机载电子设备课件-第7章第七章new

第七章系统2010

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12

.06主要内容概述基本原理机载气象空管一次空管二次21.

概述(1)

(Radar,Radio

detection

and

ranging,

无线电探测与测距)是一种通过辐射无线电波，并检测是否存在目标的反射回波以及回波

的特性，从而获取目标信息的探测装置。能在近至几米远达数千公里的范围内探测目标，并具有较好的定位精度。31.

概述(2)波发现目标并测定其位置，基于无线电所具有的以下基本规律：(1)

无线电波可以定向辐射和接收；物发生反射，产生回线（实际上，电波在真空中的速度等于光速，在空气中的速度略小于光速，但通常视为近似光速）。无线电波遇到波；无线电波以光速c

3108

m

/s在空间直4原理天线51.

概述(3)发射机产生电磁波信号（如正弦波短脉冲），由天线辐射到空中。发射的信号一部分被目标

并向许多方向再辐射。向后辐射再回到 的信号被 天线采集，并送到

。在 中，该信号被处理以检测目标的存在并且确定其位置。61.

概述(4)通过测量 信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。目标的角度位置可以根据收到的回波信号天线所指的方幅度为最大时，窄波束向而获得。如果目标是运动的，由于效应回波信号的频率会发生偏移。该频率偏移与目标相对于 的速度（径向速度）成正比。78（舰载）空中监视9（机场）空中监视10（空中监视）的收发设备11（机载气象）的显示图像12地形图像131.

概述(5)无线电波 过程中的5种现象将影响的性能：

损耗：能量经由天线向目标辐射和由目标反射后返回 接收天线的过程率密度的降低；大气

：作为 介质的大气成分对雷达波束能量的吸收和散射。反射特性：与目标将能量反射回接收天线的有效性有关，是目标尺寸、形状和反射率的函数。141.

概述(6)杂波：经而返回波束范围内的其它实体散射接收天线的不期望的能量，如雨滴的散射；在探测低飞目标时，有来自波束照射范围内的地面杂波。遮蔽效应：由波的视距特性所引起。遮蔽的结果是不能探测到处于地平线以下，或处于高地、建筑物和其它实体障碍物后的目标。152.基本原理探测目标的原理方程系统框图天线发射机显示器162.1探测目标的原理(1)

是根据接收到目标的回波来发现目标和测定目标的位置。对于 ，表示目标空间位置最简便的方法是采用极坐标：以 所在地为坐标原点O，则目标A的空间位置可表示为径向距离r

，方位角

和仰角

。172.1探测目标的原理(2)目标的坐标径向距离仰角方位角182.1探测目标的原理(3)信号典型 采用脉冲波形(重复脉冲序列)，采用一部天线分时发射/接收。192.1

探测目标的原理(4)测距原理测距基于无线电波在空间以等速直线的物理现象，测出

从发射电波到接收到目标回波所需的时间间隔，即可确定目标到 的距离。设电波往返于 与目标之间，走过两倍径向距离r

的时间为Tr，则r

cTr

/

2其中，c为光速。202.1

探测目标的原理(5)最大非模糊距离一旦将一个脉冲信号发射出去，在下一个脉冲发射前，需要足够的时间使所有回波信号返回。脉冲的重复频率由预期的最远目标距离决定。如果脉冲的时间间隔太短，由远距离目标而来的第一个脉冲回波信号可能在下一个脉冲发射后才到达，从而错误地与下一个脉冲关联，这将导致不正确的或模糊的距离测量。212.1

探测目标的原理(6)在下一个脉冲发射后到达的回波称为“二次反射回波”（甚至多次反射回波）。在其范围内，目标不会以二次反射回波形式出现的最大距离称为最大非模糊距离：pc2

fRun

其中，f

p

为脉冲重复频率。222.1

探测目标的原理(7)即因子1/2是由于 波往返 的缘故。最小可分辨距离脉冲宽度为，则在空间扩展在c

距离上。当两个等同的目标相隔距离为该值的一半，时c，/它2

们在距离上可被分辨出来。232.1

探测目标的原理(8)测向（角）原理对目标角坐标的测量（即测向）基于电波的直线。当发现目标，只要测出回波的方向，即可测出目标所在的方向。为了测向，通常采用方向性很强的天线，其发射波束宽度很窄。只有波束照射到目标，才能收到回波。当波束最大值对准目标，回波最强，回波最强时天线的指向即为目标的方位，即最大幅度法。24测定目标方位的方法最大幅度法法52.1

探测目标的原理(11)的工作频率甚高频（30M~300MHz）：

防

戒的常用波段，天线尺寸大，目标分辨率稍差，但具有较好的作用距离；

频（300M~1000MHz）：

监视雷达的常用波段，目标分辨率优于甚高频；L波段（1000M~2000MHz）：对空监视雷达的常用波段；S波段（2000M~4000MHz）：机场终端监视的常用波段，天线尺寸适中，可获得良好目标分辨率，但作用距离不太远；262.1探测目标的原理(12)精

C波段（4000M~8000MHz）：用于密

的精密测量 的常用波段；X波段（8G~12.5GHz）：机载截击、机载气象和导航的常用波段，体积较小，具有较高的目标分辨率；Ku波段（12.5G~18.4GHz）：机场场面监视 的常用波段，可获得很高的目标分辨率，但电波受大气因素（云、雨、雾灯）影响所造成的 趋于严重。272.2方程(1)距各向同性天线R处的功率密度＝

方程将

作用距离与发射机、接收机、天线和目标的特性及环境关联起来。如果发射机功率Pt

由各向同性天线辐射，则：Pt4R2282.2方程(2)由于 采用定向天线（具有窄波束宽度）将辐射功率集中于特定方向，于是发射增益为G的定向天线在目标处的功率增益为：距定向天线R处的功率密度＝辐射，包括向方向再辐射。Pt

G目标 部分入射能量，再将其4向R2各方向292.2

方程(3)密度：回到的再辐射功率密度＝对于入射到目标的特定功率谱密度，目标的 横截面积决定了回到 的功率4R2

4R2

横截面积 地与目标反射特性而并非其物理尺寸有关。Pt

G

302.2方程(4)天线俘获一部分入射到它的回波能量。接收到的功率与接收天线的有效孔径面积

有关Ae。于是，接收到的信号功率为P：rt

eerPt

G

PGA

R2

R2

()4R4442

A

P

天线的有效面积与其物理尺寸A有关：Ae

aAa称为天线孔径效率。312.2

方程(5)距离方程的基本形式，简称上式即为方程。

最大作用距离Rmax为超出了就检测不到目标的距离，并且当接收到的信号功率等于Pr

最小可检测信号Smin时发生。由此：min

Rmax

t

e

(4

)2

S

PGA

1/

4322.2

方程(6)实际上，上述简单形式的 方程不能恰当 实际 的性能，其主要原因：最小可检测信号的统计特征（由于输入噪声的存在）；目标 横截面积的起伏和不确定性；系统损耗；由地球表面和大气层引起的

效应。332.3系统框图(1)典型脉冲的框图发射机342.3

系统框图(2)信号，然后发射机波形产生器产生低功率的送入功率放大器。调制器和输入脉冲同步将发射机接通和断开（产生射频脉冲波形）。发射机输出能量经传输线送至天线。352.3

系统框图(3)双工器支持采用一部天线以分时方式进行发射和接收。当发射机工作时在

高功率天线而不流向输入端产生短路，。接收时双工器将回波信号引向 ，而不到发射机。362.3

系统框图(4)天线天线可以是机械扫描抛物反射面天线或电子扫描

，等等。发射时，抛物反射面天线将发射能量集中在一个窄波束中。天线是许多小的辐射单元的集合，这些小辐射单元的信号在空中每个辐射单元的移相器，电扫。利用可迅速改变天线波束在空间的方向而无须机械转动天线。372.3系统框图(5)几乎都是超外差式的。射频级可以是低噪声放大器。混频器和本振将射频信号变换成中频信号且由中频放大器放大（的信号带宽取决于中频带宽）。解调器用于从载波中提取信号调制，