雷达原理与系统

1、雷达原理与系统雷达原理与系统西安电子科技大学电子对抗研究所2014年2月 主要内容主要内容1 1、绪论、绪论2 2、雷达发射机、雷达发射机3 3、雷达接收机、雷达接收机4 4、雷达终端显示器与录取设备、雷达终端显示器与录取设备5 5、雷达作用距离、雷达作用距离6 6、目标距离的测量、目标距离的测量7 7、目标角度的测量、目标角度的测量8 8、目标速度的测量、目标速度的测量主要内容主要内容9 9、连续波雷达、连续波雷达1010、脉冲多普勒雷达、脉冲多普勒雷达11 11、相控阵雷达、相控阵雷达1212、数字阵列雷达、数字阵列雷达1313、脉冲压缩雷达、脉冲压缩雷达1414、双基地雷达、双基地雷达1

2、515、合成孔径雷达、合成孔径雷达1 1、绪论、绪论1.1 1.1 雷达的任务雷达的任务1.2 1.2 雷达的基本组成雷达的基本组成1.3 1.3 雷达的工作频率雷达的工作频率1.4 1.4 雷达的应用和发展雷达的应用和发展1.5 1.5 电子战和军用雷达的发展电子战和军用雷达的发展1.1 1.1 雷达的任务雷达的任务rVR,rVR,rVHD,sin,cosRHRD nttjrtenTtrectttAAts,nttttjrrrrtrrrretnTtrectttttAAttsts)(,1.1.1 1.1.1 雷达的任务雷达的任务利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务利用发射和接收电磁波信

3、号的相关性，完成以下任务1、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等2、识别目标，确定目标性质（、识别目标，确定目标性质（F/E，目标类型，目标形状，目标类型，目标形状/散射特性等）散射特性等）1.1.2 1.1.2 探测与定位的坐标系探测与定位的坐标系球坐标系球坐标系 以雷达自身为原点以雷达自身为原点柱坐标系柱坐标系 以雷达自身为原点以雷达自身为原点近似（忽略曲率）转换关系：近似（忽略曲率）转换关系：1.1.3 1.1.3 基本测量原理基本测量原理正北为方位正北为方位0，仰角以水平面为，仰角以水平面为0正北同上，以海面正北同上，以海面/地

4、平面高度为地平面高度为01.1 1.1 雷达的任务雷达的任务 nttjrtenTtrectttAAts, nttttjrrrrtrrrretnTtrectttttAAttsts)(,1.1.3 1.1.3 基本测量原理基本测量原理 发射信号相位调制发射信号载频脉冲重复周期脉冲串函数，最大值发射天线方向图函数，发射信号振幅tTttrectnTtrectttAArnrt,0 , 1,10A0,引起的传播时间迟延由目标距离幅衰减各种传播损耗引起的振RcRtr,21.1 1.1 雷达的任务雷达的任务2rctRnrrnrtnTtrectnTtrect, ttttr2距离信息提取距离信息提取脉冲测距法：利

5、用收发脉冲包络的时间迟延脉冲测距法：利用收发脉冲包络的时间迟延调频测距法：利用收发相位函数的频率差调频测距法：利用收发相位函数的频率差举例：举例：常数常数mskmsmc/150/1502如果目标距离为如果目标距离为60km，则对应的时间迟延为：，则对应的时间迟延为：smsmscRtr4004 . 03006022如果调频测距雷达的调频斜率为：如果调频测距雷达的调频斜率为： =10MHz/ms，则，则对应对应60km距离目标的频差为：距离目标的频差为：0.4msMHzmsMHzmscRfc4/104 . 02Ttr trfc接收频率接收频率发射频率发射频率1.1 1.1 雷达的任务雷达的任务,

6、ttAttAttAtt2211,max ,2211ttAangttAangrVctVRtVttttfrrrrd0222角度信息提取角度信息提取振幅法测角振幅法测角 最大信号法最大信号法 等信号法等信号法等相位法测角等相位法测角速度信息提取速度信息提取举例：举例：频率为频率为10GHz10GHz的雷达，当目标径向速度为的雷达，当目标径向速度为300m/s300m/s时，其多卜勒频率为时，其多卜勒频率为KHzmsmfmHzsmfcd2003. 0/3002,03. 010/1031081.1 1.1 雷达的任务雷达的任务tPGrA4,442432242GARGPRGAPPrtrtrRminrP41

7、min32241min2max44rtrrtPGPPGAPR1.1.4 1.1.4 雷达的探测能力雷达的探测能力- -基本雷达方程基本雷达方程雷达接收的目标回波信号功率（雷达接收的目标回波信号功率（W）：）：雷达的作用距离（雷达的作用距离（m）：）：发射脉冲功率发射脉冲功率W发射天线增益发射天线增益倍倍接收天线有效面积（孔径）接收天线有效面积（孔径）m2工作波长工作波长 m目标的雷达截面积目标的雷达截面积 m2雷达与目标之间的距离雷达与目标之间的距离 m接收机灵敏度接收机灵敏度 W未考虑因素：大气衰减与路径（多径，曲率），目标特性与起伏未考虑因素：大气衰减与路径（多径，曲率），目标特性与起伏1

8、.1 1.1 雷达的任务雷达的任务举例：举例：某雷达发射脉冲功率为某雷达发射脉冲功率为200KW200KW，收发天线增益为，收发天线增益为30dB30dB，波长，波长0.1m0.1m，接收机，接收机灵敏度为灵敏度为-110dBm-110dBm，不考虑大气损耗等，试求其对，不考虑大气损耗等，试求其对 = =1m1m2 2目标的最大作用目标的最大作用距离距离kmR786.100410210411 . 01010241323411432235max1.2 1.2 雷达的基本组成雷达的基本组成1.3 1.3 雷达的工作频率雷达的工作频率雷达的工作频率：雷达的工作频率：3MHz 3MHz 300GHz(

9、100m 300GHz(100m 1mm) 1mm)主要工作频段：主要工作频段：300MHz 300MHz 18GHz(1m 18GHz(1m 2cm) 2cm)3 3 30MHz30MHz战略预警超视距雷达战略预警超视距雷达30 30 300MHz 300MHz 米波远程预警雷达米波远程预警雷达300MHz300MHz分米波分米波/ /厘米波警戒厘米波警戒/ /引导引导/ /制导制导 30GHz30GHz火控火控/ /末制导雷达末制导雷达30 30 300GHz 300GHz毫米波火控毫米波火控/ /末制导雷达末制导雷达1.4 1.4 雷达的应用和发展雷达的应用和发展1.4.1 雷达的应用雷

10、达的应用n军用雷达：军用雷达：按照作用距离：远程预警雷达按照作用距离：远程预警雷达 R R600km600km中中/ /近程搜索和警戒雷达近程搜索和警戒雷达 150kmR600km150kmR600km近程引导指示雷达近程引导指示雷达 R150kmR150km按照功能按照功能/ /用途：警戒引导雷达用途：警戒引导雷达 大范围发现目标大范围发现目标/ /粗定位，不引导导弹粗定位，不引导导弹/ /火力射击火力射击 制导火控雷达制导火控雷达 小范围发现小范围发现/ /跟踪目标，引导导弹跟踪目标，引导导弹/ /火力射击火力射击 精密跟踪雷达精密跟踪雷达 对单个目标进行精确跟踪和火力打击对单个目标进行精

11、确跟踪和火力打击 多功能雷达：同时具备上述多种功能和用途的雷达，如：多功能雷达：同时具备上述多种功能和用途的雷达，如：SPY-1SPY-1 特种雷达：具有特定功能的雷达：如：雷达高度表特种雷达：具有特定功能的雷达：如：雷达高度表/ /雷达引信雷达引信按照装载平台：按照装载平台： 星载雷达，弹载雷达，机载雷达，舰载雷达，车载雷达，背负雷达星载雷达，弹载雷达，机载雷达，舰载雷达，车载雷达，背负雷达按照技术体制：收发关系和位置按照技术体制：收发关系和位置 单基地单基地/ /双多基地，非协同探测（双多基地，非协同探测（PCLPCL），），MIMOMIMO天线技术天线技术 单波束单波束/ /多波束，机械

12、多波束，机械/ /电电/ /混合扫描，混合扫描，发射发射/ /接收机技术接收机技术 相参相参/ /非相参收发，捷变频，频率分集，非相参收发，捷变频，频率分集，信号处理技术信号处理技术 MTIMTI，MTDMTD，PCPC，PDPD，SARSAR，ISARISAR，n民用雷达：民用雷达： 气象雷达，航管雷达，宇航雷达，遥感雷达，气象雷达，航管雷达，宇航雷达，遥感雷达，1.5 1.5 电子战和军用雷达的发展电子战和军用雷达的发展1.5.1 1.5.1 电子战（电子战（EWEW） 定义：敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，电子战包括电子对抗和电定义：敌我双方利用无线电电子装备或器材

13、所进行的电磁信息斗争，电子战包括电子对抗和电子反对抗子反对抗n电子对抗（电子对抗（ECMECM）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电子侦察），削弱或破坏）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电子侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁）其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁）n电子反对抗（电子反对抗（ECCMECCM）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效使用电磁信息所采）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效使用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁）取的一切战术、技术措

14、施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁）1.5.2 1.5.2 雷达反干扰雷达反干扰n天线抗干扰：低旁瓣，旁瓣对消，旁瓣消隐，波束烧穿，随机扫描，波束分集等天线抗干扰：低旁瓣，旁瓣对消，旁瓣消隐，波束烧穿，随机扫描，波束分集等n发射机抗干扰：提高辐射功率，频率捷变，频率编码，频率分集，脉冲压缩，波形隐蔽，发射机抗干扰：提高辐射功率，频率捷变，频率编码，频率分集，脉冲压缩，波形隐蔽，窄脉冲，重频时变，诱饵发射等窄脉冲，重频时变，诱饵发射等n接收机、信号处理抗干扰：接收机抗饱和，重频、脉宽鉴别，接收机、信号处理抗干扰：接收机抗饱和，重频、脉宽鉴别，MTIMTI，MTDMTD，积累检测，恒，积累

15、检测，恒虚警，宽限窄，前沿跟踪等虚警，宽限窄，前沿跟踪等n隐身与反隐身隐身与反隐身n隐身：通过形体设计和材料选择降低目标的隐身：通过形体设计和材料选择降低目标的RCSRCS（ ）n反隐身：增加照射功率，组网雷达，短波反隐身：增加照射功率，组网雷达，短波/ /米波雷达，双米波雷达，双/ /多基地雷达，多基地雷达，PCLPCL等检测隐身目等检测隐身目标标n反侦察和反摧毁反侦察和反摧毁低截获的发射波形：噪声雷达，冲击雷达，大时宽低截获的发射波形：噪声雷达，冲击雷达，大时宽/ /带宽积信号，信号隐匿，诱饵辐射等带宽积信号，信号隐匿，诱饵辐射等2 2、雷达发射机、雷达发射机2.1 2.1 任务和基本组成

16、任务和基本组成 2.2 2.2 主要质量指标主要质量指标2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射机单级振荡和主振放大式发射机2.4 2.4 固态发射机固态发射机2.5 2.5 脉冲调制器脉冲调制器 2.1 2.1 任务和基本组成任务和基本组成Tr2.1.1 2.1.1 任务任务产生大功率、指定调制特性（振幅产生大功率、指定调制特性（振幅/相位）的电磁波相位）的电磁波单级振荡式单级振荡式 大功率振荡和调制一次完成（直接形成大功率振荡和调制）大功率振荡和调制一次完成（直接形成大功率振荡和调制）脉冲调制器脉冲调制器射频振荡器射频振荡器2.1.2 2.1.2 基本组成基本组成主振放大式主振放大式 先产

17、生小功率振荡和调制，再经放大达到大功率先产生小功率振荡和调制，再经放大达到大功率射频振荡器射频振荡器激励放大器激励放大器末级放大器末级放大器基准振荡器基准振荡器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器分频器分频器2.2 2.2 主要质量指标主要质量指标1. 1. 工作频率或波段工作频率或波段2.2.输出功率输出功率 脉冲脉冲( (峰值峰值) )功率功率 ，平均功率，平均功率例如：例如： 则则3. 3. 总效率总效率 ， 为供给发射机的各种交直流功率之和为供给发射机的各种交直流功率之和上例中，若发射机供电上例中，若发射机供电 220V/15A,28V/20A,220V/15A,28V/20A,则

18、则4. 4. 信号形式信号形式n振幅调制：脉冲、连续波振幅调制：脉冲、连续波n载频调制：单载频，频率捷变，线性调频，频率分集，频率编码等载频调制：单载频，频率捷变，线性调频，频率分集，频率编码等n相位调制：随机相位，稳定相位，相位编码相位调制：随机相位，稳定相位，相位编码tPrtavTDDPP,iavPPiPsTsKWPrt200,1,200WPav1000102/10102465%9 .253860/100020281522010002.2 2.2 主要质量指标主要质量指标5. 5. 信号稳定度或频谱纯度信号稳定度或频谱纯度n周期性不稳：杂散抑制周期性不稳：杂散抑制n随机性不稳：相位噪声随机

19、性不稳：相位噪声 dBcBfPffPfLmm00lg10dBffPfPdc0max0lg10ff0P(f0)P(ff0)dcff0P(f0)P(f0-fm)f0-fmf0+fmP(f0+fm)例如：在频谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率例如：在频谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率分别为分别为20dBm和和 50dBm，则杂散抑制为，则杂散抑制为70dB例如：在频谱仪上测得主信号功率为例如：在频谱仪上测得主信号功率为20dBm，测量带宽为测量带宽为100Hz，在偏离，在偏离1KHz处噪声功率处噪声功率为为 50dBm，则相噪为，则相噪为90dBc2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射机单级振荡

20、和主振放大式发射机2.3.1 2.3.1 单级振荡式发射机单级振荡式发射机射频振荡器：磁控管振荡器，微波三极管振荡器，固态振荡器等射频振荡器：磁控管振荡器，微波三极管振荡器，固态振荡器等脉冲调制器：刚性开关脉冲调制器：刚性开关 由外加脉冲控制开关导通由外加脉冲控制开关导通/截至的调制器截至的调制器 软性开关软性开关 由外加触发脉冲控制开关导通，开关自行截至的调制器由外加触发脉冲控制开关导通，开关自行截至的调制器特点：效率较高，只适用于调幅，频率稳定度差，相位噪声很大，系统组成特点：效率较高，只适用于调幅，频率稳定度差，相位噪声很大，系统组成简单，价格低廉，广泛用于非相干信号处理雷达，目前已经很

21、少使用简单，价格低廉，广泛用于非相干信号处理雷达，目前已经很少使用永久磁钢永久磁钢阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝谐振腔谐振腔磁控管结构示意图磁控管结构示意图灯丝灯丝阴极阴极射频输出口射频输出口阳极（管壳）阳极（管壳）磁控管电气图磁控管电气图2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射机单级振荡和主振放大式发射机2.3.2 2.3.2 主振放大式发射机主振放大式发射机基准振荡器：恒温或温补晶振，一般相位噪声为基准振荡器：恒温或温补晶振，一般相位噪声为 130dBc1KHz射频振荡器：晶振倍频射频振荡器：晶振倍频 利用非线性电路与选频网络，变频快利用非线性电路与选频网络，变频快/相噪差相噪差/杂散小杂散小

22、锁相倍频锁相倍频 利用锁相环，变频慢利用锁相环，变频慢/相噪好相噪好/杂散大杂散大放大链：放大链： 激励放大常用固态放大器，末级放大常用行波管，速调管放大器等激励放大常用固态放大器，末级放大常用行波管，速调管放大器等特点：效率较低，适用于调幅、调频、调相及其组合的复杂调制，频率特点：效率较低，适用于调幅、调频、调相及其组合的复杂调制，频率稳定度高，相位噪声低，系统组成复杂，成本较高，广泛用于相干信号处稳定度高，相位噪声低，系统组成复杂，成本较高，广泛用于相干信号处理雷达理雷达灯丝灯丝K阴极阴极G栅极栅极A阳极阳极真空三极管电气图真空三极管电气图G/K间大负间大负电压时管截止电压时管截止G/K间

23、小负间小负电压时管放大电压时管放大G/K间正电压间正电压时管饱和导通时管饱和导通灯丝灯丝K阴极阴极A阳极阳极行波管电气图行波管电气图A/K间负间负电压时管截止电压时管截止A/K间正高间正高电压时管放大电压时管放大收集极收集极输入输入输出输出2.4 2.4 固态发射机固态发射机2.4.1 2.4.1 特点特点频率高（已达频率高（已达100GHz100GHz），工作电压低供电方便），工作电压低供电方便（12V12V），寿命长，体积），寿命长，体积/ /重量小，可靠性高，成本低，重量小，可靠性高，成本低，单管单管/ /片功率小（片功率小（30W30W，且随频率降低），且随频率降低）2.4.2 2.4

24、.2 发展趋势发展趋势通过电路合成提高组件通过电路合成提高组件/模块的功率（模块的功率（1000W，随，随频率降低）；频率降低）；通过组件模块的空间功率合成（相控阵），提高系统通过组件模块的空间功率合成（相控阵），提高系统的发射功率的发射功率2.5 2.5 脉冲调制器脉冲调制器n作用作用 为电真空类的微波管提供高压、大功率的视频调制脉冲为电真空类的微波管提供高压、大功率的视频调制脉冲n组成组成： 充电元件充电元件 储能元件储能元件高压电源高压电源 调制开关调制开关 耦合元件耦合元件 微波管微波管n高压电源：提供充足、稳定的直流能量，满足工作要求（高压、大电流）高压电源：提供充足、稳定的直流能量

25、，满足工作要求（高压、大电流）n充电元件：将直流能量及时传递给储能元件，一般由充电元件：将直流能量及时传递给储能元件，一般由R，L，二极管，二极管D 等担任等担任n储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导通时释放保存的能量（储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导通时释放保存的能量（C等）等）n调制开关：刚性调制开关：刚性 在输入脉冲的控制作用下，脉冲期间导通，脉冲过后截止在输入脉冲的控制作用下，脉冲期间导通，脉冲过后截止 软性软性 在输入脉冲的触发作用下导通，储能元件能量释放尽后截止在输入脉冲的触发作用下导通，储能元件能量释放尽后截止n耦合元件：将高压、大电流脉冲耦合作用到微波管上耦

26、合元件：将高压、大电流脉冲耦合作用到微波管上 n分类分类：刚性开关刚性开关 由控制信号直接控制开关的导通与截止由控制信号直接控制开关的导通与截止软性开关软性开关 由控制信号触发开管导通，有电路状态决定开关截止由控制信号触发开管导通，有电路状态决定开关截止2.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器n阴极脉冲调制器阴极脉冲调制器充电充电：E/R1/C/L，C上电压放电放电：C/V1/V2， C上电压设计要素设计要素：对于给定的、，一般选择： 脉冲重复周期内充满，放电允许顶降脉冲重复周期内充满，放电允许顶降 小于允许值。小于允许值。ER1C-EgLV1V3V2C0 rCRtCRtc

27、TteueEtU0 ,1110 teTutuHCRtrccd0 ,lnHRCrTCR1532.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器n阴极脉冲调制器设计举例阴极脉冲调制器设计举例要求Tr=200s，=1s，E=104V，=0.95，RH=1KPFCPFRCH436102,1949695. 0ln10101ln19901025101200861R2.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器n调制阳极脉冲调制器调制阳极脉冲调制器 前沿充电前沿充电：E/V1/C0，恒流充电恒流充电Ic 前沿时间前沿时间 后沿放电：后沿放电：C0/偏压/V2，恒流放电恒流放电Id 后

28、沿时间后沿时间 EIcC0-Eg-偏压V3V2+cgcICEEt0偏压与激励电路偏压与激励电路V1dgdICEEt0前沿触发后沿触发C0波形-EgE2.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器n调制阳极脉冲调制器设计举例调制阳极脉冲调制器设计举例要求要求 E=4000V，C0=200PF，Eg=200V， Ic=20A， Id=10A，求前后沿时间求前后沿时间 nstc4220102200400010nstd84101022004000102.5.2 2.5.2 软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器n典型电路典型电路 谐振充电谐振充电：E/Lch/PFN/B，充电时间 匹配放电

29、：匹配放电：PFN/V1/B， ，放电时间放电时间PFN节数节数n，每节电感，每节电感L，电容，电容CLCnCnLtchcBHCZCLZ2.5.2 2.5.2 软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器n软性开关脉冲调制器设计举例软性开关脉冲调制器设计举例 要求：要求：Tr=1ms， =2 s，B=1:1，RH=1K ，n=5根据脉宽和特性阻抗建立方程组，求解根据脉宽和特性阻抗建立方程组，求解L，C根据根据Tr求解求解LchhLLchch9 .1581275199810127510210002126hLPFCCCLLCCLLC127,127100162.0,100162.010,100162.051

30、0210,5102918261226363 3 雷达接收机雷达接收机3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.3 3.3 接收机的高频部分接收机的高频部分3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标接收机的作用：放大需要的目标回波信号，抑制各种干扰信号接收机的作用：放大需要的目标回波信号，抑制各种干扰信号3.1.1 3.1.1 接收机组成接收机组成 n

31、保护器：在发射或收到强信号时，保护接收机（使用收发开关和限幅器）保护器：在发射或收到强信号时，保护接收机（使用收发开关和限幅器）nLNALNA： 低噪放，抑制噪声，放大微弱的目标回波信号（如：低噪放，抑制噪声，放大微弱的目标回波信号（如：F=2F=2，G=25dBG=25dB）nMIXMIX： 混频，将回波信号频率迁移到合适、固定的中频（混频，将回波信号频率迁移到合适、固定的中频（f fi i=30MHz=30MHz，60MHz60MHz等）等）n中放：中放： 放大中频带内目标回波信号（放大中频带内目标回波信号（G=100G=100 120dB120dB），抑制带外噪声），抑制带外噪声nLOL

32、O： 本振，提供稳定振荡本振，提供稳定振荡f fL L，与发射频率，与发射频率f f0 0保持稳定的中频频差：保持稳定的中频频差：f fi i=f=fL L f f0 0n增益控制：保持输出信号功率处于预定的范围，增益控制：保持输出信号功率处于预定的范围，线性线性：近程增益控制（：近程增益控制（STCSTC），），瞬时自动增益控制（瞬时自动增益控制（IAGCIAGC），），AGCAGC；非线性非线性：对数放大器，限幅放大器等：对数放大器，限幅放大器等n检波器：解调回波调制信号，包络检波器（振幅）；相位检波器（频率和相位）检波器：解调回波调制信号，包络检波器（振幅）；相位检波器（频率和相位）n视

33、放：视放： 放大信号电平使之适合于信号处理，线性放大，限幅放大，对数放大放大信号电平使之适合于信号处理，线性放大，限幅放大，对数放大R0至信号处理保护器保护器LNAMIX中放中放检波器检波器视放视放LO增益控制增益控制3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.1.2 3.1.2 主要质量指标主要质量指标n灵敏度灵敏度 ，典型值，典型值 满足检测要求的最小输入信号功率满足检测要求的最小输入信号功率测试方法测试方法dBmsimindBm12090信号源接收机雷达检测设备（显示器/信号处理机等）f,P设置信号源频率设置信号源频率f处于规定的工作频带内，调整输出功率处于规定的

34、工作频带内，调整输出功率P，由雷达检测设备观测满足目标检测时的最小由雷达检测设备观测满足目标检测时的最小Pmin即为灵敏度即为灵敏度3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.1.2 3.1.2 主要质量指标主要质量指标n工作带宽：工作带宽： 分别为雷达最低、最高分别为雷达最低、最高工作频率工作频率n动态范围：动态范围： 为满足检测要求的最为满足检测要求的最大输入信号功率大输入信号功率n选择性和滤波特性（接收带宽选择性和滤波特性（接收带宽B）匹配滤波特性）匹配滤波特性n工作稳定性和频率稳定度工作稳定性和频率稳定度n抗干扰能力（抗有源干扰、无源干扰和杂波干扰等）抗干扰能力

35、（抗有源干扰、无源干扰和杂波干扰等）max0min0max0min0,fffff maxminmax,lg10iiisdBssD fH3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.1 3.2.1 接收机噪声接收机噪声内噪声：有接收机内部电路和器件产生的噪声，如晶体管噪声，电阻噪声等内噪声：有接收机内部电路和器件产生的噪声，如晶体管噪声，电阻噪声等外噪声：由电磁环境和其它物体辐射产生的噪声，如宇宙噪声，工业噪声等，等外噪声：由电磁环境和其它物体辐射产生的噪声，如宇宙噪声，工业噪声等，等效输入功率为效输入功率为 ，分别为波尔兹曼常数，天线噪声温度，等效噪声带宽分别为波尔兹曼常数，天线噪声

36、温度，等效噪声带宽 为频率、仰角、位置等函数，典型地面雷达为频率、仰角、位置等函数，典型地面雷达参见参见p54p54图图3.63.6。等效噪声带宽：等效噪声带宽： fHfHfHdffHBfn002002maxnABkTATKTTAA36876.0AT 电路形式电路形式级数级数Bn/B双调谐或双调谐或两级参差两级参差11.11单调谐11.57121.04021.2203参差11.04831.1554参差11.01941.1295参差11.01051.114高斯型11.065效噪声带宽效噪声带宽B Bn n与常用接收机带宽与常用接收机带宽B B的比较的比较3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和

37、灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度n定义：定义： 线性系统输入端信噪比与输出端信噪比的比值线性系统输入端信噪比与输出端信噪比的比值, ,对于无源网络对于无源网络 测试方法测试方法GF1niioioiooiiBkTNNGNNGSSGNNNSNSF0,11.接收机输入端接匹配负载，由功率计测量接收机输出功率接收机输入端接匹配负载，由功率计测量接收机输出功率2.接收机输入端接信号源，设置信号源频率接收机输入端接信号源，设置信号源频率f，调整输出功率，调整输出功率 ，由功率计，由功率计 测量接收机输出功率测量接收机输出功率 ，计算，计算信号源线性接收机功率计f,P匹配负

38、载112112OOiioooiiPPNSPPPNSFNGNPio1iS12oioPGSP3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度噪声系数与噪声温度n例如：已知线性例如：已知线性接收机输入端接匹配负载时测得输出功接收机输入端接匹配负载时测得输出功率为率为 ，接入，接入 输入信号时测得输出功率输入信号时测得输出功率为为 ，接收机带宽为，接收机带宽为2MHz，求该接收机噪声系数，求该接收机噪声系数解：解： dBm100dBm182. 16 . 210101011010110101010101022901038. 126. 084. 01 . 19 .

39、 01 . 141 . 31 .14131 .14623dBFWNidBm103.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度噪声系数与噪声温度n等效噪声温度等效噪声温度 ，将，将 等效为噪声温度增量等效为噪声温度增量 n系统噪声（内外噪声）温度系统噪声（内外噪声）温度n级联电路的噪声系数级联电路的噪声系数证明：证明：001,1,TFTTTFGBkTNeeneeAsTTT121213121111nnGGGFGGFGFFFnniiniiniiNGNGNNGG32211,inniinniiniiiNGGGNNGGNNGNNGNGNGNF2121211322

40、1111 eTN3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度噪声系数与噪声温度n例如：某线性接收机及组成部件参数如图，求其噪声系数例如：某线性接收机及组成部件参数如图，求其噪声系数解：解：接收机前端部件对系统噪声的影响巨大，接收机前端部件对系统噪声的影响巨大，LNALNA贡献重大贡献重大 馈线馈线/收发开关收发开关/限幅保护器限幅保护器LNAMIX中放中放G=0.2F=2G=25dBF=2.5G=0.3F=4G=100dB182.10158. 0024. 0553 . 0102 . 014102 . 015 . 22 . 012552 . 015

41、. 25 . 21FF3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.3 3.2.3 灵敏度灵敏度n定义：当接收机能够以正常的发现概率和虚警概率检测定义：当接收机能够以正常的发现概率和虚警概率检测目标时（线性系统输出信噪比目标时（线性系统输出信噪比 ），在接收机输入），在接收机输入端的最小输入信号功率端的最小输入信号功率n数值关系：数值关系：n临界灵敏度：临界灵敏度：niiiOOnniBkTNNFMSMNSMHzBKTkFMBkTS0minmin0230min,290,1038.1,MNSooMNSiconsPconsPioodfaSorSminmin,minMBFdBmSnilg10

42、lg10lg10114min1M3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度灵敏度计算举例灵敏度计算举例假设接收机各部分组成如下图，试求其临界灵敏度假设接收机各部分组成如下图，试求其临界灵敏度dBmdBmSi82.941lg105lg1019.12114min馈线/开关/保护器LNAMIX/BPF中放G=0.2/0.5G=25dBF=3BPFG=0.5B=200MHzG=0.1B=5MHzG=90dB/F=5B=5MHz1.计算接收机 噪声系数1dBF19.12566.16265. 1285. 0016. 01051 . 05 . 0102 . 0155 . 0102 . 011 . 01

43、102 . 015 . 012 . 0132 . 015 . 25 . 25 . 213.计算接收机 临界灵敏度2.计算接收机 噪声系数2dBF21. 8626. 6502. 0114. 0006. 0421 . 05 . 0105 . 0155 . 0105 . 011 . 01105 . 015 . 015 . 0135 . 015 . 25 . 25 . 22dBmdBmSi8 .981lg105lg1021. 8114min3.3 3.3 接收机的高频部分接收机的高频部分n组成组成 n收发开关和保护器收发开关和保护器TR管（有源管（有源/无源）常态时开路或透射，气体放电时短路，惰性较大

44、（无源）常态时开路或透射，气体放电时短路，惰性较大（30300ns）固态限幅器固态限幅器 采用采用PIN管或变容管，在外加功率下呈现不同反射阻抗，级联限幅，反应快管或变容管，在外加功率下呈现不同反射阻抗，级联限幅，反应快（2ns）nLNA 低噪声参放低噪声参放 分为常参与冷参，分为常参与冷参，F1.2低噪声场放低噪声场放 噪声系数噪声系数F=25dB，价格低廉，普遍使用，价格低廉，普遍使用nMIX平衡混频器（可有效抑制本振噪声）平衡混频器（可有效抑制本振噪声）镜像抑制混频器（还可有效抑制镜频，镜像抑制混频器（还可有效抑制镜频，2040dB）n前置中放前置中放当高频部分与接收机后端相距较远时，增

45、加前置中放（增益当高频部分与接收机后端相距较远时，增加前置中放（增益2040dB）以降低噪声）以降低噪声本振本振收发开关收发开关保护器保护器LNAMIX前置中放前置中放3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.4.1 3.4.1 磁控管发射机的自动频率控制（磁控管发射机的自动频率控制（AFCAFC） 搜索跟踪转换搜索跟踪转换调谐电机调谐电机机调磁控管机调磁控管定向耦合器定向耦合器稳定本振稳定本振峰值检波器峰值检波器视频放大器视频放大器鉴频器鉴频器中放中放AFC混频器混频器至收发开关发射至收发开关发射至接收机至接收机混频器混频器搜索状态：中放无脉冲输出，搜索跟踪转换器输出调谐电压，

46、使调谐电机带动机调搜索状态：中放无脉冲输出，搜索跟踪转换器输出调谐电压，使调谐电机带动机调磁控管连续调谐频率磁控管连续调谐频率f(t)，定向耦合器耦合出小功率信号给，定向耦合器耦合出小功率信号给AFC混频器。混频器。当当f(t)与稳定本振与稳定本振fL差频进入中放带宽差频进入中放带宽fi- f，fi+ f时，中放输出使搜索时，中放输出使搜索跟踪转换进入跟踪状态跟踪转换进入跟踪状态跟踪状态：鉴频器输出频率偏离跟踪状态：鉴频器输出频率偏离fi的误差脉冲信号，该信号经过视放，峰值检波器成的误差脉冲信号，该信号经过视放，峰值检波器成为连续误差信号，再通过搜索跟踪转换，用误差电压驱动调谐电机作频率为连续

47、误差信号，再通过搜索跟踪转换，用误差电压驱动调谐电机作频率微调，直到频率误差为零。微调，直到频率误差为零。3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.4.2 3.4.2 稳定本振稳定本振 FF/2NFNFF/2F/2本振输出NFMNFMNF+NFF/n重频输出相参振荡本振输出发射输出1.1.锁相型稳定本振锁相型稳定本振2. 2. 晶振倍频型稳定本振晶振倍频型稳定本振基准振荡基准振荡2分频分频相位检波相位检波误差积分误差积分压控振荡器压控振荡器N倍频倍频混频滤波混频滤波功分功分F F特点：频率精度和稳定度高，杂散和相位噪声低，谐波略大，锁定时间较长，捕获带宽略小。特点：频率精度和稳定

48、度高，杂散和相位噪声低，谐波略大，锁定时间较长，捕获带宽略小。基准振荡基准振荡N倍频倍频/分路器分路器M倍频倍频/分路器分路器n分频分频单边带混频单边带混频/滤波器滤波器特点：频率精度和稳定度高，变频快，相噪较低，杂散略高。特点：频率精度和稳定度高，变频快，相噪较低，杂散略高。F3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制3.5.1 3.5.1 动态范围动态范围 定义：定义： ， 为接收机工作时的最大（饱和）可输入信号功率。为接收机工作时的最大（饱和）可输入信号功率。 工作动态范围：不限制时间和接收机状态调整工作动态范围：不限制时间和接收机状态调整 瞬时动态范围：同一时刻和同一状态下的

49、瞬时动态范围：同一时刻和同一状态下的 动态范围的需求因素：目标距离远近，动态范围的需求因素：目标距离远近，RCS大小和起伏，信号处理的合适范围大小和起伏，信号处理的合适范围3.5.2 3.5.2 增益控制增益控制 主要指标：控制范围，响应时间，控制特性曲线主要指标：控制范围，响应时间，控制特性曲线n自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC） 特点：控制范围大（特点：控制范围大（8080 100dB100dB），响应时间长（接近秒级），普遍用于雷达的自动），响应时间长（接近秒级），普遍用于雷达的自动跟踪系统跟踪系统maxiPminmaxlg10iiPPdBDmaxiPmaxiP中放中放包络检波包

50、络检波视放视放峰值检波峰值检波低通滤波低通滤波波门选通波门选通AGCAGC专用专用距离波门距离波门 至雷达信号处理至雷达信号处理3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制n瞬时自动增益控制（瞬时自动增益控制（IAGCIAGC） 特点：控制范围较小（特点：控制范围较小（2020 40dB40dB），响应时间短（），响应时间短（5 5 2020 ），用于抑制长时），用于抑制长时间强干扰，使接收机在强干扰结束后迅速恢复间强干扰，使接收机在强干扰结束后迅速恢复n近程增益控制（近程增益控制（STCSTC）根据回波信号的迟延时间（距离），控制接收机增益根据回波信号的迟延时间（距离），控制接收机增

51、益由实验确定,4727,lg00000kRRRRRRkGGdBG中放中放瞬时包络检波器瞬时包络检波器视放视放短时常数积分器短时常数积分器IAGCIAGC部分部分至雷达接收机至雷达接收机例如：例如：R0=10km，G0=30dB，k=30dB 当当R=20km时的增益为时的增益为39dB3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制n人工增益控制（人工增益控制（MGCMGC） 特点：控制范围较大（特点：控制范围较大（4040 8 80dB0dB），通常人工进行），通常人工进行AGC/MGCAGC/MGC选择，少数只控选择，少数只控视放，用于在复杂背景（干扰视放，用于在复杂背景（干扰/ /多

52、目标等）下辅助人工检测和参数测量多目标等）下辅助人工检测和参数测量n对数中放对数中放n限幅中放限幅中放11110,lgiiiiiiLiioSSSSSSkkSkSS例如：例如：Si1=10-10W，k=106，kL=1mW Si=10-8W时，输出功率为时，输出功率为3 10-3W Si=10-3W时，输出功率为时，输出功率为8 10-3W中放中放检波器检波器视放视放MGCMGC电压电压中频信号输入中频信号输入选择开关选择开关合成合成MGCMGCAGCAGC中频信号输出中频信号输出STCSTC IAGCIAGC1110,iiiiiioSSSSkSkSS非线性中放会形成交调，产生大量的其它频谱非线

53、性中放会形成交调，产生大量的其它频谱分量，必须通过中频滤波器抑制分量，必须通过中频滤波器抑制3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.1 3.6.1 匹配滤波和准匹配滤波匹配滤波和准匹配滤波n匹配滤波匹配滤波 满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波器满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波器 白噪声背景中的匹配滤波器特性为：白噪声背景中的匹配滤波器特性为： 匹配滤波器的输出信噪比：匹配滤波器的输出信噪比： n准匹配滤波准匹配滤波 选择物理可实现的实际滤波器和参数逼近匹配滤波器，称为准匹配滤选择物理可实现的实际滤波器和参数逼近匹配滤波器，称为准匹配滤 波，两者输出信噪比的比值定义失配损失

54、：波，两者输出信噪比的比值定义失配损失： 0tjeSH02NENS dSdttsE2221 ,20NGnNSENNSNS20max dHNdHSNS202212213.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.1 3.6.1 匹配滤波和准匹配滤波匹配滤波和准匹配滤波 各种常用准匹配滤波器的带宽时宽积各种常用准匹配滤波器的带宽时宽积由由 求得求得B Boptopt。脉冲信号形状脉冲信号形状滤波器频域特性滤波器频域特性最佳带宽脉宽积最佳带宽脉宽积Bopt失配损失失配损失/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矩形单调谐0.4

55、00.88矩形两级参差调谐0.610.56矩形五级参差调谐0.670.503.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.2 3.6.2 接收机带宽选择接收机带宽选择n警戒雷达警戒雷达尽可能提高检测信噪比，故按照尽可能提高检测信噪比，故按照B Boptopt设计带宽设计带宽中频带宽：中频带宽： , , 为为AFCAFC跟踪残差跟踪残差 视频带宽：视频带宽：n跟踪雷达跟踪雷达已有较高的检测信噪比，需要提高时间测量精度，故已有较高的检测信噪比，需要提高时间测量精度，故按照包络前沿时间设计中放和视放带宽按照包络前沿时间设计中放和视放带宽xoptRIfBBxf2optvBB520B3.6 3.

56、6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.2 3.6.2 接收机带宽选择举例接收机带宽选择举例n警戒雷达警戒雷达发射矩形脉冲宽度发射矩形脉冲宽度0.50.5 s s，无，无AFCAFC跟踪残差跟踪残差接收机中放为接收机中放为5 5级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为为n跟踪雷达跟踪雷达 发射矩形脉冲宽度发射矩形脉冲宽度0.50.5 s s，无，无AFCAFC跟踪残差跟踪残差接收机中放为接收机中放为5 5级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为为MHzBBMHzBIVI525 .010452MHzBBBMHzBOPTVIOPT67

57、. 05 . 034. 167. 04 4、雷达终端显示器与录取设备、雷达终端显示器与录取设备4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器 4.2 4.2 距离显示器距离显示器4.3 4.3 平面位置显示器平面位置显示器4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.5 4.5 雷达数据的录取雷达数据的录取4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型与指标显示器的主要类型与指标1. 1.显示信号类型显示信号类型模拟显示模拟显示/ /一次显示一次显示 直接显示接收机输出的模拟信号直接显示接收机输出的模拟信号数字显示数字显示/ /二次显示二次显示 显示经过数

58、字信号处理后的数字信号显示经过数字信号处理后的数字信号2.2.显示屏类型显示屏类型CRTCRT 阴极射线管阴极射线管LEDLEDLCDLCD3.3.显示色彩显示色彩单色，多色，彩色单色，多色，彩色4.4.显示目标信息显示目标信息距离距离- -幅度（距离显示）幅度（距离显示）距离距离- -方位方位- -幅度（平面位置显示）幅度（平面位置显示）距离距离- -仰角仰角/ /高度高度- -幅度幅度距离距离- -方位方位- -仰角仰角- -幅度（空间位置显示，如飞行员头盔显示）幅度（空间位置显示，如飞行员头盔显示）综合综合本课程主要讨论：模拟本课程主要讨论：模拟/CRT/CRT/单色显示器单色显示器 4

59、.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型与指标显示器的主要类型与指标5.5.模拟模拟/CRT/CRT/单色显示器的主要指标单色显示器的主要指标扫描方式扫描方式 不加信号时电子束在显示屏上的轨迹形状不加信号时电子束在显示屏上的轨迹形状直线扫描，圆周扫描，径向圆周扫描，光栅扫描直线扫描，圆周扫描，径向圆周扫描，光栅扫描目标回波信号对电子束的作用目标回波信号对电子束的作用偏转调制，亮度调制偏转调制，亮度调制显示亮度的保持时间显示亮度的保持时间短余辉（短余辉（ s s级），中余辉（级），中余辉（msms级），长余辉（级），长余辉（s s级）级）最小扫略线最小扫

60、略线/ /亮点宽度亮点宽度d d（mmmm）最大显示尺寸最大显示尺寸圆形圆形r r（cmcm），矩形），矩形L L（cmcm） WW（cmcm）最大分辨数最大分辨数圆形圆形4 4 r r2 2/d/d2 2，矩形，矩形L L W/dW/d2 2 4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 1. 距离显示器距离显示器原理：以扫略线偏离起点的扫略长度原理：以扫略线偏离起点的扫略长度L（cm）代表目标距离）代表目标距离R（km），），R=L C，C为标尺系数（为标尺系数（km/cm）例如：例如：C=10km/cm， L=3cm， R=30km