1、雷達(dá)原理與系統(tǒng)西安電子科技大學(xué)電子對抗研究所2014年2月 主要內(nèi)容1、緒論2、雷達(dá)發(fā)射機(jī)3、雷達(dá)接收機(jī)4、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備5、雷達(dá)作用距離6、目標(biāo)距離的測量7、目標(biāo)角度的測量8、目標(biāo)速度的測量主要內(nèi)容9、連續(xù)波雷達(dá)10、脈沖多普勒雷達(dá)11、相控陣?yán)走_(dá)12、數(shù)字陣列雷達(dá)13、脈沖壓縮雷達(dá)14、雙基地雷達(dá)15、合成孔徑雷達(dá)1、緒論1.1 雷達(dá)的任務(wù)1.2 雷達(dá)的基本組成1.3 雷達(dá)的工作頻率1.4 雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展1.5 電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展1.1 雷達(dá)的任務(wù) 1.1.1 雷達(dá)的任務(wù)利用發(fā)射和接收電磁波信號的相關(guān)性，完成以下任務(wù)1、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，確定目標(biāo)在空間中的位置、運動、航跡等2、識別

2、目標(biāo)，確定目標(biāo)性質(zhì)（F/E，目標(biāo)類型，目標(biāo)形狀/散射特性等）1.1.2 探測與定位的坐標(biāo)系球坐標(biāo)系 以雷達(dá)自身為原點柱坐標(biāo)系 以雷達(dá)自身為原點近似（忽略曲率）轉(zhuǎn)換關(guān)系：1.1.3 基本測量原理收發(fā)開關(guān)/天線發(fā)射機(jī)目標(biāo)傳播空間接收機(jī)雷達(dá)信號處理雷達(dá)發(fā)射信號雷達(dá)接收信號正北為方位0，仰角以水平面為0正北同上，以海面/地平面高度為01.1 雷達(dá)的任務(wù) 1.1.3 基本測量原理雷達(dá)發(fā)射信號雷達(dá)接收點目標(biāo)信號1.1 雷達(dá)的任務(wù)距離信息提取脈沖測距法：利用收發(fā)脈沖包絡(luò)的時間遲延調(diào)頻測距法：利用收發(fā)相位函數(shù)的頻率差舉例：常數(shù)如果目標(biāo)距離為60km，則對應(yīng)的時間遲延為：如果調(diào)頻測距雷達(dá)的調(diào)頻斜率為：=10MH

3、z/ms，則對應(yīng)60km距離目標(biāo)的頻差為：0.4msTtr trfc接收頻率發(fā)射頻率1.1 雷達(dá)的任務(wù)角度信息提取振幅法測角 最大信號法 等信號法等相位法測角速度信息提取收發(fā)信號載波頻率的差（多卜勒頻率）舉例：頻率為10GHz的雷達(dá)，當(dāng)目標(biāo)徑向速度為300m/s時，其多卜勒頻率為1.1 雷達(dá)的任務(wù)1.1.4 雷達(dá)的探測能力-基本雷達(dá)方程雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號功率（W）：雷達(dá)的作用距離（m）：發(fā)射脈沖功率W發(fā)射天線增益倍接收天線有效面積（孔徑）m2工作波長 m目標(biāo)的雷達(dá)截面積 m2雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離 m接收機(jī)靈敏度 W未考慮因素：大氣衰減與路徑（多徑，曲率），目標(biāo)特性與起伏1.1 雷達(dá)的任務(wù)舉

4、例：某雷達(dá)發(fā)射脈沖功率為200KW，收發(fā)天線增益為30dB，波長0.1m，接收機(jī)靈敏度為-110dBm，不考慮大氣損耗等，試求其對=1m2目標(biāo)的最大作用距離1.2 雷達(dá)的基本組成天線收發(fā)開關(guān)保護(hù)器發(fā)射機(jī)激勵器/同步器接收機(jī)/信號處理機(jī)顯示/錄取設(shè)備天線：將高功率發(fā)射信號輻射到特定空間，從特定空間接收相應(yīng)的目標(biāo)回波信號收發(fā)開關(guān)/保護(hù)器：發(fā)射狀態(tài)將發(fā)射機(jī)連通天線，接收機(jī)輸入端閉鎖保護(hù)；接收狀態(tài)將天線連通接收機(jī)并對輸入信號限幅保護(hù)，發(fā)射機(jī)開路發(fā)射機(jī)：在特定的時間、以特定的頻率和相位產(chǎn)生大功率電磁波接收機(jī)/信號處理機(jī)：放大微弱的回波信號，解調(diào)目標(biāo)回波中的信息激勵器/同步器：產(chǎn)生和供給收發(fā)信號共同的時間

5、、頻率、天線指向等雷達(dá)工作的基準(zhǔn)顯示器/錄取設(shè)備：顯示、測量、記錄、分發(fā)目標(biāo)信息和各種工作狀態(tài)1.3 雷達(dá)的工作頻率雷達(dá)的工作頻率：3MHz 300GHz(100m 1mm)主要工作頻段：300MHz 18GHz(1m 2cm)3 30MHz戰(zhàn)略預(yù)警超視距雷達(dá)30 300MHz 米波遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)300MHz分米波/厘米波警戒/引導(dǎo)/制導(dǎo) 30GHz火控/末制導(dǎo)雷達(dá)30 300GHz毫米波火控/末制導(dǎo)雷達(dá)1.4 雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展1.4.1 雷達(dá)的應(yīng)用軍用雷達(dá)：按照作用距離：遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá) R600km中/近程搜索和警戒雷達(dá) 150kmR600km近程引導(dǎo)指示雷達(dá) R150km按照功能/用途：警戒引

6、導(dǎo)雷達(dá) 大范圍發(fā)現(xiàn)目標(biāo)/粗定位，不引導(dǎo)導(dǎo)彈/火力射擊 制導(dǎo)火控雷達(dá) 小范圍發(fā)現(xiàn)/跟蹤目標(biāo)，引導(dǎo)導(dǎo)彈/火力射擊 精密跟蹤雷達(dá) 對單個目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤和火力打擊 多功能雷達(dá)：同時具備上述多種功能和用途的雷達(dá)，如：SPY-1 特種雷達(dá)：具有特定功能的雷達(dá)：如：雷達(dá)高度表/雷達(dá)引信按照裝載平臺：星載雷達(dá)，彈載雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)，艦載雷達(dá)，車載雷達(dá)，背負(fù)雷達(dá)按照技術(shù)體制：收發(fā)關(guān)系和位置 單基地/雙多基地，非協(xié)同探測（PCL），MIMO天線技術(shù) 單波束/多波束，機(jī)械/電/混合掃描，發(fā)射/接收機(jī)技術(shù) 相參/非相參收發(fā)，捷變頻，頻率分集，信號處理技術(shù) MTI，MTD，PC，PD，SAR，ISAR，民用雷達(dá)： 氣象

7、雷達(dá)，航管雷達(dá)，宇航雷達(dá)，遙感雷達(dá)，1.5 電子戰(zhàn)和軍用雷達(dá)的發(fā)展1.5.1 電子戰(zhàn)（EW） 定義：敵我雙方利用無線電電子裝備或器材所進(jìn)行的電磁信息斗爭，電子戰(zhàn)包括電子對抗和電子反對抗電子對抗（ECM）：為了探測敵方無線電電子裝備的電磁信息（電子偵察），削弱或破壞其使用效能所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（電子干擾、偽裝、隱身和摧毀）電子反對抗（ECCM）：在敵方實施電子對抗的條件下，保證我方有效使用電磁信息所采取的一切戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施（反偵察、抗干擾、反偽裝、反隱身、反摧毀）1.5.2 雷達(dá)反干擾天線抗干擾：低旁瓣，旁瓣對消，旁瓣消隱，波束燒穿，隨機(jī)掃描，波束分集等發(fā)射機(jī)抗干擾：提高輻射功率，頻率捷

8、變，頻率編碼，頻率分集，脈沖壓縮，波形隱蔽，窄脈沖，重頻時變，誘餌發(fā)射等接收機(jī)、信號處理抗干擾：接收機(jī)抗飽和，重頻、脈寬鑒別，MTI，MTD，積累檢測，恒虛警，寬限窄，前沿跟蹤等隱身與反隱身隱身：通過形體設(shè)計和材料選擇降低目標(biāo)的RCS（）反隱身：增加照射功率，組網(wǎng)雷達(dá)，短波/米波雷達(dá)，雙/多基地雷達(dá)，PCL等檢測隱身目標(biāo)反偵察和反摧毀低截獲的發(fā)射波形：噪聲雷達(dá)，沖擊雷達(dá)，大時寬/帶寬積信號，信號隱匿，誘餌輻射等2、雷達(dá)發(fā)射機(jī)2.1 任務(wù)和基本組成 2.2 主要質(zhì)量指標(biāo)2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)2.5 脈沖調(diào)制器 2.1 任務(wù)和基本組成Tr2.1.1 任務(wù)產(chǎn)生大功率、指

9、定調(diào)制特性（振幅/相位）的電磁波單級振蕩式 大功率振蕩和調(diào)制一次完成（直接形成大功率振蕩和調(diào)制）脈沖調(diào)制器射頻振蕩器2.1.2 基本組成主振放大式 先產(chǎn)生小功率振蕩和調(diào)制，再經(jīng)放大達(dá)到大功率射頻振蕩器激勵放大器末級放大器基準(zhǔn)振蕩器脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器分頻器2.2 主要質(zhì)量指標(biāo)1. 工作頻率或波段2.輸出功率 脈沖(峰值)功率 ，平均功率例如： 則3. 總效率 ， 為供給發(fā)射機(jī)的各種交直流功率之和上例中，若發(fā)射機(jī)供電220V/15A,28V/20A,則4. 信號形式振幅調(diào)制：脈沖、連續(xù)波載頻調(diào)制：單載頻，頻率捷變，線性調(diào)頻，頻率分集，頻率編碼等相位調(diào)制：隨機(jī)相位，穩(wěn)定相位，相位編碼2.2 主要質(zhì)

10、量指標(biāo)5. 信號穩(wěn)定度或頻譜純度周期性不穩(wěn)：雜散抑制隨機(jī)性不穩(wěn)：相位噪聲 ff0P(f0)P(ff0)dcff0P(f0)P(f0-fm)f0-fmf0+fmP(f0+fm)例如：在頻譜儀上測得主信號與最大雜散信號功率分別為20dBm和50dBm，則雜散抑制為70dB例如：在頻譜儀上測得主信號功率為20dBm，測量帶寬為100Hz，在偏離1KHz處噪聲功率為50dBm，則相噪為90dBc2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.3.1 單級振蕩式發(fā)射機(jī)射頻振蕩器：磁控管振蕩器，微波三極管振蕩器，固態(tài)振蕩器等脈沖調(diào)制器：剛性開關(guān) 由外加脈沖控制開關(guān)導(dǎo)通/截至的調(diào)制器 軟性開關(guān) 由外加觸發(fā)脈沖控制開關(guān)

11、導(dǎo)通，開關(guān)自行截至的調(diào)制器特點：效率較高，只適用于調(diào)幅，頻率穩(wěn)定度差，相位噪聲很大，系統(tǒng)組成簡單，價格低廉，廣泛用于非相干信號處理雷達(dá)，目前已經(jīng)很少使用永久磁鋼陽極陰極燈絲諧振腔磁控管結(jié)構(gòu)示意圖燈絲陰極射頻輸出口陽極（管殼）磁控管電氣圖2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.3.2 主振放大式發(fā)射機(jī)基準(zhǔn)振蕩器：恒溫或溫補(bǔ)晶振，一般相位噪聲為 130dBc1KHz射頻振蕩器：晶振倍頻 利用非線性電路與選頻網(wǎng)絡(luò)，變頻快/相噪差/雜散小 鎖相倍頻 利用鎖相環(huán)，變頻慢/相噪好/雜散大放大鏈： 激勵放大常用固態(tài)放大器，末級放大常用行波管，速調(diào)管放大器等特點：效率較低，適用于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及其組合的復(fù)雜調(diào)

12、制，頻率穩(wěn)定度高，相位噪聲低，系統(tǒng)組成復(fù)雜，成本較高，廣泛用于相干信號處理雷達(dá)燈絲K陰極G柵極A陽極真空三極管電氣圖G/K間大負(fù)電壓時管截止G/K間小負(fù)電壓時管放大G/K間正電壓時管飽和導(dǎo)通燈絲K陰極A陽極行波管電氣圖A/K間負(fù)電壓時管截止A/K間正高電壓時管放大收集極輸入輸出2.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)2.4.1 特點頻率高（已達(dá)100GHz），工作電壓低供電方便（12V），壽命長，體積/重量小，可靠性高，成本低，單管/片功率小（30W，且隨頻率降低）2.4.2 發(fā)展趨勢通過電路合成提高組件/模塊的功率（1000W，隨頻率降低）；通過組件模塊的空間功率合成（相控陣），提高系統(tǒng)的發(fā)射功率2.5 脈沖調(diào)制

13、器作用 為電真空類的微波管提供高壓、大功率的視頻調(diào)制脈沖組成： 充電元件 儲能元件高壓電源 調(diào)制開關(guān) 耦合元件 微波管高壓電源：提供充足、穩(wěn)定的直流能量，滿足工作要求（高壓、大電流）充電元件：將直流能量及時傳遞給儲能元件，一般由R，L，二極管D 等擔(dān)任儲能元件：在開關(guān)截止時保存充電能量，在開關(guān)導(dǎo)通時釋放保存的能量（C等）調(diào)制開關(guān)：剛性 在輸入脈沖的控制作用下，脈沖期間導(dǎo)通，脈沖過后截止 軟性 在輸入脈沖的觸發(fā)作用下導(dǎo)通，儲能元件能量釋放盡后截止耦合元件：將高壓、大電流脈沖耦合作用到微波管上 分類：剛性開關(guān) 由控制信號直接控制開關(guān)的導(dǎo)通與截止軟性開關(guān) 由控制信號觸發(fā)開管導(dǎo)通，有電路狀態(tài)決定開關(guān)截

14、止2.5.1 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器充電：E/R1/C/L，C上電壓放電：C/V1/V2， C上電壓設(shè)計要素：對于給定的、，一般選擇： 脈沖重復(fù)周期內(nèi)充滿，放電允許頂降小于允許值。ER1C-EgLV1V3V2C02.5.1 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器設(shè)計舉例要求Tr=200s，=1s，E=104V，=0.95，RH=1K2.5.1 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器 前沿充電：E/V1/C0，恒流充電Ic 前沿時間 后沿放電：C0/偏壓/V2，恒流放電Id 后沿時間 EIcC0-Eg-偏壓V3V2+偏壓與激勵電路偏壓與激勵電路V1前沿觸發(fā)后沿觸發(fā)C0波形-EgE2.5.1 剛

15、性開關(guān)脈沖調(diào)制器調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器設(shè)計舉例要求 E=4000V，C0=200PF，Eg=200V， Ic=20A， Id=10A，求前后沿時間 2.5.2 軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器典型電路 諧振充電：E/Lch/PFN/B，充電時間 匹配放電：PFN/V1/B， ，放電時間PFN節(jié)數(shù)n，每節(jié)電感L，電容CEPFNVD1LchR2C2V2R1V1脈沖觸發(fā)PFN上端脈沖變壓器次級波形2E2EVD2B2.5.2 軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器設(shè)計舉例 要求：Tr=1ms，=2s，B=1:1，RH=1K，n=5根據(jù)脈寬和特性阻抗建立方程組，求解L，C根據(jù)Tr求解Lch3 雷達(dá)接收機(jī)3.1 接收機(jī)組成與

16、主要質(zhì)量指標(biāo)3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.3 接收機(jī)的高頻部分3.4 本振和自動頻率控制3.5 動態(tài)范圍和增益控制3.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)接收機(jī)的作用：放大需要的目標(biāo)回波信號，抑制各種干擾信號3.1.1 接收機(jī)組成 保護(hù)器：在發(fā)射或收到強(qiáng)信號時，保護(hù)接收機(jī)（使用收發(fā)開關(guān)和限幅器）LNA： 低噪放，抑制噪聲，放大微弱的目標(biāo)回波信號（如：F=2，G=25dB）MIX： 混頻，將回波信號頻率遷移到合適、固定的中頻（fi=30MHz，60MHz等）中放： 放大中頻帶內(nèi)目標(biāo)回波信號（G=100120dB），抑制帶外噪聲LO： 本振，提供穩(wěn)定振蕩fL，與發(fā)射頻率f0保持穩(wěn)定的

17、中頻頻差：fi=fLf0增益控制：保持輸出信號功率處于預(yù)定的范圍，線性：近程增益控制（STC），瞬時自動增益控制（IAGC），AGC；非線性：對數(shù)放大器，限幅放大器等檢波器：解調(diào)回波調(diào)制信號，包絡(luò)檢波器（振幅）；相位檢波器（頻率和相位）視放： 放大信號電平使之適合于信號處理，線性放大，限幅放大，對數(shù)放大R0至信號處理保護(hù)器LNAMIX中放檢波器視放LO增益控制3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)3.1.2 主要質(zhì)量指標(biāo)靈敏度 ，典型值 滿足檢測要求的最小輸入信號功率測試方法信號源接收機(jī)雷達(dá)檢測設(shè)備（顯示器/信號處理機(jī)等）f,P設(shè)置信號源頻率f處于規(guī)定的工作頻帶內(nèi)，調(diào)整輸出功率P，由雷達(dá)檢測設(shè)備觀測

18、滿足目標(biāo)檢測時的最小Pmin即為靈敏度3.1 接收機(jī)組成與主要質(zhì)量指標(biāo)3.1.2 主要質(zhì)量指標(biāo)工作帶寬： 分別為雷達(dá)最低、最高工作頻率動態(tài)范圍： 為滿足檢測要求的最大輸入信號功率選擇性和濾波特性（接收帶寬B）匹配濾波特性工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度抗干擾能力（抗有源干擾、無源干擾和雜波干擾等）3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.1 接收機(jī)噪聲內(nèi)噪聲：有接收機(jī)內(nèi)部電路和器件產(chǎn)生的噪聲，如晶體管噪聲，電阻噪聲等外噪聲：由電磁環(huán)境和其它物體輻射產(chǎn)生的噪聲，如宇宙噪聲，工業(yè)噪聲等，等效輸入功率為 ，分別為波爾茲曼常數(shù)，天線噪聲溫度，等效噪聲帶寬 為頻率、仰角、位置等函數(shù)，典型地面雷達(dá)參見p54圖3.6。等效噪聲

19、帶寬： 電路形式級數(shù)Bn/B雙調(diào)諧或兩級參差11.11單調(diào)諧11.57121.04021.2203參差11.04831.1554參差11.01941.1295參差11.01051.114高斯型11.065效噪聲帶寬Bn與常用接收機(jī)帶寬B的比較3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 噪聲系數(shù)和噪聲溫度定義： 線性系統(tǒng)輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值,對于無源網(wǎng)絡(luò) 測試方法1.接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載，由功率計測量接收機(jī)輸出功率2.接收機(jī)輸入端接信號源，設(shè)置信號源頻率f，調(diào)整輸出功率 ，由功率計 測量接收機(jī)輸出功率 ，計算信號源線性接收機(jī)功率計f,P匹配負(fù)載3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 噪聲系數(shù)與

20、噪聲溫度例如：已知線性接收機(jī)輸入端接匹配負(fù)載時測得輸出功率為 ，接入 輸入信號時測得輸出功率為 ，接收機(jī)帶寬為2MHz，求該接收機(jī)噪聲系數(shù)解： 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 噪聲系數(shù)與噪聲溫度等效噪聲溫度 ，將 等效為噪聲溫度增量 系統(tǒng)噪聲（內(nèi)外噪聲）溫度級聯(lián)電路的噪聲系數(shù)證明： 3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.2 噪聲系數(shù)與噪聲溫度例如：某線性接收機(jī)及組成部件參數(shù)如圖，求其噪聲系數(shù)解：接收機(jī)前端部件對系統(tǒng)噪聲的影響巨大，LNA貢獻(xiàn)重大 饋線/收發(fā)開關(guān)/限幅保護(hù)器LNAMIX中放G=0.2F=2G=25dBF=2.5G=0.3F=4G=100dB3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.3 靈敏度

21、定義：當(dāng)接收機(jī)能夠以正常的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率檢測目標(biāo)時（線性系統(tǒng)輸出信噪比 ），在接收機(jī)輸入端的最小輸入信號功率數(shù)值關(guān)系：臨界靈敏度：3.2 噪聲系數(shù)和靈敏度靈敏度計算舉例假設(shè)接收機(jī)各部分組成如下圖，試求其臨界靈敏度饋線/開關(guān)/保護(hù)器LNAMIX/BPF中放G=0.2/0.5G=25dBF=3BPFG=0.5B=200MHzG=0.1B=5MHzG=90dB/F=5B=5MHz1.計算接收機(jī) 噪聲系數(shù)13.計算接收機(jī) 臨界靈敏度2.計算接收機(jī) 噪聲系數(shù)23.3 接收機(jī)的高頻部分組成 收發(fā)開關(guān)和保護(hù)器TR管（有源/無源）常態(tài)時開路或透射，氣體放電時短路，惰性較大（30300ns）固態(tài)限幅器 采用

22、PIN管或變?nèi)莨?，在外加功率下呈現(xiàn)不同反射阻抗，級聯(lián)限幅，反應(yīng)快（2ns）LNA 低噪聲參放 分為常參與冷參，F(xiàn)1.2低噪聲場放 噪聲系數(shù)F=25dB，價格低廉，普遍使用MIX平衡混頻器（可有效抑制本振噪聲）鏡像抑制混頻器（還可有效抑制鏡頻，2040dB）前置中放當(dāng)高頻部分與接收機(jī)后端相距較遠(yuǎn)時，增加前置中放（增益2040dB）以降低噪聲本振收發(fā)開關(guān)保護(hù)器LNAMIX前置中放3.4 本振和自動頻率控制3.4.1 磁控管發(fā)射機(jī)的自動頻率控制（AFC） 搜索跟蹤轉(zhuǎn)換調(diào)諧電機(jī)機(jī)調(diào)磁控管定向耦合器穩(wěn)定本振峰值檢波器視頻放大器鑒頻器中放AFC混頻器至收發(fā)開關(guān)發(fā)射至接收機(jī)混頻器搜索狀態(tài)：中放無脈沖輸出，搜

23、索跟蹤轉(zhuǎn)換器輸出調(diào)諧電壓，使調(diào)諧電機(jī)帶動機(jī)調(diào)磁控管連續(xù)調(diào)諧頻率f(t)，定向耦合器耦合出小功率信號給AFC混頻器。當(dāng)f(t)與穩(wěn)定本振fL差頻進(jìn)入中放帶寬fi-f，fi+f時，中放輸出使搜索跟蹤轉(zhuǎn)換進(jìn)入跟蹤狀態(tài)跟蹤狀態(tài)：鑒頻器輸出頻率偏離fi的誤差脈沖信號，該信號經(jīng)過視放，峰值檢波器成為連續(xù)誤差信號，再通過搜索跟蹤轉(zhuǎn)換，用誤差電壓驅(qū)動調(diào)諧電機(jī)作頻率微調(diào)，直到頻率誤差為零。3.4 本振和自動頻率控制3.4.2 穩(wěn)定本振 FF/2NFNFF/2F/2本振輸出NFMNFMNF+NFF/n重頻輸出相參振蕩本振輸出發(fā)射輸出1.鎖相型穩(wěn)定本振2. 晶振倍頻型穩(wěn)定本振基準(zhǔn)振蕩2分頻相位檢波誤差積分壓控振蕩器

24、N倍頻混頻濾波功分F F特點：頻率精度和穩(wěn)定度高，雜散和相位噪聲低，諧波略大，鎖定時間較長，捕獲帶寬略小。基準(zhǔn)振蕩N倍頻/分路器M倍頻/分路器n分頻單邊帶混頻/濾波器特點：頻率精度和穩(wěn)定度高，變頻快，相噪較低，雜散略高。F3.5 動態(tài)范圍和增益控制3.5.1 動態(tài)范圍 定義： ， 為接收機(jī)工作時的最大（飽和）可輸入信號功率。 工作動態(tài)范圍：不限制時間和接收機(jī)狀態(tài)調(diào)整 瞬時動態(tài)范圍：同一時刻和同一狀態(tài)下的 動態(tài)范圍的需求因素：目標(biāo)距離遠(yuǎn)近，RCS大小和起伏，信號處理的合適范圍3.5.2 增益控制 主要指標(biāo)：控制范圍，響應(yīng)時間，控制特性曲線自動增益控制（AGC） 特點：控制范圍大（80100dB）

25、，響應(yīng)時間長（接近秒級），普遍用于雷達(dá)的自動跟蹤系統(tǒng)中放包絡(luò)檢波視放峰值檢波低通濾波波門選通AGC專用距離波門至雷達(dá)信號處理3.5 動態(tài)范圍和增益控制瞬時自動增益控制（IAGC） 特點：控制范圍較?。?040dB），響應(yīng)時間短（520），用于抑制長時間強(qiáng)干擾，使接收機(jī)在強(qiáng)干擾結(jié)束后迅速恢復(fù)近程增益控制（STC）根據(jù)回波信號的遲延時間（距離），控制接收機(jī)增益中放瞬時包絡(luò)檢波器視放短時常數(shù)積分器IAGC部分至雷達(dá)接收機(jī)例如：R0=10km，G0=30dB，k=30dB 當(dāng)R=20km時的增益為39dB3.5 動態(tài)范圍和增益控制人工增益控制（MGC） 特點：控制范圍較大（4080dB），通常人工進(jìn)行

26、AGC/MGC選擇，少數(shù)只控視放，用于在復(fù)雜背景（干擾/多目標(biāo)等）下輔助人工檢測和參數(shù)測量對數(shù)中放限幅中放例如：Si1=10-10W，k=106，kL=1mW Si=10-8W時，輸出功率為310-3W Si=10-3W時，輸出功率為810-3W中放檢波器視放MGC電壓中頻信號輸入選擇開關(guān)合成MGCAGC中頻信號輸出STC IAGC非線性中放會形成交調(diào)，產(chǎn)生大量的其它頻譜分量，必須通過中頻濾波器抑制3.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1 匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波匹配濾波 滿足最大信噪比準(zhǔn)則的濾波器為匹配濾波器 白噪聲背景中的匹配濾波器特性為： 匹配濾波器的輸出信噪比： 準(zhǔn)匹配濾波 選擇物理可實現(xiàn)的實際

27、濾波器和參數(shù)逼近匹配濾波器，稱為準(zhǔn)匹配濾 波，兩者輸出信噪比的比值定義失配損失： 3.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1 匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波 各種常用準(zhǔn)匹配濾波器的帶寬時寬積由求得Bopt。脈沖信號形狀濾波器頻域特性最佳帶寬脈寬積Bopt失配損失/dB矩形矩形1.370.85矩形高斯形0.720.49高斯形矩形0.720.49高斯形高斯形0.440矩形單調(diào)諧0.400.88矩形兩級參差調(diào)諧0.610.56矩形五級參差調(diào)諧0.670.503.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.6.2 接收機(jī)帶寬選擇警戒雷達(dá)盡可能提高檢測信噪比，故按照Bopt設(shè)計帶寬中頻帶寬： , 為AFC跟蹤殘差 視頻帶寬：跟蹤雷達(dá)已有較高

28、的檢測信噪比，需要提高時間測量精度，故按照包絡(luò)前沿時間設(shè)計中放和視放帶寬3.6 濾波和接收機(jī)帶寬3.6.2 接收機(jī)帶寬選擇舉例警戒雷達(dá)發(fā)射矩形脈沖寬度0.5s，無AFC跟蹤殘差接收機(jī)中放為5級參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為跟蹤雷達(dá) 發(fā)射矩形脈沖寬度0.5s，無AFC跟蹤殘差接收機(jī)中放為5級參差調(diào)諧，解得中頻帶寬和視頻帶寬為4、雷達(dá)終端顯示器與錄取設(shè)備4.1 雷達(dá)終端顯示器 4.2 距離顯示器4.3 平面位置顯示器4.4 計算機(jī)圖形顯示4.5 雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型與指標(biāo)1.顯示信號類型模擬顯示/一次顯示 直接顯示接收機(jī)輸出的模擬信號數(shù)字顯示/二次顯

29、示 顯示經(jīng)過數(shù)字信號處理后的數(shù)字信號2.顯示屏類型CRT 陰極射線管LEDLCD3.顯示色彩單色，多色，彩色4.顯示目標(biāo)信息距離-幅度（距離顯示）距離-方位-幅度（平面位置顯示）距離-仰角/高度-幅度距離-方位-仰角-幅度（空間位置顯示，如飛行員頭盔顯示）綜合本課程主要討論：模擬/CRT/單色顯示器 4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型與指標(biāo)5.模擬/CRT/單色顯示器的主要指標(biāo)掃描方式 不加信號時電子束在顯示屏上的軌跡形狀直線掃描，圓周掃描，徑向圓周掃描，光柵掃描目標(biāo)回波信號對電子束的作用偏轉(zhuǎn)調(diào)制，亮度調(diào)制顯示亮度的保持時間短余輝（s級），中余輝（ms級），長余輝（s級）最小掃

30、略線/亮點寬度d（mm）最大顯示尺寸圓形r（cm），矩形L（cm）W（cm）最大分辨數(shù)圓形4r2/d2，矩形LW/d2 4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 1. 距離顯示器原理：以掃略線偏離起點的掃略長度L（cm）代表目標(biāo)距離R（km），R=LC，C為標(biāo)尺系數(shù)（km/cm）例如：C=10km/cm， L=3cm， R=30km主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，掃略長度Lmax(cm)，標(biāo)尺系數(shù)C=Rmax/Lmax掃略時間T(ms)=Rmax/150km，偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/V)，偏轉(zhuǎn)電壓Vmax=Lmax/S主要類型：A顯 中短余輝偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器，直線掃略，X偏轉(zhuǎn)長度正比于距離

31、，Y偏轉(zhuǎn)長度正比于回波電壓幅度發(fā)射主波目標(biāo)回波加亮顯示距離刻度4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 形成R顯的參數(shù)：量程RRmax(Km)，掃略長度LRmax(cm)，標(biāo)尺系數(shù)CR=RRmax/LRmax掃略時間TR(ms)=RRmax/150km，偏轉(zhuǎn)電壓VRmax=LRmax/S 1. 距離顯示器主要類型J顯 中短余輝偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器，圓周掃略，正上方為距離0，順時針圓周弧長正比于距離，徑向偏轉(zhuǎn)正比于回波電壓幅度。由于圓形顯示器的周長是直徑的倍，所以J型顯示器具有較高的顯示精度A/R顯 同A顯，但具有A顯的局部放大，發(fā)射主波目標(biāo)回波距離刻度R顯發(fā)射主波目標(biāo)回波A顯4.1 雷達(dá)終

32、端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 2. 平面顯示器原理：以掃略線偏離正上方（正北）順時針角度表示方位，以掃略線距離 圓心的長度表示距離R主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，max()，掃略長度Lmax(cm)，標(biāo)尺系數(shù) C(Km/cm)，掃略時間T(ms)=Rmax/150km，偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A) 偏轉(zhuǎn)電流Imax(A)=Lmax/S主要類型：P顯/PPI 中長余輝亮度調(diào)制顯示器，徑向-圓周掃略，回波電壓幅度正比于亮度，亮弧與正北夾角為方位，距圓心的長度為距離正北452252703151351809090km目標(biāo)4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 2. 平面顯示器B顯 中

33、余輝亮度調(diào)制顯示器， 垂直-水平掃略，目標(biāo)包 絡(luò)電壓正比于亮度，亮 點的水平投影為方位， 垂直投影為距離 -30 -20 -10 0 10 20 306050403020100方位距離目標(biāo)4.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 3. 高度顯示器原理：以掃略線的水平投影長度表示 距離R，以掃略線的垂直投影 長度表示仰角（高度H）主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，max()， 掃略長度Lmax(cm)，標(biāo)尺系數(shù) C(Km/cm)主要類型：E顯 中長余輝亮度調(diào)制顯示器，水平- 垂直掃略，目標(biāo)包絡(luò)電壓正比于亮 度，亮點的水平投影為距離R，亮 點的垂直投影為仰角RHI顯 中長余輝亮度調(diào)制顯示器

34、，徑 向-扇形掃略，目標(biāo)包絡(luò)電壓正比 于亮度，亮點的水平投影為地面距 離D，亮點的垂直投影為高度HE顯仰角6050403020100距離0 20 40 60 80 100 120目標(biāo)RHI高度水平距離目標(biāo)10864200 20 40 60 80 100 1204.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.1 顯示器的主要類型 4. 情況顯示器和綜合顯示器表現(xiàn)除目標(biāo)模擬信號以外的其他信息，如：目標(biāo)敵我屬性，批號，航跡等5. 光柵掃描雷達(dá)顯示器數(shù)字顯示，掃略線按照行或列固定掃略，所有顯示信息與顯示緩存區(qū)相連接正北452252703151351809090kmE001/339/75F001/140/50距離方位06

35、00-3030左舵右舵00E001/-14/364.1 雷達(dá)終端顯示器4.1.2 對顯示器的主要要求根據(jù)任務(wù)要求選擇顯示器種類和數(shù)量與雷達(dá)的任務(wù)、功能、目標(biāo)環(huán)境密切相關(guān)對比度與工作背景亮度密切相關(guān)圖像重顯頻率模擬顯示與脈沖重復(fù)周期、天線掃描周期密切相關(guān)數(shù)字顯示與視覺滯留有關(guān)，50Hz顯示失真和誤差4.2 距離顯示器4.2.1 A顯 A顯畫面1.1 目標(biāo)回波 上偏轉(zhuǎn)1.2 距離刻度 下偏轉(zhuǎn)1.3 水平掃略 從左至右 1.4 亮度控制 顯示與量程對應(yīng)的時間1.5 加亮控制 對特定時間顯示加亮A顯波形與各級電壓發(fā)射主波目標(biāo)回波加亮顯示距離刻度觸發(fā)脈沖水平掃掠刻度脈沖輝亮方波加亮脈沖目標(biāo)回波4.2 距

36、離顯示器4.2.1 A顯 A顯組成方波產(chǎn)生器 鋸齒電壓形成電路 差分放大器 振鈴電路 限幅放大 正向微分移動距標(biāo)形成 輝亮放大主要參數(shù)設(shè)計示波管偏轉(zhuǎn)靈敏度：S (cm/V)，鋸齒電壓幅度：Vmax=Lmax/S正程時間：T(s)，量程：Rmax=0.15 T(Km) 單位刻度：R(Km)，刻度波周期：T=R/0.15(s)4.2 距離顯示器 舉例：某雷達(dá)A顯量程為300km，示波管偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.1cm/V，掃略線長度為20cm，距離刻度為15km，目標(biāo)距離25km，試求：正程掃略時間， 2. 掃略電壓幅度，3. 刻度波周期，4. 標(biāo)尺系數(shù)，5.目標(biāo)所在的掃略長度解：1.正程掃略時間 Tmax

37、=300km/150km=2ms2.掃略電壓幅度 V=20cm/(0.1cm/V)=200V3.刻度波周期TC=15km/150km=100s4.標(biāo)尺系數(shù)C=300km/20cm=15km/cm5.目標(biāo)所在的掃略長度L(25km)=25km/15km=5/3cm4.2 距離顯示器4.2.2 A/R顯A/R顯畫面 對A顯局部距離范圍 進(jìn)行放大顯示R顯可有單獨的距離刻度A/R顯組成單束A/R顯 只有一個電子束，A/R各有掃描電路，按照次序A-R-A分時進(jìn)行，R在A上空缺雙束A/R顯 同時有兩個電子束和掃描電路，分別用作A顯和R顯，R在A上加亮A顯R顯R顯A顯單束A/R顯雙束A/R顯4.3 平面位置

38、顯示器4.3.1 畫面特點正上方對準(zhǔn)正北方向，順時針圓周角為方位圓心為雷達(dá)站位置，徑向長度正比于距離目標(biāo)回波為加亮弧段回波信號幅度對應(yīng)亮度方位刻度為等分直徑線距離刻度為同心圓周線徑向掃略與雷達(dá)脈沖重頻同步圓周掃略與雷達(dá)天線方位圓周掃描同步正北452252703151351809090km目標(biāo)主要參數(shù)：量程Rmax(Km)，徑向掃略長度Lmax(cm)，標(biāo)尺系數(shù)C=Rmax/Lmax 徑向掃略時間T(ms)=Rmax/150km，徑向偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A)，徑向偏轉(zhuǎn)電流Imax=Lmax/S4.3 平面位置顯示器4.3.2 動圈式平面位置顯示器由天線同步發(fā)電機(jī)帶動示波管同步電動機(jī)/偏轉(zhuǎn)線圈旋轉(zhuǎn)

39、，形成圓周掃描，由偏轉(zhuǎn)線圈中鋸齒波電流驅(qū)動電子束徑向偏轉(zhuǎn)組成與波形系統(tǒng)設(shè)計距離掃略 偏轉(zhuǎn)靈敏度S(cm/A)，鋸齒電流幅度Imax=Lmax/S方位掃略 由同步收發(fā)電機(jī)完成距離刻度 同A顯方位刻度 由天線刻度盤和光電檢測器完成方位刻度偏轉(zhuǎn)線圈同步電機(jī)回波方波產(chǎn)生距離刻度階梯電壓鋸齒電流輝亮放大信號混合4.3 平面位置顯示器4.3.3 定圈式平面位置顯示器采用X/Y固定的偏轉(zhuǎn)線圈，經(jīng)過掃描電流的分解實現(xiàn)距離/方位掃描距離/方位掃描的力矩電流：掃略電流的分解-旋轉(zhuǎn)變壓器定圈式平面位置顯示器的組成方波產(chǎn)生 鋸齒電流形成 功率放大 電流放大鉗位 水平偏轉(zhuǎn)線圈振鈴電路 輝亮放大 陽極 電流放大鉗位 垂直

40、偏轉(zhuǎn)線圈刻度形成 混合電路 陰極視頻放大 方位刻度 天線轉(zhuǎn)盤天線轉(zhuǎn)軸4.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.1 計算機(jī)圖形顯示系統(tǒng)與分類系統(tǒng)的組成計算機(jī) 信號控制/處理/存儲電路 顯示讀出裝置 操作員/接口 信號控制/處理/存儲電路（顯示卡） 以顯示系統(tǒng)約定的格式保存需要顯示的全部圖形數(shù)據(jù)； 顯示讀出裝置 以約定的格式從存儲電路中讀出顯示數(shù)據(jù)，并將其表現(xiàn)在顯示屏幕上； 操作員、計算機(jī)通信裝置 通過人機(jī)界面，完成對顯示數(shù)據(jù)的實施修改和控制分類 根據(jù)CRT內(nèi)電子束的偏轉(zhuǎn)方式分類 隨機(jī)掃描顯示器 電子束根據(jù)顯示的內(nèi)容控制其在X、Y平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)（掃描）和亮度（Z），書寫速度快，掃描復(fù)雜，較少使用 光柵掃描顯示器

41、 電子束按照規(guī)定的軌跡在X、Y平面內(nèi)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)（如由上至下、由左至右），根據(jù)顯示內(nèi)容控制電子束在偏轉(zhuǎn)過程中的軌跡亮度，書寫速度慢，掃描簡單，普遍使用4.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.2 字符產(chǎn)生器主要技術(shù)指標(biāo)字符種類，字符尺寸（mn），書寫速率（字符/s），顯示效率（字符輝亮?xí)r間與書寫時間的比值）隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生器書寫步驟：1 給出需要書寫的字符碼C和C在顯示器上的初始位置x0，y0，置入x,y計數(shù)器，字符譯碼邏輯查找其在字符庫中的存儲位置2 給出書寫起始信號，同步控制邏輯發(fā)出存儲器讀出時鐘，存儲器依次給出x,y單位變化和輝亮3 順序點陣法 經(jīng)過確定的時鐘，書寫自行停止（每個字符具有相同的點陣數(shù)）；

42、 程控點陣法 存儲器讀出結(jié)束，輸出書寫停止（每個字符的點陣數(shù)不同） 。字符碼C 字符譯碼邏輯 字符庫存儲器 同步控制邏輯 X計數(shù)器/ADC x掃描y掃描Z輝亮y計數(shù)器/ADC 起止x0，y0隨機(jī)掃描字符產(chǎn)生器電路組成4.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.2 字符產(chǎn)生器1. 順序點陣法規(guī)定：起點、終點、x,y順序、點陣數(shù)mn，只需要進(jìn)行字符輝亮分解 zi,mn特點：xy規(guī)則變化（與字符無關(guān)），每個字符具有相同mn舉例：字符A，75點陣，起點、終點、順序如圖，分解得到的輝亮點陣順序如下表 12345678 21 22 3514 15 28 29序號123456789Z001111100序號10111213

43、1415161718Z010101001序號192021222324252627Z000000101序號2829303132333435Z000111114.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.2 字符產(chǎn)生器2.程控點陣法(xy階躍變化，每個字符點陣數(shù)不同)規(guī)定：起點/方向，按字符軌跡分解xi+,xi-,yi+,yi-,zii 特點：書寫效率高，每個字符的分解點陣數(shù)不同舉例：起點左下角，x,y正方向如圖中箭頭，書寫順序如紅線所連，結(jié)果見下表3.單位線段法(xy連續(xù)變化，其余同程控點陣法)光柵掃描字符產(chǎn)生器全屏幕的順序點陣法字符產(chǎn)生器 11234567891000001001010010100101001

44、01101011010110011100110001111121314151617181920000110001100011001000010000100010010100101001010014.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.3 矢量產(chǎn)生器矢量與圖形 具有一定方向和長度的直線稱為矢量，圖形可表現(xiàn)為一組首尾相接的矢量的集合矢量產(chǎn)生器作圖原理單條矢量的完成時間：1/f在該時間里發(fā)生的計數(shù)脈沖數(shù)：|x|x|Sgn(x)數(shù)字倍頻器可逆計數(shù)器DAC時鐘f掃描輸出4.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.3 矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器 負(fù)邊沿計數(shù)分頻，正邊沿微分輸出分頻器1分頻器4分頻器3分頻器2與門1與門2與門3與

45、門4|x|4|x|3|x|2|x|1或門ckF1F2F3F4ckF1F2F3F4由各增量位選擇相應(yīng)的分頻器正邊沿微分輸出，經(jīng)或門用作計數(shù)脈沖4.4 計算機(jī)圖形顯示4.4.3 矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器作圖過程1.|x|，|y|送對應(yīng)寄存器，線長檢測器按照高位共有0數(shù)設(shè)置分頻鏈位置2.啟動分頻鏈對ck分頻，產(chǎn)生相應(yīng)的計數(shù)脈沖進(jìn)行加減計數(shù)，經(jīng)DAC輸出掃掠電壓3.檢測到分頻鏈全0（也可作下段矢量繪圖啟動），本段矢量繪制結(jié)束 。 |x|Sgn(x)Sgn(y)|y|x|寄存器全0檢測器N級分頻鏈X符合門xDACX可逆計數(shù)器|y|寄存器線長檢測器起?？刂苰DACY可逆計數(shù)器Y符合門4.4 計算機(jī)圖形

46、顯示4.4.3 矢量產(chǎn)生器速率乘法矢量產(chǎn)生器作圖過程1.|x|，|y|送對應(yīng)寄存器，移位控制按照高位共有0數(shù)設(shè)置寄存器移位2.啟動兩個累加器按ck時鐘累加.|x|，|y|，產(chǎn)生相應(yīng)的進(jìn)位脈沖進(jìn)行加減計數(shù)，經(jīng)DAC輸出掃掠電壓3.檢測到兩個累加器全0（也可作下段矢量繪圖啟動），本段矢量繪制結(jié)束 。 |x|Sgn(x)Sgn(y)|y|x|寄存器全0檢測器X累加器xDACX可逆計數(shù)器|y|寄存器移位控制起?？刂苰DACY可逆計數(shù)器Y累加器4.4 計算機(jī)圖形顯示累加法矢量產(chǎn)生器初始全零，用累加器的溢出作為矢量增/減的時鐘，結(jié)束全零|x|寄存 x累加器 x掃掠計數(shù)器 xDAC移位控制 全零檢測|y|寄

47、存 y累加器 y掃掠計數(shù)器 yDAC 累加器長度n決定矢量的最大長度移位控制 使|x|、|y|的最高位不同時為0，自適應(yīng)調(diào)整作圖的時間。Sgn(x)Sgn(y)啟停4.5 雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取4.5.1 引言 檢測、測量、記錄、保存和分發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)稱為雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取人工錄取 由人操作完成上述過程半自動錄取 由人完成目標(biāo)檢測和引導(dǎo)，設(shè)備完成其他過程全自動錄取 由設(shè)備完成上述過程4.5.2 目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的錄取距離編碼器 計數(shù)脈沖 距離計數(shù)器 0距離脈沖（清零） 檢測脈沖 目標(biāo)計數(shù)器 距離存儲器 各目標(biāo)距離輸出 影響距離錄取精度的因素：距離量化誤差，脈沖前沿斜率（噪聲），系統(tǒng)穩(wěn)定度4.5.3 目標(biāo)角坐標(biāo)數(shù)據(jù)

48、的錄取光電轉(zhuǎn)換讀取角度碼盤 單向增量碼盤 雙向增量碼盤 二進(jìn)制碼盤 循環(huán)碼盤 低位 （15-16） 高位 單向掃描 雙向掃描 任意相鄰碼只差一位正北5、雷達(dá)作用距離5.1 雷達(dá)方程5.2 最小可檢測信號5.3 脈沖積累對檢測性能的改善5.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.5 系統(tǒng)損耗5.6 傳播過程中各種因素的影響5.7 雷達(dá)方程的幾種形式5.1 雷達(dá)方程5.1.1 基本雷達(dá)方程表現(xiàn)空間能量關(guān)系5.1.2 目標(biāo)的雷達(dá)截面積（RCS） 分別為散射總功率，入射功率密度，距離R處的散射功率密度。通常采用如下的測試方法：1.測量距離R處鍍金或銀的標(biāo)準(zhǔn)金屬球(0)回波信號功率2.測量距離R1處的目標(biāo)回波信號

49、功率 ，盡量使R=R1，以便降低不同大氣衰減的影響3.計算5.1 雷達(dá)方程例如：某雷達(dá)測得20km處10m2標(biāo)準(zhǔn)金屬球的回波信號功率為10-12W，在同樣距離處測得目標(biāo)的回波信號功率為5 10-12W，計算可得該目標(biāo)的雷達(dá)截面積為=10m2 5=50m2 。 注意： 的散射默認(rèn)為各方向相同(無方向性，如標(biāo)準(zhǔn)金屬球)，而實際目標(biāo)的散射都具有方向性，因此它是目標(biāo)入射角的函數(shù)，與目標(biāo)的物理投影面積不同。例如：邊長為a的三角形反射器，當(dāng)電 磁波從35錐角內(nèi)入射時，=4a4/(32)，若a=1m，=3cm，則=4654m2aaa5.2 最小可檢測信號5.2.1 最小可檢測信噪比D0（M） 滿足檢測性能要

50、求（虛警概率 ，發(fā)現(xiàn)概率 ）時，在接收機(jī)線性系統(tǒng)輸出端單個脈沖檢測需要的最小信噪比5.2.2 門限檢測 將接收機(jī)輸出信號 與檢測門限 進(jìn)行比較，高于門限時判為有目標(biāo) 判決結(jié)果存在4種可能1.無目標(biāo)判為有目標(biāo)稱為虛警，虛警概率2.3.有目標(biāo)判為有目標(biāo)稱為發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)概率4.其中只有兩種獨立結(jié)果：虛警，發(fā)現(xiàn)（檢測）無目標(biāo)判為無目標(biāo)，概率有目標(biāo)判為無目標(biāo)稱為漏警，概率VT目標(biāo)t5.2 最小可檢測信號5.2.3 檢測性能和信噪比解決虛警與發(fā)現(xiàn)概率的矛盾N-P準(zhǔn)則：首先滿足虛警概率的要求，然后達(dá)到發(fā)現(xiàn)概率最大。恒虛警（CFAR）檢測門限此時達(dá)到的最大發(fā)現(xiàn)概率 結(jié)論：對于給定的 ， 僅是信噪比 的函數(shù)5.2

51、 最小可檢測信號其它常用描述檢測特性的參數(shù)平均虛警寬度： ，發(fā)生一次虛警的平均時間寬度，近似為等效噪聲帶寬（接收機(jī)帶寬）的倒數(shù)平均虛警時間： ，發(fā)生虛警的平均時間周期，因為虛警數(shù)： ，在 時間里最大可能出現(xiàn)的虛警次數(shù)重要設(shè)計：P137 圖5.7例如：虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9，查圖可得5.3 脈沖積累對檢測性能的改善在目標(biāo)方向發(fā)射的每一個信號都會存在目標(biāo)回波，短時間內(nèi)距離不變。將相同距離單元的n個回波信號求和 ，再進(jìn)行信號檢測稱為脈沖積累。在中頻求和時稱為中頻積累（相參積累/線性），在視頻求和時稱為視頻積累（非相參積累/非線性）。5.3.1 積累的效果相參積累的信噪比改善：n倍。因為n個

52、同相正弦波疊加后功率提高n2倍，n個非相關(guān)噪聲疊加后功率提高n倍，因此相參積累后信噪比改善n倍非相參積累的信噪比改善 倍。是信號與噪聲合成包絡(luò)的疊加，無解析式，由P139/140圖5.9/5.10查表計算D0(n),表中單位為dB組合積累 n個脈沖中，每m個作相參積累，n/m個再作非相參積累，其檢測因子：D0=D0(n/m)-10lgm dB積累后的檢測因子5.3 脈沖積累對檢測性能的改善舉例：某雷達(dá)脈沖積累數(shù)為25，虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9，試求其在相參積累、非相參積累、m=5時組合積累條件下的檢測因子解：1.由圖5.7查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時的單個脈沖檢測因子為13d

53、B，相參積累時 2.由圖5.10查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時,非相參積累 D0(25)=2.2dB 3.由圖5.10查得虛警概率10-6，發(fā)現(xiàn)概率0.9時,非相參積累 D0(25/5)=7.3dB組合積累5.3.2 積累脈沖數(shù)的確定 分別為雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，波束在目標(biāo)方向的駐留時間和目標(biāo)在雷達(dá)距離分辨單元的駐留時間。對方位機(jī)械掃描雷達(dá) 分別為方位波束寬度，掃描速度和仰角； 分別為雷達(dá)的距離分辨和目標(biāo)徑向運動速度5.3 脈沖積累對檢測性能的改善設(shè)計舉例某雷達(dá)發(fā)射功率105W，G=30dB，=10cm，接收機(jī)噪聲系數(shù)F=6dB，等效接收機(jī)帶寬2MHz，天線圓周掃描，6轉(zhuǎn)/分鐘，方位波束寬

54、度3，重頻500Hz，相參積累，Pfa=10-10，Pd=0.5，仰角0，求其對RCS為1m2非起伏目標(biāo)的作用距離。解：1.計算脈沖積累數(shù) 掃描速度2.求M 根據(jù)Pfa=10-10，Pd=0.5，查P137 圖5.7得D01=13.6dB 相參積累改善后的D0=13.6-16.2=2.6dB3.求接收機(jī)靈敏度 Simin=-114dBm+6+10lg2-2.6=-107.59dBm4.計算作用距離5.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.4.1 點目標(biāo)特性與波長的關(guān)系以半徑為r 的鍍金或銀金屬球測試結(jié)果 目標(biāo)雷達(dá)截面積與球半徑r 的關(guān)系(可推廣到一般目標(biāo))：瑞利區(qū)：r，=r2，目標(biāo)散射特性相對穩(wěn)定，主

55、要目標(biāo)/r22r/115.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.4.2 常用簡單形狀目標(biāo)的雷達(dá)截面積(裁剪自P143 表5.1、表5.2)簡單目標(biāo)形狀入射條件面積為A的大平板法線方向單根半波長箔條法線方向全向平均0.8620.172邊長a三角形反射器角心25范圍內(nèi)半徑a半圓形反射器角心35范圍內(nèi)邊長a直角形反射器角心15范圍內(nèi)直徑d龍伯透鏡反射器球心90180范圍內(nèi)5.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.4.3 目標(biāo)特性與極化的關(guān)系 目標(biāo)散射矩陣 無源物體滿足收發(fā)極化互易性： 為主極化散射面積，也是無源目標(biāo)散射的主分量。因此一般雷達(dá)具有相同的收發(fā)信號極化，且共用同一天線。 與入射方向?qū)ΨQ的目標(biāo)滿足正交極化分

56、量對消性： 利用目標(biāo)極化散射矩陣可識別目標(biāo)特性，例如先發(fā)射 ，正交接收再發(fā)射 ，正交接收 ，利用得到完整的目標(biāo)散射矩陣。 觀察雷達(dá)天線波導(dǎo)口的狀態(tài)，可判斷其極化(垂直于長邊方向)。為水平、垂直入射電場的功率密度 5.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.4.4 復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積 由多個不同形狀、不同位置的物體共同組成的目標(biāo)稱為復(fù)雜目標(biāo)，它的雷達(dá)截面積是一系列小散射體雷達(dá)截面積的矢量合成： 雷達(dá)的分辨能力：距離分辨 ，例如帶寬為10MHz的雷達(dá)信號一般雷達(dá)角度分辨點目標(biāo)：目標(biāo)尺寸V,本章討論點目標(biāo)。 復(fù)雜目標(biāo) 是電波入射方向的復(fù)雜函數(shù)，參見P147圖5.12,起伏30dB 復(fù)雜目標(biāo) 舉例，P148表

57、5.3，一般以各向平均值表示。目標(biāo)類型目標(biāo)類型導(dǎo)彈0.5大型轟炸機(jī)40小型單引擎飛機(jī)1小船0.022小型殲擊機(jī)2巡邏艇10大型殲擊機(jī)6大型艦船3000t104106中型轟炸機(jī)20F-220.15.4 目標(biāo)截面積及其起伏特性5.4.5 目標(biāo)起伏模型 目標(biāo)隨時間的變化稱為起伏（相對運動引起），歸納為4種極限情況。 模型號 分布 振幅A分布 散射點分布 相對運動Swerling1 均勻 慢速，掃描間起伏(S級)Swerling2 快速，脈間起伏(ms級)Swerling3非均勻,有強(qiáng)散射點 慢速，掃描間起伏Swerling4 快速，脈間起伏對檢測性能的影響：通過查表P151 圖5.15，修訂起伏模型

58、對D0的影響。例如發(fā)現(xiàn)概率0.5時，情況1/2損失2.7dB，情況3/4損失1dB發(fā)現(xiàn)概率0.9時，情況1/2損失8dB，情況3/4損失4.2dB5.5 系統(tǒng)損耗射頻傳輸損耗由于射頻信號在系統(tǒng)內(nèi)傳輸引起的損耗，如轉(zhuǎn)換開關(guān)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，傳輸波導(dǎo)等天線波束形狀損失天線波束寬度邊緣增益低于最大值引起疊加損失參與積累的脈沖中有一部分不含有目標(biāo)信號引起設(shè)備不完善損失匹配濾波不理想，時間/頻率漂移，信號采集邊緣化等引起其他損失對作用距離的影響： 5.6 傳播過程中各種因素的影響5.6.1 大氣傳播影響大氣衰減 由大氣中水蒸氣和氧氣形成，與波長、仰角、氣象條件有關(guān)，主要特點：1.頻率越高衰減越大，氧氣衰減在4

59、0GHz以下較平緩，100GHz附近有小衰減區(qū)(稱為傳播窗)，所以遠(yuǎn)程雷達(dá)選用較低頻率2.測量單程衰減,晴天地面雷達(dá)：P157 圖5.18，雨霧天 圖5.193.對雷達(dá)作用距離查P158 圖5.20修正，修正方法a)首先計算無衰減時作用距離Rmax，再查圖得到有衰減時Rmaxb)首先根據(jù)有衰減Rmax查圖得到Rmax，再分配計算無衰減時作用距離例如：求10cm波長雷達(dá)，5仰角，在晴天和小雨天對300km目標(biāo)的單程衰減解：將km換算為海里 海里，由圖5.18b查得雙程衰減0.73dB，求得此時單程衰減為小雨天由圖5.19查得單程雨衰減 0.01dB/km全天候雷達(dá)按照考核的天氣條件計算作用距離雷

60、達(dá)最大作用距離是在 中取最小值 5.6 傳播過程中各種因素的影響5.6.1 大氣傳播影響大氣折射與雷達(dá)直視距離由于電磁波呈直線傳播，雷達(dá)頻段主能量透射大氣層，地球曲率影響作用距離；大氣密度非均勻，使電磁波傳播會向地表彎曲，對作用距離有一定的改善?？紤]大氣折射后的等效地球半徑為 R=8490km 直視距離例如：海岸邊天線高度10m的雷達(dá)，觀測海面2m目標(biāo)的直視距離為雷達(dá)探測需要同時滿足能量條件和直視距離條件，所以實際最大作用距離是在兩者中取最小值 雷達(dá)天線都應(yīng)具有盡可能大的高度 RRRhahtRaRt5.6 傳播過程中各種因素的影響5.6.2 地面或水面反射對作用距離的影響條件：主瓣打地(0.5