《雷达原理及系统》Radar课程设计.docVIP

设计要求 设计一雷达系统，对1 目标，要求探测距离为10km，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20°，距离分辨力为15m。要求： 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 雷达设计 雷达工作频率，发射功率 对于常规脉冲雷达，工作频率即为发射波的频率，，用于进程跟踪和制导(10-25km)的雷达一般采用 和波段。本设计采用波段，=15GHz。发射功率 指脉冲器件射频振荡的平均功率，本设计中取=50kW。 ，式中为电波传播速度，为脉冲宽度，d为光点直径，为光点扫掠速度，由于一般较小，本设计中忽略，，发射功率，则。 天线孔径及增益 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长 和天线口径尺寸 ，即，式中与天线口径场分布有关，=2。 D为： 垂直口径尺寸 为： 设计系统的天线为收发共用天线 天线增益 脉冲重复频率 对于常规脉冲雷达，发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为，脉冲重复周期为 则有： 式中，是指脉冲重复周期内输出功率的平均值，是指脉冲期间射频振荡的平均功率。 称作雷达的工作比为，常规脉冲雷达的工作比的典型值为，但脉冲多普勒雷达的工作比可以达到 数量级，甚至数量级，连续波雷达的。在本设计中，我们选取 式中是脉冲重复频率，为脉冲重复周期。 接收机灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。 式中为雷达最大作用距离（设计要求），指雷达发射机发射功率，指目标的雷达截面积（取），指天线的有效接收面积，为雷达发射电波的波长，为雷达最小可检测信号（接收机灵敏度）。 一般雷达的接收机灵敏度为 ，设计基本满足要求。 多个脉冲积累后可以有效地提高信噪比，从而改善雷达的检测能力。积累在包络检波前完成，称为检波前积累或中频积累。信号在中频积累时要求信号间有严格的相位关系，即信号是相参的，所以又称为相参积累。 环扫天线，天线扫描速度，水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，可取： 则对一个点目标的相参积累时间 为： 脉冲积累个数 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率 对于单基地常规脉冲雷达， 其中表示脉冲多普勒频率，由 关系可得最大不模糊速度： 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期 决定，为保证单值测距，通常应选取： 故最大不模糊距离 。 常规脉冲雷达发射的脉冲为单载频的矩形脉冲信号，其单位能量复包络可写成 ，表达式如下： 则由速度模糊函数的定义可得模糊函数 为： 多普勒分辨常数为： 有效相关时间 为： 信号在时域持续的时间越长即越大，速度分辨力越强， 速度分辨率 线性调频波形设计 由于相参积累的个数为，则雷达实际的探测距离则会增加为原来的,所以实际的探测距离为： 为了提高雷达的距离分辨力，雷达发射波形应该选择较窄的脉冲。但常规雷达脉冲的频谱宽度与脉宽成反比，因而窄脉冲的带宽很大，提高了系统复杂性，对信号处理提出了更高的要求。为了同时扩大雷达作用距离和提高距离分辨力，可以采用脉冲压缩雷达体制。脉冲压缩雷达采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离i，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离和距离分辨力之间的矛盾。 常见的脉冲压缩系统有线性调频、非线性调频和相位编码，本设计选用线性调频脉冲压缩。与输入脉冲信号噪声的功率比提高了倍。 即： 其中称为压缩比。 这就使得脉冲压缩雷达的探测距离比采用相同发射的脉冲功率和保持相同分辨率的普通脉冲调制雷达的探测距离增加了 倍。故可求得： 线性调频波的距离分辨率为，所以压缩后的脉冲宽度 为： 压缩前的脉冲宽度为： 线性调频波的带宽 为： 综上所述设计线性调频波 为： 其中 表示雷达的工作频率， 为频率变化斜率， 则 取延时 ,则回波压缩前的信号为： 在MATLAB中