雷达原理教案.docx

第一章绪论

§1.1雷达的任务

1.Radar:RadioDetectionandRanging无线电探测和测距。

2.雷达的发展史：

1936年使用声波探测飞机，测量最远距离13KM。

1904年德国克里斯蒂安·许尔斯迈尔取得原始雷达设计专利。

30年代，电子科学发展，使制造雷达成为可能。

1936年6月，英国罗伯特·沃森·瓦特，使雷达测距范围达到27KM,1

个月后达

到65KM,之后发展到88公里。例如CH雷达。

1938年测距范围达到200公里，在泰晤士河口，组成200KM范围内的雷达网3.早期任务：测距、探测

4.现代任务：获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等

§1.1.1雷达回波中的可用信息

一.回波中可提取的信息：距离和空间角度→目标位置变化(时间变化规律)→目标尺寸和形状(分辨率)→目标形状的对称性(极化)→表面粗糙度及介电特性

二.根据目标在空间、陆地或海面上的位置：直角坐标系，球(极)坐标系，如图1-1

直角坐标系，斜距R,方位角α(正北、正南或其他参考方向),仰角β

圆柱坐标系，水平距离D,方位角a,高度H

D=Rcosβ;H=Rsinβ;α=α

图1-1用极(球)坐标表示目标位置

三.雷达基本工作原理

如图1-2,由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再定向辐射于大气中，如果目标位于定向天线波束内，截取一部分电磁能，再将这些截取能量向各方向散射，部分能量进入到雷达接收机。接收机将散射回波信号经信号处理送终端显示。

收发转换开关

收发转换开关

发射机

接收电磁波

接收机

信号处理机

显示器

发射电磁波

天线

噪声一

目标

R

图1-2雷达的原理及基本组成

四.相关量的测量

发射脉冲

发射脉冲

回波

噪声

t

图1-3雷达测距

1.目标斜距的测量，图1-3

或

R:单程距离m,t,往返时间s,C光速3×10?m/s

lμs→150m

测距精度与发射信号(时宽)带宽(成处理后脉冲宽度)有关，脉冲越窄、性能越好2.目标角位置的测量

角位置指方位成仰角，利用天线的方向性来实现。

天线尺寸越大→测角精度越低

一般用密位表示，2π=6000密位=360°1密位6000=0.06

回波波前方向(角位置)还可以利用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。3.相对速度的测量

fa:多普勒频移(Hz)

v,:雷达与目标之间的径向速度(m/s)

λ:载波波长(m)

当目标向着雷达运动时，v,0,回波载频提高；反之v,0,回波载频降低。

也可以使用径向距离的变化率(精度低，无模糊)

两种方法都需要较长的观察时间

多普勒的应用：MTI(动目标显示),PD(多普勒雷达)。

4.目标尺寸和形状

前提：足够高的分辨力(SAR和ISAR)

比较目标对不同极化波(如正交极化)的散射场，可以对目标形状的不对称性进行测量，用于目标识别。

§1.1.2雷达探测能力→基本雷达方程

距离R处任一点处的雷达发射信号功率密度：P,雷达发射功率。对于定向天线，考虑到天线增益G,表示相对于各向同性天线，则

以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：

σ雷达散射

截面积。

雷达天线接收面积A,收到功率

最大测量距离：当雷达接收功率为接收机最小检测功率(即临界灵敏度)时P,=Sm时，

§1.1.3雷达的战术和技术参数

战术参数：与战术使用有关的参数

技术参数：为保证战术参数分配到雷达各组成部分的技术指标

战术参数通常包括：

·威力范围(Rmim,Rm,αmm,αmax,βmn,βmax,famn,fdmax等)

·威力范围内的多目标探测能力

·精度(测量值与真实值之间的最小误差)

·分辨能力(所能区分的最小目标空间范数值)

·体积、重量、尺寸、无故障工作时间、故障恢复时间、作战**等等技术参数：从雷达组成看，包括雷达天线、发射机、接收机等技术指标

如：天线波束(形状，宽度),增益，带宽，频率范围，工作方式，灵敏度，功率等

其中带宽也常作为技术参数，因为带宽决定了战术使用方式

§1.2雷达的基本组成

发射机

T/R

目标

同步器接收机

伺服

信号处理

显示

控制

图1-5脉冲雷达基本组成

天线：辐射能量和接收回波(单基地脉冲雷达)(天线形状，波束形状，扫描方式)收发开关：收发隔离

发射机：直接振荡式(如磁控管振荡器)

功率放大式(如主振放大式)(稳定，产生复杂波形，可相参处理)接收机：超外差，高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。

(接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等)

接收机中的检波器通常是