雷达知识概括.docx
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雷达知识概括
第一章基本工作原课
第一节测距测方位基本原理
1．测距
a）利用电磁波特性：
1）.直接传播（微波波段）
2）.匀速传播（同一媒质中）
3）.反射特性（在任何两种媒质的边界面）
----图式（旧图式：
变速运动怎样计算距离？
匀速度怎样计算距离？
匀速度计算距离需要怎样的物理性质保证？
微波波段电磁波特性能够满足匀速度计算距离需要怎样的物理性质吗？
b）计算公式:
S=C（t2-t1）/2
其中：
S：
目标和本船距离;t1：
发射时刻;
t2：
接收时刻；C：
电波速度；为300000公里/秒
为准确测量（t2-t1），发射信号包络为矩形脉冲。
----图式（旧图式：
匀速度计算距离显然如上述。
2．测向
天线为定向天线，只向一个方向发射，也只接收
这个方向的目标回波，实现这个方向的测距。
随着天波
的转动，实现不同方向的测距。
----图式（旧图式：
尖锐辐射与很宽范围辐射是什么关系？
同距离不同方向的目标不好识别。
雷达测量对象：
从测距测方位原理我们可以得出下列二点结论：
1、只能探测目标水面上部分的距离、方位及大致的形状。
----图式（旧图式：
水下声波传播很远，电磁波和光波很快衰减
2、只能显示物标当前的位置，不能显示物标的速度和加速度。
----图式（旧图式：
按照雷达距离计算公式，我们不能知道多普勒频率
不能测量速度。
再根据测向和雷达距离计算公式---》显示物标当前的位置显然。
电波反射特性-------只能知道大致的形状
第二节基本组成及各部分作用
----图式（旧图式：
按照工作顺序讲，也就是----图式（旧图式1，----图式（旧图式2，----图式（旧图式3......
下列为电路顺序
1）触发电路：
每隔一段时产生一个尖脉冲，同时送到发射机、接收机、显示器
三部分，使它们同步工作。
（触发电路决定工作开始的时间）
----图式（旧图式3.3：
发射机什么时候产生大功率，微波？
2）发射机：
触发脉冲到来后，立刻产生一个大功率，微波波段，具有一定
宽度的脉冲包络射频（雷达工作频率,微波波段）的信号。
----图式（旧图式2.2：
天线发射出去微波谁产生的呢？
3）发收开关：
发射时；将发射机与天线接通，并将天线与接收机断开。
接收时；将发射机与天线断开，并将天线与接收机接通。
----图式（旧图式：
又发射又接受怎样安排？
4）天线：
把发射机送来的微波能量聚成
细束朝一个方向发射出去，同时只接
收从该方向反射的回波。
----图式（旧图式1：
根据雷达测向测距离
原理，显然；天线是直接用来完成这个任务的。
5）接收机：
将天线送来的回波信号，进行
混频、放大、检波处理。
得到表示目标
大小的视频信号。
----图式（旧图式2：
天线送来的回波信号很微弱，怎么办？
6）显示器：
在屏上扫描出一条径向亮线，用径
向亮线上的加亮点或线段，来显示目标
的距离，该扫描亮线随天线同步转动，
扫描亮线与0°刻度线用来显示目标的方位。
----图式（旧图式3：
接收机送来的回波信号，我们怎么看到？
第三节雷达发射机
一、主要组成及各部分作用
讲解顺序---旧图式1、旧图式2、旧图式3
1：
触发脉冲产生器：
相当于时钟电路，使雷达各部分同步工作。
----图式（旧图式3：
电能什么时候产生的呢？
以什么为依据？
---》量程---》脉冲重复周期
2．调制器及预调制器：
触发脉冲一到，预调制器输出具有一定宽度的
小功率正方波，控制预调制器产生的方波的起始时刻，预调制器
产生的方波控制调制器，使调制器产生大功率负高压脉冲。
有的
雷达没有预调制器，预调制器的功能由调制器完成。
所以；调制器是产生高压的部件。
----图式（旧图式2：
电能怎样产生的呢？
----》空度比
3：
磁控营：
在调制器输出的负高压作用下，磁控营产生矩形
调制的微波振荡脉冲.实现能量转换，调制器相当于高压电源。
----图式（旧图式1：
天线发射出去微波谁产生的呢？
能量转换怎样实现？
电能---》微波能
磁控营
基础知识：
一般来说一个系统（不管是力学的、声响的还是电子的）有多个共振
频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难,共振
是在共振频率上系统具有某种正反馈或放大选择性导致的。
根据信号理论（傅里叶变换）
一个冲击脉冲，有很宽的频谱，频谱的宽度与脉冲宽度成反比。
一个10000伏特电压的冲击脉冲，作用在下列系统上，将产生什么现象？
----图式（旧图式：
一个冲击脉冲作用在共振频率的系统上将会怎样？
5.2）：
磁控营基本结构及工作原理
磁控营是实现微波振荡的元件，其结构、工作原理，与实际
使用中的调试、维护等等事宜有关。
下面我们扼要介绍之。
A：
基本结构
阴极和阳极之间的空间,称为空腔，空腔内为
真空。
空腔内,有永久磁铁提供的恒定磁场，如图示。
----图式（旧图式：
有共振频率的系统的空间在哪里？
阴极内含有灯丝，加调制器送来的负高压前，灯丝
先通电3min，用于加热阴极，阴极表面有氧化物涂层，加热使其
产生自由电子，能量转换是自由电子完成的，没有3min加热，磁
控管不能正常工作。
----图式（旧图式：
我们的任务是能量转换，自由电子做什么用？
B：
工作原理
调制器负高压脉冲一到，阴极和阳极之间激起微波振荡。
---图式（旧图式：
调制器负高压脉冲---》相当于一个冲击脉冲
阴极附件的自由电子，在飞向阳极过程中，由调制器提供的高压，使
电子加速获得能量。
又在恒定磁场的作用下，把自由电子获得的能量，传给
微波振荡，也就是微波电磁场使电子减速，使原本微弱的微波
振荡【电磁场】强大起来。
---图式（旧图式：
恒定磁场+自由电子------》把能量送给微波振荡
载波频率采用下列二种：
S波段—（2900~3100）MHZ—10cm（波长）
X波段—（9300~9500）MHZ—3cm（波长）
----图式（旧图式：
不同的磁控营，可以有二个共振频率------》也就是载波频率
5.4）：
工作状态判断：
磁控管正常工作时，有稳定的阳极电流，所以；能够输出
稳定的大功率微波，氖灯遇大功率微波辐射会发亮。
这样；我们可以采用氖灯法、电流观察法、雷达性能监视器
三种方法来判断磁控管工作状态。
①电流法：
a）：
电流值为规定值，磁控管工作正常。
否则为不正常。
----图式（旧图式：
有益电子到达阳极，说明书上有额定值
②氖灯法：
氖灯放在距收发机波导口10~15（cm）处，若氖灯发亮，说明正常。
不发亮，管子不工作。
----图式（旧图式：
氖是一种惰性气体，在一般情况下不与其他物质发生反应。
氖激发后放电，
氖在放电时发出橘红色辉光，大量应用于城市霓虹灯
激发，是指原子在其它离子碰撞时，由较低的能级向较高的能级发生跃迁的过程。
化学上的电离是指电解质在一定条件下（例如溶于某些溶剂、加热熔化等），电离成可
自由移动的离子的过程。
在电离前可能是不含有离子（例如氯化氢），也可能是尽管
有离子，但是里面的离子不能自由移动（例如氯化钠固体）。
物理上的电离是指不带电的粒子在高压电弧或者高能射线等的作用下，变成了带电
的粒子的过程。
例如地球的大气层中的电离层里的粒子就属于这种情况。
电离层中
的粒子在宇宙中的高能射线的作用下，电离成了带电的粒子。
③雷达性能监视器
（后续章节介绍）
----图式（旧图式：
后续章节介绍
5.5）：
磁控管保存及使用：
由于磁化作用，磁控管保存有如下规定：
木箱内，磁控管离铁磁体至少10cm，二个磁控管之间至少距离20cm。
备用磁控管应经常轮流使用。
----图式（旧图式：
磁化作用----》在外磁场作用下，铁、镍等等内部小磁畴改变方向
第四节微波传输及天线系统
天线系统由天线、驱动电机、传动装置、船首线电路、方位同步发送机、波导
----图式（旧图式：
天线定义+径向园扫描显示和实际发射的关系,下列内容显然
1）：
驱动电机
2）：
方位同步发送机
3）：
船首线电路
雷达波导由铜制成的内部空心外形为矩形的金属管，天线由窄边开缝波导
构成，微波传输也由波导完成，所以；我们首先讲解波导。
----图式（旧图式：
微波传输，微波发射的基础，当然先讲。
2．波导
1）：
采用波导的原因：
天线发射与接收的信号，均为微波信号，微波信号不能用普通导线传输，这是因为
微波信号频率太高的原因，下面我们分析之，并提出解决的方法。
----图式（旧图式：
麦克斯韦方程组---->趋肤效应
----图式（旧图式：
热效应理论
微波是一种电磁能。
通过离子迁移和偶极子转动引起分子运动，产生热效应
1】：
离子传导机理［1～3］
离子传导是电磁场中可离解离子的导电移动，离子移动形成电流且由于介质对离子流的阻碍而产生
热效应。
2】：
偶极子转动机理［1～3］
介质是由许多一端带正电，一端带负电的分子（或偶极子）组成。
偶极子随外加电场方向的改变而作规则摆动时受到干扰和阻碍，就
产生了类似摩擦的作用，使杂乱无章运动的分子获得能量
A:
趋肤效应：
由电磁场理论和天线理论知：
频率f上升，导致电流集中在表面，中心无
电流，相当于导电体积减少，电阻上升，电阻热损耗上升，同时；使辐射增加，这就
是所谓趋肤效应。
所以不能采用普通导线。
----图式（旧图式：
电磁场理论和天线理论
导体中出现自感电动势抵抗电流的通过。
愈靠近导体中心处,受到外面磁力线产生的自感电动势愈大
1：
采用波导传输信号：
雷达波导尺寸为3cm、10cm二种。
采用波导后（见图），由电磁场理论知，电流在内表面，所以无辐射。
又由于，内表面的面积，比普通导线的面积大很多，所以电阻热损耗很小
----图式（旧图式：
再由电磁场理论
麦克斯韦方程组---->波导电流电场分布---》计算得到电阻热损耗很小
趋肤效应
导体中的交变电流在趋近导体表面处电流密度增大的效应。
在直长导体的截面上，恒定的电流
是均匀分布的。
对于交变电流，导体中出现自感电动势抵抗电流的通过。
这个电动势的大小
正比于导体单位时间所切割的磁通量。
以圆形截面的导体为例,愈靠近导体中心处,受到外面
磁力线产生的自感电动势愈大；愈靠近表面处则不受其内部磁力线消长的影响，因而自感
电动势较小。
这就导致趋近导体表面处电流密度较大。
微波是一种电磁能。
通过离子迁移和偶极子转动引起分子运动，但不引起分子结构改变和非离子化的辐射能
离子传导机理［1～3］
离子传导是电磁场中可离解离子的导电移动，离子移动形成电流且由于介质对离子流的阻碍而以Q=I2R产生
热效应。
溶液中所有的离子均起导电作用，但作用大小与介质中离子的浓度和迁移率有关。
因此，离子迁移产生
的微波能量损失依赖于离子的大小、电荷量和导电性并受离子与溶剂分子之间的相互作用的影响
偶极子转动机理［1～3］
介质是由许多一端带正电，一端带负电的分子（或偶极子）组成。
如果将介质放在两块金属板之间，介质内
的偶极子作杂乱运动，当直流电压加到金属平板上，两极之间存在一直流电场，介质内部的偶极子重排，形成
有一定取向的有规则排列的极化分子。
若将直流换成一定频率的交流电，两极之间的电场就会以同样频率交替
改变，介质中的偶极子也相应快速摆动，在2450MHz的电场中，偶极子就以4.9×109次/s的速度快速摆动。
由于
分子的热运动和相邻分子的相互作用，使偶极子随外加电场方向的改变而作规则摆动时受到干扰和阻碍，就
产生了类似摩擦的作用，使杂乱无章运动的分子获得能量，以热的形式表现出来，介质的温度也随之升高
----图式（旧图式：
2：
采用波导的若干问题
2）：
波导不能进水，
否则微波加热积水，使该处发热。
在收发机入口处、波导接口处加入防水云母片。
----图式（旧图式：
微波---->离子迁移和偶极子转动
3）：
另由电磁场理论知：
波导尺寸与电波波长成正比，损耗与电磁波的振荡模型有关。
所以；3cm雷达采用波导，10cm雷达因波导太大改用同轴线。
----图式（旧图式：
再由电磁场理论
麦克斯韦方程组---->波导尺寸
4）：
收发机天线之间的波导管，总长度不宜超过20米，整个波导系统的弯头不宜超过5个。
----图式（旧图式：
再由电磁场理论
麦克斯韦方程组---->衰减
----图式（旧图式：
天线由窄边开缝波导构成。
这种天线，它辐射的电磁波，其空间分布是怎样的？
下面；我们首先介绍天线方向性图这个基本概念，再介绍辐射电磁波的空间分布。
----图式（旧图式：
雷达天线辐射要求尖锐，什么叫尖锐？
怎样实现？
-----》辐射的电磁波空间分布
3．天线的方向性
1）：
天线方向性图：
天线方向性图是表示辐射方向，与该方向
辐射强度关系的图形。
可用场强表示，也可用功率表示。
雷达三维方向
性图近似为细长的橄榄球。
场强图中，最大值的0.707们的
二个线段的夹角；或功率图中，最大值的0.5倍的二个
线段的夹角称半功点宽度。
方向性图可分为水平方向
性图和垂直方向性图二种。
----图式（旧图式：
雷达原理中方向探测我们有"辐射尖锐",到底多尖锐?
天线辐射三维到底是什么样子?
宽窄如何?
2）：
水平波束宽度?
H
天线俯视图中，半功点宽度称为水平波束宽度。
?
H<2°，一般?
H为1°左右。
3）：
垂直波束宽度?
v
天线侧视图中，半功点宽度称为水平
波束宽度。
?
v=15°~30°
防止船舶摇摆时，丢失目标。
----图式（旧图式：
根据天线理论，通过设计和制造，我们可以达到上述要求。
----图式（旧图式：
面前知道，相邻二个辐射不会产生空隙。
相邻二个辐射重复多少？
为什么1°左右？
0.1°左右行不行？
以后会交代。
4）：
编转角
方向性图中最大值方向与天线的辐射平面的法线方向的夹角称为
编转角。
编转角与发射频率有关，更换磁控管，编转角将改变。
补充：
隙缝波导天线的主瓣轴向与天线窗口
法线方向之间约有3.1°-4.1°的偏差。
在安
装天线时应加以校正。
应调船首线装置，使
最大值方向与首线一致。
5）：
根据电磁场理论：
发射频率愈高，方向性愈尖锐。
----图式（旧图式：
雷达原理中方向探测我们有下列问题
水平宽易混淆不同方位目标,那么是不是愈窄愈好?
----图式（旧图式：
方向分辨率与发现概率---积累概率
----图式（旧图式：
垂直方向又考虑什么?
--->船舶摇摆
如果某天线只能发射或接收线极化波，则它是圆极化天线。
若发射天线
是圆极化，则接收天线也必须是圆极化的，而且两者的极化方向必须
相同（也叫做极化匹配）。
由于目前我国租用的国际通信卫星上的发射天线是右旋极化的，而
自己发射的卫星是水平极化的，所以卫星电视地面接收天线一般都设计
为能工作于圆极化和线极化两种状态，而在出厂时调为右旋圆极化。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
----图式（旧图式：
除了频率幅度等等,还有相位极化等等,每种雷达性能不同，涉及到得
指标是不一样的。
那些和船用雷达有关系?
下面介绍极化
----图式（旧图式：
什么是极化?
根据电磁场及天线理论:
极化与衰减与反射是什么关系?
4：
极化
电磁波中的电场矢量的方向，称为极化。
船舶雷达极化有下列三种：
电场矢量沿水平方向振动的，称水平极化。
电场矢量沿垂直方向振动的，称垂直极化。
电波的电场矢量，作圆周旋转，称圆极化。
理论分析及实验表明：
海浪高<0.25（m）；水平极化海浪干扰最小。
规定X波段采用水平极化
（包括雷达，航标）。
海浪高<1~3（m）；垂直极化海浪干扰最小。
某些S波段采用垂直极化（主要是雷达）
---图式（旧图式：
根据电磁波在海平面的传播理论，我们有上述。
由电磁场理论知：
圆极化波段对称物体，右旋转波变为左旋转，左旋波变为右旋波。
雨雪，浮简，灯塔为对称物件。
易知；使用圆极化可抗雨雪干扰，但易丢失对称目标。
天线互易性：
具有互易性的天线，发射和接收的电波在下列指标上必须相同，否则不能接收：
a）：
载波频率
b）：
极化（若是圆极化必须电场旋向相同）。
规定：
10cm雷达采用圆极化，3cm雷达一般采用水平极化。
天线保养：
雷达天线的辐射窗口暴露在外面，每个月应检查一次，如有灰尘粘在上面，应用清水冲洗掉。
---图式（旧图式：
根据电磁波及天线理论，我们有上述。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
接收机框图及工作原理
要点：
1：
船舶雷达探测要得到回波信号中什么物理量？
2：
怎样的电路组成可以实现从目标调制的微波波段的微弱回波信号中得到目标的信息？
3：
怎样使接收机接收回波性能良好？
----图式（旧图式：
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基础知识%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
----图式（旧图式：
微波宽带放大困难,所以要混频
相干技术和乘法技术的现代混频器
----图式（旧图式：
为什么要把信号调制到高频？
平常我们所听到看到的信号,由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不适合直接用天线发射
根据天线原理，通俗讲天线的增益是无数半波振子天线增益之和，高频的波长较短，容易制作天线
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基础知识%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
----图式（旧图式：
1：
接收机框图及工作原理
船用雷达的载波，采用微波波段,目标反射
微波时，目标的回波强弱，是由回波信号的包络反映出来的。
接收机的
任务就是把包络检测出来。
其框图如下图示。
----图式（旧图式：
为什么要把信号调制到高频?
为什么要要混频?
频率低--》天线大，带宽宽--》干扰大
1）：
混频器
混频器
由A、B、C三部分组成：
A：
由速调管组成本机振动器（本振）
B：
晶体
二极管组成混频器电路
C：
选频电路
以上三部分完成混频的功能，也就是把
接收信号的频率降低为中频信号。
----图式（旧图式：
非线性傅里叶变换
使得通过非线性器件将两不同频率的振荡变换成一个与两者都相关的新
振荡。
新振荡频率为上述两不同频率之差，振幅包络与其中之一一致。
2）：
放大电路
完成低噪放大中频信号的
功能，雷达中频为：
30MHz、45MHz、60MHz三种。
接收机的机内噪声
主要来源于中频放大器。
----图式（旧图式：
传播过程衰减+目标各向反射+传播过程衰减
3）：
检波电路：
检出用来显示的视频信号的功能
----图式（旧图式：
调制的逆过程
速调管是用来产生本机振荡的微波器件
----图式（旧图式：
类似于磁控管，腔体尺寸和内部电场决定振荡频率。
3：
调谐：
通过机械方法或电方法，改变本振信号的频率，这一过程称为调谐。
1）：
机械调谐：
调整弓形支架上的调整螺丝，从而改变振荡频率。
这一
调整，称为机械调谐。
机械调谐是大范围的频率调谐，在下列情况下进行：
a）：
更换磁控
b）：
更抽速调管，
c）：
显示器石板上的“调谐”纽无效。
2）：
电调谐：
调整石板上的调谐钮，使回波清晰饱满。
（晶体电流最大），电调谐
是小范围的频率调谐，每当开机后，要进行此调整。
混频晶体电流与接收信号、本振信号有关
----图式（旧图式：
根据混频器原理及中频放大器的特点,当接收频率变化时
上述调谐显然
----图式（旧图式：
根据速调管分析计算
电调谐是小范围的频率调谐
机械调谐是大范围的频率调谐
=========================================
共振是指一个物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动的情形。
此一特定频率称
之为共振频率。
一般来说一个系统（不管是力学的、声响的还是电子的）有多个
共振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难。
假如引起振
动的频率比较复杂的话（比如是一个冲击或者是一个宽频振动）一个系统一般会“挑出”其
共振频率随此频率振动，事实上一个系统会将其它频率过滤掉。
===========================================
5：
海浪控制电路（STC）:
1）：
海浪回波信号的概念：
在屏幕上；以
本船为中心，呈鱼鳞状，近距离强、远距离弱，来风方向强。
2）：
海浪控制
电路工作原理：
用一个随时间按指数规律变化的电压去控制中放的增益，使中放的近
距离增益大大减小，而随着距离的增加便逐渐恢复
正常。
3）：
效果
这样；就能抑制近距离的很强的海浪干扰回波，而
使明显的强物标突出出来，但对稍远距离上的目标没有影响。
调STC钮，使不丢
失近距离小目标为好。
----图式（旧图式：
根据海浪形状+电磁场理论上述逐条解释
海浪干扰特点：
海浪反射雷达电波，从而产生海浪干扰回波，形成屏上以本船
周围6nmile～8nmile（风浪大时甚至达3nmile~10nmile）内的鱼鳞状闪亮斑点。
强海浪
为圆盘状亮斑回波。
1．干扰回波分布在扫描中心周围，上风舷方向伸展得远且回波强，下风舷稍近一些。
2．入射角大即垂直波束宽度宽或天线高度高，则海浪回波强。
3．水平波束宽度大，脉冲宽度宽，则反射面积大，回波就强。
4．根据电磁场理论；垂直
极化波比水平极化产生的海浪回波要强得多。
在X和S波段，采用水平极化波与采用垂直极化波
相比，海浪干扰减小1／4～1／10。
5．根据电磁场理论；频率高，天线转速慢，干扰回波强。
很强的海浪回波会使
荧光屏产生饱和而淹没其覆盖区内的物标回波，甚至会使接收机产生饱和或过载，失去
放大能力而丢失物标。
----图式（旧图式：
根据海浪形状+电磁场理论上述逐条解释
海浪干扰抑制措施：
1、如有双速天线，选用高速天线（如80r/min）
----图式（旧图式：
积累小
2、选用X波段（3cm）雷达
----图式（旧图式：
电磁场理论得到
3、选用窄脉冲
----图式（旧图式：
平均能量小
4、采用恒虚警率（CFAR）检测器（使海浪产生的虚警
保持恒定）、对数中频放大器（防止荧光屏产生饱和）
----图式（旧图式：
海浪是虚警率
5、使用STC旋钮调节到既不丢失目标，又能抑制海浪干扰。
在上述操作中：
防止丢失小目标是重要的操作原则。
----图式（旧图式：
STC旋钮--->抑制海浪干扰
----图式（旧图式：
第七节雷达显示器
要点：
1：
怎样计算出距离？
2：
怎样显示出距离？
实际的目标P距离本船为L，电磁波传播速度为C
显示的目标P距离荧光屏中心的距离为R，显示器扫描线的扫描速度为v，则：
R/v=2L/C
3：
怎样显示出方位？
4：
怎样显示出机内产生的测量信号？
----图式（旧图式：
----图式（旧图式：
第七节雷达显示器
1．框图组成及基本原理
径向园扫描的实现：
天线向某个方向发射，显示器的扫描线就向该方向扫描，这就是径向扫描。
天线转过一个小角度，向另外一个方向发射，显示器的扫描线也转过一个
小角度，向对应的这个方向扫描，并随天线同步转动，这就是所谓的园扫描。
二者
合在一起，称为径向园扫描。
----图式（旧图式：
我
升级会员 