第五章雷達(dá)作用距離修改詳解演示文稿第一頁，共四十三頁。優(yōu)選第五章雷達(dá)作用距離修改第二頁，共四十三頁。雷達(dá)收到功率：Ar：雷達(dá)天線接收面積rr雷達(dá)接收到的回波功率反比于目標(biāo)與雷達(dá)站間距離R的四次方收發(fā)不同天線時(shí)收發(fā)同天線時(shí)第三頁，共四十三頁。收發(fā)不同天線時(shí)，最大作用距離收發(fā)同天線時(shí)，最大作用距離雷達(dá)實(shí)際作用距離受目標(biāo)后向散射截面積σ、Simin、噪聲和其他干擾的影響，具有不確定性，服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。當(dāng)接收功率為接收機(jī)最小檢測功率Simin時(shí)，可得：第四頁，共四十三頁。Rmax

∝1/λ2Rmax∝λ2天線面積不變時(shí)，波長λ增加天線增益下降，Rmax下降；天線增益不變時(shí)，波長λ增加要求天線面積增加，天線有效面積增加→Rmax增加。第五頁，共四十三頁。總結(jié)：雷達(dá)方程雖然給出了作用距離和各參數(shù)間的定量關(guān)系，但由于未考慮設(shè)備的實(shí)際損耗和環(huán)境因素，且目標(biāo)有效反射面積σ和最小可檢測信號(hào)Simin不能準(zhǔn)確預(yù)定，因此僅用來作估算的公式，考察各參數(shù)對(duì)作用距離的影響。雷達(dá)在噪聲和其他干擾背景下檢測目標(biāo)，同時(shí)，復(fù)雜目標(biāo)的回波信號(hào)本身存在起伏，因此，接收機(jī)輸出的是一個(gè)隨機(jī)量。雷達(dá)作用距離也不是一個(gè)確定值而是統(tǒng)計(jì)量，通常只在概率意義上講，當(dāng)虛警概率（如10-6）和發(fā)現(xiàn)概率（如90%）給定時(shí)的作用距離是多大。第六頁，共四十三頁?！?.1.2目標(biāo)的雷達(dá)截面積目標(biāo)的雷達(dá)截面積定義：實(shí)際測量：返回接收機(jī)每單位立體角內(nèi)的回波功率在遠(yuǎn)場條件（平面波照射的條件）下，目標(biāo)處每單位入射功率密度在接收機(jī)處的單位立體角內(nèi)產(chǎn)生的反射功率乘以4π第七頁，共四十三頁。習(xí)題設(shè)目標(biāo)距離為R0

，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)金屬圓球（截面積為σ）置于目標(biāo)方向離雷達(dá)R0/2處時(shí)，目標(biāo)回波的平均強(qiáng)度正好與金屬球的回波強(qiáng)度相同，試求目標(biāo)的雷達(dá)橫截面積。第八頁，共四十三頁。第二節(jié)最小可檢測信號(hào)如果沒有噪聲，任何微弱的信號(hào)都能經(jīng)任意放大后被檢測到。但雷達(dá)接收機(jī)的輸出端，回波信號(hào)總是和噪聲及其他干擾混雜在一起，信號(hào)放大的同時(shí)噪聲也被放大，因此，噪聲是限制微弱信號(hào)檢測的基本因素，雷達(dá)檢測能力實(shí)質(zhì)上取決于信噪比。第九頁，共四十三頁。信噪比表示的雷達(dá)方程§5.2.1最小可檢測信噪比匹配接收機(jī)檢波器檢波后積累檢測裝置檢測門限SiminKT0BnFnD0i由可得，min則識(shí)別系數(shù)M作用距離靈敏度第十頁，共四十三頁。在接收機(jī)匹配濾波器輸出端（檢波器輸入端）測量的信號(hào)噪聲功率比值。表示檢測目標(biāo)信號(hào)所需的最小輸出信噪比稱為D0靈敏度min檢測因子D0表示的雷達(dá)方程帶寬校正因子雷達(dá)各部分損耗引入的損失系數(shù)第十一頁，共四十三頁?！?.2.2門限檢測信號(hào)是否超出門限判斷目標(biāo)有無的四種情況發(fā)現(xiàn)：存在目標(biāo)，判為目標(biāo)－－－－－－－Pd漏報(bào)：存在目標(biāo)，判為無目標(biāo)－－－－－－Pla正確不發(fā)現(xiàn)：不存在目標(biāo)，判為無目標(biāo)－－Pan虛警：不存在目標(biāo)，判為目標(biāo)－－－－－－Pfa顯然Pd＋Pla＝1，Pan＋Pfa＝1第十二頁，共四十三頁。檢測準(zhǔn)則門限檢測采用奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則要求在給定的信噪比條件下，在滿足一定的虛警概率時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率最大，或者漏警概率最小。降低門限的缺點(diǎn)：只要有噪聲存在，其尖峰超過門限電平的概率增加，虛警相應(yīng)增加。第十三頁，共四十三頁。接收檢測系統(tǒng)方框圖在中頻部分對(duì)單個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配濾波目的：提高輸出信噪比檢出信號(hào)包絡(luò)對(duì)檢波后的n個(gè)脈沖進(jìn)行加權(quán)積累將積累輸出與某一門限電壓比較匹配接收機(jī)檢波器檢波后積累檢測裝置檢測門限SiminKT0BnFnD0i輸出包絡(luò)超過門限，認(rèn)為目標(biāo)存在第十四頁，共四十三頁?！?.2.2檢測性能和信噪比由：Pd＋Pla＝1，Pan＋Pfa＝1雷達(dá)信號(hào)的檢測性能由其發(fā)現(xiàn)概率Pd和虛警概率Pfa定義第十五頁，共四十三頁。虛警概率Pfa接收機(jī)中放上的噪聲通常是寬帶高斯噪聲，其概率密度函數(shù)：高斯噪聲通過窄帶中頻濾波器（帶寬<<噪聲中心頻率）后加到包絡(luò)檢波器，輸出噪聲電壓包絡(luò)振幅的概率密度函數(shù)：設(shè)置門限電平VT，則Pfa（噪聲包絡(luò)超過門限的面積）即虛警概率：當(dāng)噪聲分布函數(shù)一定時(shí)，虛警大小完全取決于門限第十六頁，共四十三頁。虛警大小的其他表示方法虛警總數(shù)：虛警時(shí)間：虛假回波（噪聲超過門限）之間的平均間隔第十七頁，共四十三頁。發(fā)現(xiàn)概率Pd振幅為A的正弦信號(hào)同高斯噪聲一起輸入到中頻濾波器設(shè)信號(hào)的頻率是中頻濾波器的中心頻率fIF，則包絡(luò)檢波器的輸出包絡(luò)的概率密度函數(shù)為：設(shè)置門限電平VT，發(fā)現(xiàn)概率Pd（r超過門限的概率）為：式中第十八頁，共四十三頁。以信噪比為變量，虛警概率為參變量，作圖結(jié)論：門限電平VT一定時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率Pd隨信噪比增大而增大信噪比一定時(shí)，虛警概率Pfa越?。╒T越高），Pd越小由：可知：虛警概率Pfa一定，門限電平VT隨之確定第十九頁，共四十三頁。例：設(shè)要求虛警時(shí)間為100s，中頻帶寬為1MHz，求50％和90％發(fā)現(xiàn)概率所需的最小信噪比。解：由可得Pfa＝10－8由圖5.7可得50%90%第二十頁，共四十三頁。習(xí)題某雷達(dá)要求虛警時(shí)間為2小時(shí)，接收機(jī)帶寬為1MHz，求虛警概率。若要求虛警時(shí)間大于10小時(shí)，問門限電平VT/σ應(yīng)取多少？第二十一頁，共四十三頁。恒虛警虛警概率一定時(shí)，發(fā)現(xiàn)概率Pd才隨信噪比的增加而增加，因此檢測系統(tǒng)要求虛警保持一個(gè)恒定的值；但隨著噪聲電壓的變化，其包絡(luò)振幅的概率密度可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致一定門限值的虛警概率Pfa發(fā)生變化，從而使得在給定信噪比下得不到所需的發(fā)現(xiàn)概率。所以，噪聲電平變化時(shí)，系統(tǒng)門限電平應(yīng)相應(yīng)變化以獲得恒虛警。第二十二頁，共四十三頁。第三節(jié)積累對(duì)作用距離的改善積累的作用：增加信號(hào)功率，提高檢測性能積累的方法：相干積累，非相干積累相干積累非相干積累在檢波前完成，亦稱檢波前積累或中頻積累，相干積累要求信號(hào)間有嚴(yán)格的相位關(guān)系，即信號(hào)是相干的。M個(gè)脈沖的中頻理想積累可使信噪比提高為原來的M倍M個(gè)脈沖的視頻理想積累對(duì)信噪比的改善為原來的

M～M倍之間第二十三頁，共四十三頁。§5.3.1積累效果相干積累1非相干積累原因：信號(hào)功率增大M2

倍，噪聲功率增大M倍積累效率1,第二十四頁，共四十三頁。積累對(duì)作用距離的改善結(jié)論：由于積累降低了達(dá)到規(guī)定檢測能力時(shí)對(duì)單個(gè)輸入脈沖信噪比的要求，因此客觀上提高了雷達(dá)的作用距離第二十五頁，共四十三頁。習(xí)題某雷達(dá)波長，最小可檢測信號(hào)，已知探測目標(biāo)的有效反射面積；①求雷達(dá)的最大作用距離。②若該雷達(dá)為相干脈沖體制雷達(dá)，其他條件不變時(shí)，10個(gè)等幅相參中頻脈沖信號(hào)進(jìn)行相參積累，如果作用距離要求不變，發(fā)射功率Pt可以降低為多少？第二十六頁，共四十三頁。由于M個(gè)等幅相參中頻脈沖可以提高輸出信噪比M倍，則達(dá)到原來要求的作用距離只需原來發(fā)射功率的1/M。第二十七頁，共四十三頁。§5.3.2脈沖積累數(shù)的確定搜索雷達(dá)跟蹤雷達(dá)

n=10天線方位掃描速度半功率天線方位波束寬度目標(biāo)的仰角脈沖重復(fù)頻率展寬第二十八頁，共四十三頁。第四節(jié)目標(biāo)截面積及其起伏特性隱身飛機(jī)的特點(diǎn)就是顯著地減小了RCS。目前隱身飛機(jī)對(duì)微波雷達(dá)的RCS減小了20dB~30dB目前主要的隱身方法:(1)外形結(jié)構(gòu);(2)吸波涂料;(3)無源對(duì)消;(4)有源對(duì)消目標(biāo)的雷達(dá)截面積返回接收機(jī)每單位立體角內(nèi)的回波功率隱身技術(shù)第二十九頁，共四十三頁。目標(biāo)的起伏模型工程計(jì)算中把目標(biāo)截面積視為常量，當(dāng)觀察運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，對(duì)視角變化引起截面積大小變化，稱為目標(biāo)截面積起伏。Swerling起伏模型SwerlingI型：慢起伏，瑞利分布SwerlingII型：快起伏，瑞利分布SwerlingIII型：慢起伏SwerlingIV型：快起伏第三十頁，共四十三頁。第五節(jié)系統(tǒng)損耗實(shí)際工作的雷達(dá)系統(tǒng)總是有各種損耗的，這些損耗將降低雷達(dá)的實(shí)際作用距離，因此，在雷達(dá)中引入損耗這一修正量，用L表示。加在雷達(dá)方程的分母中，L是大于1的值，用正分貝表示。雷達(dá)各部分損耗引入的損失系數(shù)第三十一頁，共四十三頁。影響系統(tǒng)損耗的原因射頻傳輸損耗天線波束形狀損失疊加損失設(shè)備不完善的損失其它損失傳輸線采用波導(dǎo)，總損耗為3.5dB。通常，工作波長越短，損耗越大。通常，扇形波束掃描的形狀損失為1.6dB，當(dāng)二維掃描時(shí)取3.2dB通常為1dB。第三十二頁，共四十三頁。第六節(jié)傳播過程中各種因素的影響電波在大氣層傳播時(shí)的衰減；由大氣層引起的電波折射；由地面（海面）反射波和直接波的干涉效應(yīng)，使天線方向圖分裂成波瓣?duì)睢５谌?，共四十三頁?！?.6.1大氣傳播影響大氣衰減傳播影響主要包括大氣傳播衰減和折射現(xiàn)象影響兩方面當(dāng)工作頻率低于1GHz（L波段）時(shí)，大氣衰減可忽略；當(dāng)工作波長短于10cm（工作頻率高于3GHz）時(shí)必須考慮；當(dāng)工作頻率高于10GHz后，頻率越高，大氣衰減越嚴(yán)重；毫米波段工作時(shí)，大氣衰減十分嚴(yán)重；隨著高度的增加，大氣衰減減小。工作頻率升高，衰減增大；探測時(shí)仰角越大，衰減越小惡劣氣候條件下大氣中的雨霧對(duì)電磁波也會(huì)有衰減作用圖5.19第三十四頁，共四十三頁。大氣折射和雷達(dá)直視距離改變雷達(dá)的測量距離，產(chǎn)生測距誤差；引起仰角測量誤差原因：大氣成分隨時(shí)間、地點(diǎn)而改變，且不同高度的空氣的密度也不相同，大氣密度隨高度變化的結(jié)果使折射系數(shù)對(duì)高度增加而減小。因此電磁波在正常大氣下的傳播折射常使電波射線向下彎曲。第三十五頁，共四十三頁。雷達(dá)直視距離的計(jì)算與大氣折射系數(shù)n隨高度的變化率有關(guān)。P159第三十六頁，共四十三頁。習(xí)題假定要設(shè)計(jì)一部低空目標(biāo)探測雷達(dá)，將雷達(dá)安裝在海拔1000米的山頂上，目標(biāo)飛行高度100米，則該雷達(dá)的作用距離選取多少為宜？第三十七頁，共四十三頁?！?.6.1地面或水面反射對(duì)作用距離的影響由于地面反射的影響，使雷達(dá)作用距離隨目標(biāo)的仰角呈周期性變化，地面反射的結(jié)果使天線方向圖產(chǎn)生花瓣?duì)?。第三十八頁，共四十三頁。第七?jié)雷達(dá)方程的幾種形式§5.7.1二次雷達(dá)方程二次雷達(dá)目標(biāo)上裝有應(yīng)答機(jī)（或信標(biāo)），當(dāng)應(yīng)答機(jī)收到雷達(dá)信號(hào)后，發(fā)射一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)根據(jù)所收到的應(yīng)答信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測和識(shí)別。合作目標(biāo)第三十九頁，共四十三頁。距離R處任一點(diǎn)的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率密度：考慮到定向天線增益Gt：目標(biāo)上應(yīng)答機(jī)天線的有效面積為Ar’，則其接收的功率為：t引入關(guān)系式，可得：應(yīng)答機(jī)上接收功率為：第四十頁，共四十三頁。當(dāng)接收功率等于應(yīng)答機(jī)最小可檢測信號(hào)功率，即時(shí)，可得雷達(dá)最大作用距離：同理，雷達(dá)接收功率等于最小可檢測信號(hào)功率，即