第1章雷达技术基础.ppt

现 代 雷 达 技 术 第1章 雷达技术基础 课程介绍 课程简介 课程内容：雷达技术基础、主要现代雷达介绍 学习目标： 巩固雷达基础知识 全面掌握现代雷达技术及其原理 了解现代雷达新技术、新体制及发展方向 课程介绍 参考资料 张明友、汪学刚，《雷达系统（第二版）》，电子工业出版社（教材） Merrill I. Skolnik,《Radar Handbook》 丁鹭飞、耿富录，《雷达原理（第三版）》，西安电子科技大学出版社 中航雷达与电子设备研究院，《雷达系统》，国防工业出版社 1.1 雷达的概念 雷达的定义？ 雷达 Radar Radio Detection and Ranging 原意：无线电探测与测距，无线电定位 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷达站或雷达机，简称雷达 1.1 雷达的概念 电磁波 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 随机热运动，所有物体都辐射电磁波能量，包括：无线电波、光、热辐射，波长不同 雷达辐射的电磁波：强电流激励调谐回路，向空间传播交变的电磁能量，高频正弦波 1.1 雷达的概念 无线电磁波的特征 传播速度：真空中，无线电磁波以光速传播 传播方向：与电场和磁场方向垂直（右手法则，E = H）。遇到反射体时，方向反向 功率密度：电磁波的平均强度 电磁波强度：在垂直于传播方向的平面内，每秒通过单位面积的能量。瞬时值 = EH 接收功率 = 电磁波功率密度 ? 天线孔径面积 1.1 雷达的概念 无线电磁波的特征（续） 天线极化：习惯上取为电场方向 线极化：垂直和水平极化 圆极化：水平 + 垂直极化 接收天线与极化同向，吸收能力最大 反射物改变极化方向，目标识别辅助手段 1.1 雷达的概念 雷达接收（回波）信号 目标：待测目标的电磁波反射或散射，如飞机、云雨、天体、舰船、山川、森林、陆地、建筑物、车辆、兵器、人员等 杂波：不需要的电磁波反射，如地面、海面、植被、山区、建筑物等 干扰：有源干扰、无源干扰 噪声：环境噪声、系统热噪声 1.1 雷达的概念 雷达坐标系 极坐标系：斜距、方位角、俯仰角，常用 其它坐标：斜距、方位角、高度，测高仪 雷达回波中的可用信息 斜距 角度：方位角和俯仰角（高低角） 径向速度 目标特征：大小；形状；表面粗糙度；介电特性 1.1 雷达的概念 雷达回波中的可用信息 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算） 方位角 a （q） 俯仰角 b （j） 径向速度 vr 1.1 雷达的概念 目标斜距的测量 利用电磁波从发射机经目标反射或散射到达接收机的传播用时 测距方法：时延法；三角定位法 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 电磁波在大气或真空中的传播速度接近光速，且误差可忽略 各种物体对电磁波的散射特性 1.1 雷达的概念 目标角度的测量 利用雷达天线波束的指向性 测角方法：振幅法（最大信号法，双波束法）；相位法；时延法 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 雷达天线的指向性，或电磁波的定向传播特性 1.1 雷达的概念 目标速度的测量 利用运动目标回波中的多普勒频移信息 测速方法：多普勒滤波；斜距变化率 物理依据 物体相对运动所产生多普勒频移现象 1.1 雷达的概念 目标大小、形状的测量 利用高分辨雷达 距离分辨力，大带宽脉冲压缩 切向分辨力（角度分辨力）：大孔径、合成孔径 目标电磁特征的测量 利用目标的散射特性。极化；散射空间分布 用于目标识别、成像、敌我识别 1.3 雷达的工作频率 雷达的工作频率 常用 220MHz~35GHz；实际 3MHz~300GHz 工作频率不同的雷达在工程实现时差别很大 工程中常采用字母来命名雷达波段： L：1G~3G，22cm S：2G~4G，10cm C：4G~8G，5cm X：8G~12G，3cm Ku：12G~18G，2.2cm Ka：27G~40G，8mm 米波、毫米波、激光波段 1.3 雷达的工作频率 雷达分辨力 雷达区分两个相邻目标的能力 距离分辨力：脉冲宽度；与带宽成反比 角度分辨力：波束宽度；与孔径成反比 单脉冲测角，鉴角曲线陡度 速度分辨力（多普勒分辨力）：与相干积累时间成反比；相干积累脉冲个数 1.3 雷达的工作频率 雷达系统组成 天线及扫描控制 收发转换开关及微波滤波 激励及同步：主振信号源、频率合成 发射机：波形产生、调制、RF放大链 接收机：LNA、IF放大、检波 信号处理机：匹配滤波、干扰抑制、CFAR 数据处理机：特征提取、跟踪、识别、航迹 输出设备（显示和记录结果） 1.2 雷达的基本组成 脉冲雷达的基本组成 雷达方程与雷达系统设计 基本雷达方程 一个统计值，只在概率意义上讲, 当虚警概