雷达方程原理

1、.雷达方程 简单形式的雷达方程：Rmax4= PtGAe。(2.1) Rmax4H仃(4 二)Smin(1 )接收机噪声除系统热噪声引起的噪声功率之外，接收机会产生一定的噪声输出，要引入噪声系数Fn = N out = Sin / N in ,噪声系数也反映了信号通过接收机时的信噪比衰减情况。 kToBG aSout/Nout重新整理雷达方程：Rmax4=2 PtGAea(2.8) Rmax,oC仃(4二)kToBF n(S/ N )minSNR min可用于进行理想自由空间中的目标探测，分析目标的雷达截面积对目标探测产生的影响。(2) 雷达脉冲积累多脉冲积累用于提高信噪比，改善雷达的检测能力

2、，降低虚警漏警概率。n个相同信噪比的脉冲进行理想情况下的积累后，总信噪比为单个脉冲信噪比的n倍。但实际情况下，第二检波器会引入效率损耗，使信号能量变为噪声能量，积累效率EN” n(S/ N)n将脉冲积累的信噪比代入原雷达方程得到:(2.33),也可4Pt GA e 二(4 二)2kT°BFn(S/ N)n以由积累效率和单个脉冲信噪比表示为:maxPtGAeCnEi(n)2(4 二)kT0BFn(S/N)1(2.34)。(3) RCS起伏观测复杂目标(如飞机)时，小的观察角变化将引起雷达到目标散射中心的距离和时间发生变化，从而引起各回波信号的相对相位发生变化，导致 RCS起伏。1 /

3、n引入起伏损耗Lf ,用(S/ N)1 Lf代替(S/N)1。当ne个独立米样积累时，Lf(ne) = (Lf )此时的雷达方程为：Rmax 4 = 2 PtGA'nEiS)- (2.45)。(4 二)kT°BFn(S/N)1(Lf) e雷达的平均发射机功率(4) 发射机功率Pav更能反映雷达的性能，可以用它代替峰值功率 Pt。将Pav = PtTf p代入雷达方程得到：Rmax 4 = 2 PavGAe仃nEi(n) (2.51), 一般情况下，可将 BT(4二)kT0(B .)Fn(S/N)1 fp设计为1。(5) 其它情况需要考虑的因素包括：系统损耗、地杂波、最高精度等

4、。另外，针对不同目标(点目标或分布目标等)设计的雷达，可改造其雷达方程，分析一些重要的参数。二.MTI (动目标显示)与 MTD (动目标检测)在杂波环境下检测运动目标最有效的方法，是利用雷达和目标之间的相对运动产生的多普勒频移。(1) MTI技术当雷达距运动目标距离为R时，波长九的个数为2R/九，信号往返传播路径的总相位变化为2R工 d 4二 dR 4 二 Vr2 = 2xx =4曲/ " 由 =2nfd得到多普勒频移 fd 。dt dt MTI滤波器用于滤除杂波干扰，即对消器，是 MTI的核心。由于固定目标回波的多普勒频率为0,慢速运动的杂波中所含的多普勒频移也集中在零频率附近，

5、所以它们的回波经过相位检波后，输出信号的相位不随时间变化或变化缓慢，所以将同一距离单元在相邻的重复周期内的相检输出做减法运算，固定目标的回波将被完全对消， 慢速运动目标的杂波也会得到很大衰减。增加对消次数也可以增强滤波能力。常用MTI滤波器：一次对消器、二次对消器。(2) MTD技术MTD是相对于传统 MTI技术的一种改进，主要表现在：1.改善滤波器的频率特性，是滤波器更接近区最佳线性滤波，提高改善因子；2.可以检测强地杂波中的低速目标；3.可以抑制气象引起的慢速运动杂波。MTD的核心是线性数字 MTI加窄带多普勒滤波器组。线性 MTI具有大动态范围，窄带多 普勒滤波器组具有信号匹配滤波特性。

6、三.雷达天线(1) 雷达天线的主要功能通过天线，电磁场在空间和传输线之间传播转换，携带信息。天线增益G度量了目标方向上集中辐射的能量。有效孔径 Ae度量了从目标导雷达的后向散射聚集的回波能量。同时，天线测量回波信号的到达角度， 提供目标的方位俯仰信息。 天线通过空间滤波， 让来自非主 波方向的不需要的信号无法进入， 通过频域滤波可以滤除不需要的信号。 另外，可以通过雷 达天线确定多次观察目标之间的时间间隔。对于特定的雷达系统， 可通过雷达天线外观来直观地展示雷达特性，相对而言雷达分析统机柜并不能直观显示雷达的各项性能。(2) 天线参数天线增益Gd :用来度量雷达天线在特定方向上集中发射能量的能

7、力。分别有方向性增益 Gd和功率增益G 。Gd ="，辐射强度指在某特定方向上单位立体角内辐射的功率，表示为平均辐射强度P4)。G =4兀(单位立体角辐射的最大天线效率。功率)/天线收到的净功率=PGd , 0 < P <1 ,称为功率增益考虑了在天线中的消耗性的损耗，其他方面与方向性增益考量的类似。波瓣图：即天线辐射方向图，反映了天线的波束宽度、副班电平、差波束宽度等指标。4 - A 有效孔径Ae :度量天线对入射波呈现的有效面积，G = 一。e2h极化：指电场的指向，多为线极化，水平或垂直极化。（3） 反射面天线f/D比：焦距f与孔径直径 D之比。大的比值表示反射面浅

8、， 容易支撑和机械定位， 馈源离反射面远，需要初级方向图窄且馈源大。卡塞伦格天线：双反射面天线，常用于单脉冲跟踪雷达。 馈源在或靠近抛物面顶点，不需要到位于抛物面正常焦点馈源的长传输线。产生方位俯仰和差的硬件设备可以安放在反射器后面，可以减少反射器前面的孔径遮挡。（4） 相控阵天线机电（械）扫描扫描速度慢，且可靠性差，相比之下电子扫描通过快速控制移相器的相位， 从而让天线的等相位面改变，实现快速高效的天线扫描。相邻线阵单元之间的相位差 力=2（d（d /九）sin 0 ,来自各个单元的所有电压和为 Ea可用0来表示。相控阵天线可发射大功率，同时进行搜索和跟踪，通过控制其相位分布可以改变波 属形

9、状。缺点是设计复杂，成本高昂。分类：线阵和面阵，有源阵和无源阵，强馈阵和空馈阵，共形阵和稀疏阵。四.成像技术（1） 雷达目标识别目标识别要提取的信息为目标基本特征、类型、种类等，包括：1.将目标回波从复杂环境中分离出来，并从回波中提取能识别目标的特征。2.用某种判决方法来判定提取出的特征信号属于哪类或哪种目标。对于动目标识另IJ,可利用 MTI技术将目标从杂波中分离出来。对于固定目标，可使用固定 目标显示（STI）等技术。（2） 雷达成像理论上说，高距离分辨力雷达可分辨出一个目标中的不同散射中心，给出目标的径向剖面图，即一维像。但是由于微小姿态角的变化将引起目标各散射中心的变化，从而造成相对相位的改变，严重影响分辨单元内的总的散射截面积。所以利用高距离分辨剖面图进行一维成像是不实际的。一般情况下，一维成像方法为将目标简化为几大类进行识别，即感知分类法。 目标的二维像（横向距离和径向距离）是通过成像雷达来获得。成像雷达包括合成孔径雷达 和逆合成孔径雷达。原理：合成孔径雷达：用一个天线作为单个辐射单元， 将此单元沿一直线不断移动， 在不同位置上 接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩