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雷达原理读书笔记

雷达原理（RadarPrinciples）

——读书“笔记”

姓名：

林中朝

学号：

07074033

西安电子科技大学

2010-11-1

一、雷达的简介

雷达基本工作原理

如图1-1，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

图1-1雷达的原理及基本组成

基本雷达方程

1、距离R处任一点处的雷达发射信号功率密度：

雷达发射功率。

2、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

3、以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：

σ雷达散射截面积。

4、雷达天线接收面积

，收到功率

.

5、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

时，

雷达的基本组成

如图所示：

脉冲雷达基本组成框图

1、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）。

2、收发开关：

收发隔离。

3、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）。

4、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包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。

5、信号处理：

消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测判决之前完成（MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。

6、显示器（终端）：

原始视频，或经过处理的信息。

7、同步设备（视频综合器）：

是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）才有）。

二、雷达发射机

雷达发射机的任务和基本组成

一、任务：

产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号。

1、振幅调制：

①CW②pulse：

width，repeatfrequency

2、频率调制：

①fixedfreq②频率分集③freqcoded④LFM⑤频率捷变

3、相位调制：

①随机相位②相位相参③相位编码

二、分类与组成

1、单级振荡式：

大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件）

图2-1单级振荡式发射机

（1）定时器提供以

为间隔的脉冲触发信号

（2）脉冲调制器：

在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的大功率视频脉冲信号。

（3）功率射频振荡器：

产生大功率射频信号。

特点：

简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差，

。

2、主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：

先产生小功率的CW振荡，再分多级进行调制和放大。

图2-2主振放大式发射机

（1）定时器：

给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号

（2）固体微波源：

是高稳定度的CW振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲

（3）中间放大器：

在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制

（4）出功率放大器：

产生大功率的脉冲射频信号

特点：

调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂，昂贵，效率低。

三、雷达接收机

雷达接收机的任务和基本组成

一、任务

不失真的放大所需的微弱信号，抑制不需要的其他信号（噪声、干扰等）。

二、超外差雷达接收机的组成

优点：

灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。

图3-1超外差式雷达接收机简化框图

1、高频部分：

（1）T/R及保护器：

发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。

（2）低噪声高放：

提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。

（3）Mixer，LD，AFC：

保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。

2、中频部分及AGC：

（1）匹配滤波：

（2）AGC：

autogaincontrol.

3、视频部分：

（1）检波：

包络检波，同步（频）检波（正交两路），相位检波。

（2）放大：

线形放大，对数放大，动态范围。

雷达接收机的主要质量指标

1、灵敏度

：

用最小可检测信号功率

表示，检测灵敏度，给定虚警概率

，达到指定检测概率

时的输入端的信号功率：

=

|

=const，

=const

保证下面灵敏所需接收机gain=120-160dB，

＝-120～-140dbw主要由中频

完成。

2、工作频带宽度：

指瞬时工作频率范围，频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度：

10-20%。

3、动态范围：

表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围，过载时的

|

，80-120dB。

4、中频的选择与滤波特性：

，中频选择通常选择30M～500M，抑制镜频.实际与发射波形特性，接收机工作带宽有关。

5、工作稳定性和频率稳定度：

指当环境变化时，接收机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处理，采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振，“稳定本振”。

6、抗干扰能力：

杂波干扰（MTI，MTD）、有源干扰、假目标干扰。

7、微电子化和模块化结构。

MMIC微波单片集成电路、IMIC中频单片集成电路、ASIC专用集成电路。

四、雷达的终端显示器和录取设备

雷达的终端显示器

一、显示器的主要类型（完成任务分类）

1、距离显示器：

图显示目标的斜距坐标，用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小，所以又称为偏转调制显示器。

A显：

直线扫掠，扫掠线长度和雷达的距离量程相对应，直线的起始点为雷达，回波距离点的长度表示距离，有距离刻度。

A/R显：

A显同上，R显上A的某一段进行放大。

J显：

圆周扫掠，顶端为雷达圆弧长表示距离，读数精度提高π倍。

2、平面显示器：

图，又称PPI（Planpositionindicator）显，显示斜距、方位，是二维显示器，用亮点来显示坐标，属亮度调制显示器。

P显：

圆心为雷达，径长表示距离，顶向方位为正北，圆周角表方位，顺时针方

向。

偏心式P显：

移动原点，使放大给定方向。

以上两种均为极坐标。

B式显示：

直角坐标，常用式显示，距离和方位只显示一段。

3、高度显示器：

RHI显示：

水平距离和高度、仰角，雷达在左下方。

4.情况显示器：

一次信息：

雷达

二次信息：

表格数据、特征符号、地图等。

5.光栅扫描雷达显示器：

数字显示技术的应用。

既能显示目标回波的二次信息，也能显示各种二次信息以及背景地图。

图4-1三种距离显示器的画面

图4-2平面显示器图像

五、雷达方程

理想无损耗自由空间传播的单基地雷达方程

1、收发不同天线时，

2.收发共天线时，

雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ、

、噪声和其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。

六、多普勒效应及其在雷达中的应用

多普勒效应

1、雷达发射连续波的情况

发射信号：

回波：

，

若目标固定、固定相位差：

若目标以匀速

运动：

=

，

，

同相

，反相

2、窄带信号时的多普勒效应

发射信号窄带表示：

回波信号表示：

目标不动时：

复包络有一固定迟延。

而高频则有一固定相位差

匀速运动：

即：

复包络滞后

，而高频相位差

→时间函数

若

为常数，

引起的频路差为：

，多普勒频率

（

运动时，回波时间得严格推导）

若目标运动方向与雷达和目标连线夹角为α，目标速度为v。

则径向速度

多普勒信息的提取

与

相比很小，

提取

要用差分差拍方法。

即：

、

的差值

连续波多普勒雷达

相干检波器取出相位变化信息，组成如图；

相位检波器参考电压远大于回波电压。

矢量合成如图：

固定目标，无交流分量输出

匀速目标，回波信号围绕基准点等

旋转，合成矢量振幅为：

频谱变化如图。

图连续波多普勒雷达的原理框图

图连续波多普勒雷达多普勒差拍矢量

图连续波多普勒雷达频谱图