第四章感测与侦测-东吴大学.ppt

海兵概 第4章 感測與偵測 海軍兵器系統概論 東吳大學軍事教育 全校選修 第４章 偵測子系統 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電 4.4 偵蒐裝備 雷達 雷達基本原理 天線及雷達波波套形成 雷達大部組成 雷達基本原理 發出一段有指向性的電磁波到特定的方位 如果該段電磁波被碰撞反射回來，即知道在該方位有”東東” 計算發波到回波的時間差而得知道該東東　　的距離 　　　那~~~要如何知道四週哪裏有東東？ 雷達 RADAR 雷達是什麼？可由其英文名稱來暸解 RADAR 是 RAdio Detection And Ranging 的縮寫，而中文的雷達，是該縮寫的直接音譯 Radio：指電磁波。大部分的雷達，使用波長 1 ~ 300厘米，亦即頻率 1~300 GHz 的電磁波。 電磁波波長可介於 10-6 到 107 米（公尺） 厘米波：波長為數厘米的電磁波 雷達 RADAR Detection : 偵知。指藉由接收物體反射回來的電磁波，來偵知物體的存在 Ranging : 測距。計算發波與回波的時間間隔，即可得知物體與我之間的距離 R = cΔt/2。 雷達，若以意譯，則為電磁波偵知測距儀 練習一下下…電達測距 脈波雷達 脈波 pulse wave 脈波雷達參數 脈波雷達效能 脈波 pulse wave 什麼是脈波？ 不連續（間歇）的波，例如每１小時，有５分鐘的波動 此５分鐘的波動其頻率可與脈波頻率無關 脈波可以是有規律的，也可以無固定規律 為什麼脈波型的電磁波適合用於雷達？ 明確的發射時間與反射時間有利計算目標距離 有沒有使用連續波來偵測的雷達？ 脈波雷達參數 PRT (脈波來復時) : 每隔多少時間會有一個脈波。 PRF (脈波來復頻) : 脈波出現的頻率，亦即單位時間內有幾個脈波，PRF = 1/PRT PW (脈 波 寬 度) : 指脈波中，波動持續的時間 RT (停 止 時 間) : 指脈波中，沒有波動的時間 RF (發 射 頻 率) : 指波動的頻率 脈波雷達效能 脈波寬度(PW)的影響 距離解析力： RRES = c PW/2 最近偵測距： RMIN = c PW/2 脈波來復時(PRT)影響： 最遠可偵距離, RUNAMB = c PRT/2 = c/(2PRF). 天線Rotation Rate 旋轉率 最遠可偵距 Maximum Range真實距離 Unambiguous Range 練習題又來了…哈哈哈 某雷達使脈波資料如下： PW = 10微秒（毫=10-3 微＝10-6 奈＝10-9 ） RT = 1毫秒 請問： 雷達的PRF為何？ 最遠可偵距離為何？ 距離解析力及最近偵測距為何？ 脈 波 雷 達 大 部 組 成 天線及雷達波波套形成 天線 雷達波波套形成 天線 天線的功用 隅合 或 反射 電磁波 接收電磁波 最簡單的天線是雙極式(dipole)天線，如右圖 中饋式雙極天線長度應正好是波長的一半 置於地面時，可再縮一半，1/4l 雷達波波套 波套(Lobe)指具有方向性的電磁波束 相同能量強度，聚焦為波束 能達到更遠距離（提高回波強度） 方位更加精確 要把電磁波弄成波套，一般有兩種方法： 以天線將電磁波反射到某方向 使用波的干涉消長現象，以相位差來形成某方向的波套 反射式天線 將能量聚焦成較完整的波套 相位式波套形成原理 相位式波套形成原理(相位陣列雷達，PAR) 發射機 Transmitter 功能 產生電磁波並將其調變為脈波串 將發射信號功率提高至適當的大小，使其能提供適當的偵測距離。 基本組件 磁控管 (magnetron)：產生電磁微波的震盪器(oscillator) 放大器 (amplifiers)：提高功率 接收機 Receiver 功能 感測 (Sense) 回波 放大回波信號，供後續處理及顯示 重要特性 將回波信號由背景雜訊中分辨出來的能力 信號雜訊比＝信號功率/雜訊功率 signal-to-noise ratio = S/N Miss and FAR 供電器 Power Supply 功能：提供組件不同功率及電壓的電源 發射器 (transmitter) 是整個雷達系統中耗電最多的組件： 累積並提高脈波能量以供發射 脈波所發射的功率，稱為峰值功率 (peak power)。 它比供應到發射器的平均功率要高出許多。 同步器及收發轉換器 同步器 (Synchronizer) : 同步器管制雷達各部件並為新脈波歸零計時器 收發轉換器 (Duplexer) : 切換天線連接到發射機或接收機的切換開關 4.4 偵蒐裝備 聲納 最早的聲納 聲納一般概念 工作原理 聲納類別 水中