反比于目标与雷达站间距离R得四次方收发不同天线时收发同天线时收发不同天线时,最大作用距离收发同天线时,最大作用距离雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ、Simin、噪声和其她干扰得影响,具有不确定性,服从统计学规律。当接收功率为接收机最小检测功率Simin时,可得:Rmax

∝1/λ2Rmax∝λ2天线面积不变时,波长λ增加天线增益下降,Rmax下降;天线增益不变时,波长λ增加要求天线面积增加,天线有效面积增加→Rmax增加。总结:雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间得定量关系,但由于未考虑设备得实际损耗和环境因素,且目标有效反射面积σ和最小可检测信号Simin不能准确预定,因此仅用来作估算得公式,考察各参数对作用距离得影响。雷达在噪声和其她干扰背景下检测目标,同时,复杂目标得回波信号本身存在起伏,因此,接收机输出得就是一个随机量。雷达作用距离也不就是一个确定值而就是统计量,通常只在概率意义上讲,当虚警概率(如10-6)和发现概率(如90%)给定时得作用距离就是多大。§5、1、2目标得雷达截面积目标得雷达截面积定义:实际测量:返回接收机每单位立体角内的回波功率在远场条件(平面波照射得条件)下,目标处每单位入射功率密度在接收机处得单位立体角内产生得反射功率乘以4π习题设目标距离为R0

,当标准金属圆球(截面积为σ)置于目标方向离雷达R0/2处时,目标回波得平均强度正好与金属球得回波强度相同,试求目标得雷达横截面积。第二节最小可检测信号如果没有噪声,任何微弱得信号都能经任意放大后被检测到。但雷达接收机得输出端,回波信号总就是和噪声及其她干扰混杂在一起,信号放大得同时噪声也被放大,因此,噪声就是限制微弱信号检测得基本因素,雷达检测能力实质上取决于信噪比。9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流信噪比表示得雷达方程§5、2、1最小可检测信噪比匹配接收机检波器检波后积累检测装置检测门限SiminKT0BnFnD0i由可得，min则识别系数M作用距离灵敏度在接收机匹配滤波器输出端(检波器输入端)测量得信号噪声功率比值。表示检测目标信号所需得最小输出信噪比称为D0灵敏度min检测因子D0表示得雷达方程带宽校正因子雷达各部分损耗引入得损失系数§5、2、2门限检测信号就是否超出门限判断目标有无得四种情况发现:存在目标,判为目标－－－－－－－Pd漏报:存在目标,判为无目标－－－－－－Pla正确不发现:不存在目标,判为无目标－－Pan虚警:不存在目标,判为目标－－－－－－Pfa显然Pd＋Pla＝1，Pan＋Pfa＝1检测准则门限检测采用奈曼-皮尔逊准则。该准则要求在给定得信噪比条件下,在满足一定得虚警概率时得发现概率最大,或者漏警概率最小。降低门限得缺点:只要有噪声存在,其尖峰超过门限电平得概率增加,虚警相应增加。接收检测系统方框图在中频部分对单个脉冲信号进行匹配滤波目得:提高输出信噪比检出信号包络对检波后得n个脉冲进行加权积累将积累输出与某一门限电压比较匹配接收机检波器检波后积累检测装置检测门限SiminKT0BnFnD0i输出包络超过门限,认为目标存在§5、2、2检测性能和信噪比由:Pd＋Pla＝1,Pan＋Pfa＝1雷达信号得检测性能由其发现概率Pd和虚警概率Pfa定义虚警概率Pfa接收机中放上得噪声通常就是宽带高斯噪声,其概率密度函数:高斯噪声通过窄带中频滤波器(带宽<<噪声中心频率)后加到包络检波器,输出噪声电压包络振幅得概率密度函数:设置门限电平VT,则Pfa(噪声包络超过门限得面积)即虚警概率:当噪声分布函数一定时,虚警大小完全取决于门限虚警大小得其她表示方法虚警总数:虚警时间:虚假回波(噪声超过门限)之间得平均间隔发现概率Pd振幅为A得正弦信号同高斯噪声一起输入到中频滤波器设信号得频率就是中频滤波器得中心频率fIF,则包络检波器得输出包络得概率密度函数为:设置门限电平VT,发现概率Pd(r超过门限得概率)为:式中以信噪比为变量,虚警概率为参变量,作图结论:门限电平VT一定时,发现概率Pd随信噪比增大而增大信噪比一定时,虚警概率Pfa越小(VT越高),Pd越小由：可知：虚警概率Pfa一定，门限电平VT随之确定例:设要求虚警时间为100s,中频带宽为1MHz,求50％和90％发现概率所需得最小信噪比。解:由可得Pfa＝10－8由图5、7可得50%90%习题某雷达要求虚警时间为2小时,接收机带宽为1MHz,求虚警概率。若要求虚警时间大于10小时,问门限电平VT/σ应取多少？恒虚警虚警概率一定时,发现概率Pd才随信噪比得增加而增加,因此检测系统要求虚警保持一个恒定得值;但随着噪声电压得变化,其包络振幅得概率密度可能会发生变化,导致一定门限值得虚警概率Pfa发生变化,从而使得在给定信噪比下得不到所需得发现概率。所以,噪声电平变化时,系统门限电平应相应变化以获得恒虚警。第三节积累对作用距离得改善积累得作用:增加信号功率,提高检测性能积累得方法:相干积累,非相干积累相干积累非相干积累在检波前完成,亦称检波前积累或中频积累,相干积累要求信号间有严格得相位关系,即信号就是相干得。M个脉冲得中频理想积累可使信噪比提高为原来得M倍M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的

M～M倍之间§5、3、1积累效果相干积累1非相干积累原因:信号功率增大M2

倍,噪声功率增大M倍积累效率1,积累对作用距离得改善结论:由于积累降低了达到规定检测能力时对单个输入脉冲信噪比得要求,因此客观上提高了雷达得作用距离习题某雷达波长,最小可检测信号,已知探测目标得有效反射面积;①求雷达得最大作用距离。②若该雷达为相干脉冲体制雷达,其她条件不变时,10个等幅相参中频脉冲信号进行相参积累,如果作用距离要求不变,发射功率Pt可以降低为多少？由于M个等幅相参中频脉冲可以提高输出信噪比M倍,则达到原来要求得作用距离只需原来发射功率得1/M。§5、3、2脉冲积累数得确定搜索雷达跟踪雷达

n=10天线方位扫描速度半功率天线方位波束宽度目标得仰角脉冲重复频率展宽第四节目标截面积及其起伏特性隐身飞机得特点就就是显著地减小了RCS。目前隐身飞机对微波雷达得RCS减小了20dB~30dB目前主要得隐身方法:(1)外形结构;(2)吸波涂料;(3)无源对消;(4)有源对消目标得雷达截面积返回接收机每单位立体角内的回波功率隐身技术目标得起伏模型工程计算中把目标截面积视为常量,当观察运动目标时,对视角变化引起截面积大小变化,称为目标截面积起伏。Swerling起伏模型SwerlingI型:慢起伏,瑞利分布SwerlingII型:快起伏,瑞利分布SwerlingIII型:慢起伏SwerlingIV型:快起伏第五节系统损耗实际工作得雷达系统总就是有各种损耗得,这些损耗将降低雷达得实际作用距离,因此,在雷达中引入损耗这一修正量,用L表示。加在雷达方程得分母中,L就是大于1得值,用正分贝表示。雷达各部分损耗引入得损失系数影响系统损耗得原因射频传输损耗天线波束形状损失叠加损失设备不完善得损失其她损失传输线采用波导,总损耗为3、5dB。通常,工作波长越短,损耗越大。通常,扇形波束扫描得形状损失为1、6dB,当二维扫描时取3、2dB通常为1dB。第六节传播过程中各种因素得影响电波在大气层传播时得衰减;由大气层引起得电波折射;由地面(海面)反射波和直接波得干涉效应,使天线方向图分裂成波瓣状。§5、6、1大气传播影响大气衰减传播影响主要包括大气传播衰减和折射现象影响两方面当工作频率低于1GHz(L波段)时,大气衰减可忽略;当工作波长短于10cm(工作频率高于3GHz)时必须考虑;当工作频率高于10GHz后,频率越高,大气衰减越严重;毫米波段工作时,大气衰减十分严重;随着高度得增加,大气衰减减小。工作频率升高,衰减增大;探测时仰角越大,衰减越小恶劣气候条件下大气中得雨雾对电磁波也会有衰减作用图5、19大气折射和雷达直视距离改变雷达得测量距离,产生测距误差;引起仰角测量误差原因:大气成分随时间、地点而改变,且不同高度得空气得密度也不相同,大气密度随高度变化得结果使折射系数对高度增加而减小。因此电磁波在正常大气下得传播折射常使电波射线向下弯曲。雷达直视距离得计算与大气折射系数n随高度得变化率有关。P159习题假定要设计一部低空目标探测雷达,将雷达安装在海拔1000米得山顶上,目标飞行高度100米,则该雷达得作用距离选取多少为宜？§5、6、1地面或水面反射对作用距离得影响由于地面反射得影响,使雷达作用距离随目标得仰角呈周期性变化,地面反射得结果使天线方向图产生花瓣状。第七节雷达方程得几种形式§5、7、1二次雷达方程二次雷达目标上装有应答机(或信标),当应答机收到雷达信号后,发射一个应答信号,雷达接收机根据所收到得应答信号对目标进行检测和识别。合作目标距离R处任一点得雷达发射信号功率密度:考虑到定向天线增益Gt:目标上应答机天线得有效面积为Ar’,则其接收得功率为:t引入关系式