现代雷达系统理论课件

现代雷达系统理论王一丁中国科学院电子学研究所现代雷达系统理论王一丁1第一章绪论第二章信号检测与参数估计第三章目标分辨与模糊函数第四章脉冲压缩第五章合成孔径成像雷达第一章绪论2第一章绪论

根据雷达分机和雷达测量方法分别介绍雷达的组成和测量原理。前者包括雷达发射机、雷达接收机、终端显示和数据录取设备的组成、基本工作原理及主要指标；后者包括雷达的测距、测角和测速的基本原理和各种实现方法。第一章绪论根据雷达分机和雷达3第二章信号检测与参数估计

雷达的基本任务是发现目标并测定其坐标。通常目标的回波信号中总是混杂着噪声和各类干扰，而噪声和各种干扰信号均具有随机特性，在这种条件下发现目标的问题属于信号检测的范畴，而测定目标坐标则是参数估计问题。第二章信号检测与参数估计雷达4第三章目标分辨与模糊函数

设计和研究雷达波形的主要数学工具是模糊函数。模糊函数最初虽由分辨问题引出，但是它不仅能描述雷达信号的分辨特性和模糊度，还可以描述由雷达信号决定的测量精度和杂波抑制特性。第三章目标分辨与模糊函数5第四章脉冲压缩

近年来，从改进雷达体制方面来扩大作用距离和提高距离分辨力方面已有很大进步。这种体制就是脉冲压缩雷达体制，它采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而接收时则采用相应的脉冲压缩方法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而较好地解决作用距离和分辨力之间的矛盾。第四章脉冲压缩近年来，从改进雷达体6第五章合成孔径成像雷达

深入了解合成孔径成像雷达的原理、多普勒分辨理论、脉冲压缩技术、雷达信号模型、非聚焦合成孔径雷达和聚焦合成孔径雷达成像处理方法。第五章合成孔径成像雷达深入了解合成孔7教学参考书《雷达原理》丁鹭飞等著西安电子科技大学出版社《雷达成像技术》刘永坦等著哈尔滨工业大学出版社教学参考书《雷达原理》丁鹭飞等著8第一章绪论电磁波特性电磁波频段雷达概念雷达基本组成雷达基本指标雷达参数选择雷达分类现代雷达技术发展趋势第一章绪论电磁波特性9电磁波特性（1）光波特性

牛顿的光微粒学说 惠更斯的光波动学说电磁波特性（1）光波特性10电磁波特性（2）光波特性

光的量子学说 麦克斯韦尔理论电磁波特性（2）光波特性11电磁波特性（3）电磁波特性

方向性 直线性电磁波特性（3）电磁波特性12电磁波特性（4）电磁波产生λ=C/f电磁波特性（4）电磁波产生λ=C/f13电磁波特性（5）电磁波与物体的作用

反射 透射 吸收电磁波特性（5）电磁波与物体的作用14现代雷达系统理论课件15现代雷达系统理论课件16现代雷达系统理论课件17现代雷达系统理论课件18电磁波特性（6）电磁波传输 空气中传输

天线 微波传输线中传输

波导,电缆电磁波特性（6）电磁波传输19电磁波频段1.功率2.穿透能力3.设备体积4.系统性能电磁波频段1.功率20现代雷达系统理论课件21雷达概念（1）RadioDetectionandRanging 1.目标斜距的测量 2.目标角位置的测量 3.相对速度的测量 4.目标尺寸和形状的测量雷达概念（1）RadioDetectionandRan22现代雷达系统理论课件23现代雷达系统理论课件24现代雷达系统理论课件25现代雷达系统理论课件26雷达概念（2）雷达方程

雷达概念（2）雷达方程27雷达基本组成发射机天线接收机数据采集显示定时信号处理控制系统通讯系统雷达基本组成发射机28雷达原理框图雷达原理框图29雷达发射机（1）雷达发射机工作原理：雷达发射机（1）雷达发射机工作原理：30雷达发射机（2）雷达发射机主要指标： 1.工作频率或波段2.输出功率3.效率4.信号形式5.信号频谱纯度雷达发射机（2）雷达发射机主要指标：31雷达发射机（3）使用器件真空电子管发射机晶体管固态发射机工作方式单级振荡式发射机主振放大式发射机雷达发射机分类：雷达发射机（3）使用器件工作方式雷达发射机分类：32雷达发射机（4）磁控管发射机：磁控管调制器雷达发射机（4）磁控管发射机：磁控管33雷达发射机（5）行波管发射机：雷达发射机（5）行波管发射机：34雷达发射机（6）固态发射机：雷达发射机（6）固态发射机：35雷达天线（1）雷达天线的工作原理：

雷达天线（1）雷达天线的工作原理：36雷达天线（2）雷达天线的主要指标： 1.方向图 2.增益 3.带宽 4.极化 5.副瓣电平雷达天线（2）雷达天线的主要指标：37

方位向方向图

38

高低向方向图

39雷达天线（3）雷达天线的分类： 1.直接辐射类型 2.间接反射类型雷达天线（3）雷达天线的分类：40现代雷达系统理论课件41

现代雷达系统理论课件42雷达接收机（1）雷达接收机组成：雷达接收机（1）雷达接收机组成：43雷达接收机（2）雷达接收机主要指标： 1.灵敏度2.频带宽度3.动态范围4.滤波特性5.频率稳定度雷达接收机（2）雷达接收机主要指标：44雷达接收机（3）雷达接收机分类： 1.直接混频方式2.前级放大方式雷达接收机（3）雷达接收机分类：45雷达数据采集1.

数据采集2.数据存储3.数据形成4.高速数据采集雷达数据采集1.数据采集46雷达数据后处理1.角度信息处理2.距离信息处理3.速度信息处理4.目标特性处理5.综合信息处理雷达数据后处理1.角度信息处理47雷达定时1.雷达工作的中枢神经2.参数测量的基础3.信号产生的源头雷达定时1.雷达工作的中枢神经48雷达控制系统1.目标跟踪功能2.天线控制功能雷达控制系统1.目标跟踪功能49雷达通讯系统1.指令传递2.数据传递雷达通讯系统1.指令传递50现代雷达系统理论课件51现代雷达系统理论课件52现代雷达系统理论课件53现代雷达系统理论课件54现代雷达系统理论课件55雷达基本指标（1）战术指标技术指标雷达基本指标（1）战术指标56雷达基本指标（2）战术指标： 1.雷达的探测范围 2.测量目标参数的精度 3.分辨力 4.数据率 5.抗干扰能力 6.工作可靠性 7.体积和重量 8.功耗及展开时间 9.测量目标坐标或参数的数目雷达基本指标（2）战术指标：57雷达的探测范围

雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称为力范围，它决定于雷达的最小可探测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围雷达的探测范围。

雷达的探测范围58测量目标参数的精度

精确度的高低是以测量误差的大小来衡量的。测量方法不同精确度也不同。误差越小，精度度越高。雷达测量精确度的误差通常可分为系统误差、随即误差。所以往往对测量结果规定一个误差范围。测量目标参数的精度59分辨力

分辨力是指对两个相邻目标的区分能力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力；两个目标处在相同距离上，但角位置有所不同，最小能够区分的角度称为角分辨力。分辨力60数据率

数据率是雷达对整个探测范围完成一次探测所需时间的倒数。也是单位时间内雷达对每个目标提供数据的次数，它表征雷达的工作速度。数据率61抗干扰能力

雷达通常在各种自然干扰和人为干扰的条件下工作，其中主要是敌方施放的无源干扰和有源干扰。这些干扰最终作用于雷达终端设备，严重时可能使雷达失去工作能。所以现代雷达必须具有一定程度的抗干扰能力。抗干扰能力62工作可靠性

雷达需要可靠地工作。通常用两次故障之间的平均时间间隔来表示，称为平均无故障时间MTBF。可靠性的另一个标志是发生故障以后平均修复时间MTTR。工作可靠性63体积和重量

体积和重量决定于雷达的任务要求、所用器件和材料。机载和空基雷达对体积和重量的要求很严格。体积和重量64功耗和展开时间

这两项性能对雷达的机动性很重要。功耗和展开时间65测量目标坐标或参数的数目目标的方位、斜距和仰角目标的速度和性质测量目标坐标或参数的数目66雷达基本指标（3）技术指标: 1.工作频率及工作带宽 2.发射功率 3.调制波形、脉冲宽度和重复频率 4.天线的波束形状、增益和扫描方式 5.接收机的灵敏度 6.终端装置和雷达输出数据的形式 7.电源供应雷达基本指标（3）技术指标:67工作频率及工作带宽雷达的工作频率主要根据目标的特性、电磁波传播条件、天线尺寸、高频器件的性能、雷达的测量精度和功能等要求来决定。工作带宽主要根据抗干扰的要求来决定。

工作频率及工作带宽68发射功率

发射功率的大小影响作用距离。发射功率分为脉冲功率和平均功率。

发射功率69调制波形、脉冲宽度和重复频率

脉冲宽度指发射脉冲信号的持续时间脉冲重复频率指雷达每秒钟发射的射频脉冲的个数调制波形、脉冲宽度和重复频率70天线的波束形状、增益和扫描方式方位波束形状、高低波束形状扫描方式：机械扫描、电扫描天线的波束形状、增益和扫描方式71接收机的灵敏度接收机的灵敏度是指雷达接收微弱信号的能力

接收机的灵敏度72终端装置和雷达输出数据的形式

终端装置是显示器雷达输出数据形式终端装置和雷达输出数据的形式73电源供电电源供应：50Hz,400Hz电源供电74雷达参数选择（1）工作波长的选择脉冲重复频率的选择脉冲宽度的选择天线方向图和功率增益系数的选择接收机噪声系数和通频带的确定发射脉冲功率的计算雷达波形的选择雷达参数选择（1）工作波长的选择75工作波长的选择从提高接收机灵敏度考虑从提高作用距离考虑从雷达的用途考虑从地面或水面的反射影响考虑从杂波干扰的影响考虑工作波长的选择76脉冲重复频率的选择从天线扫描引起的干扰考虑从测距的单值性考虑从脉冲积累个数考虑从发射平均功率考虑脉冲重复频率的选择77脉冲宽度的选择从工作带宽考虑从距离分辨力考虑从稳定性考虑脉冲宽度的选择78天线方向图和功率增益系数的选择水平波束选择垂直波束选择天线旁瓣电平波瓣图的形状天线增益天线方向图和功率增益系数的选择79接收机噪声系数和通频带的确定接收机噪声系数接收机带宽接收机噪声系数和通频带的确定80发射脉冲功率的计算发射脉冲功率的计算81雷达波形的选择足够的能量足够的目标分辨力良好的抑制能力雷达波形的选择82雷达分类（1）非成像雷达成像雷达雷达分类（1）非成像雷达83雷达分类（2）非成像雷达： 火控雷达 制导雷达 预警雷达 导航雷达 气象雷达雷达分类（2）非成像雷达：84雷达分类（3）成像雷达：

实孔径雷达 合成孔径雷达 逆合成孔径雷达雷达分类（3）成像雷达：85现代雷达技术发展趋势宽带高精度抗干扰智能化多传感器融合现代雷达技术发展趋势宽带86现代雷达系统理论王一丁中国科学院电子学研究所现代雷达系统理论王一丁87第一章绪论第二章信号检测与参数估计第三章目标分辨与模糊函数第四章脉冲压缩第五章合成孔径成像雷达第一章绪论88第一章绪论

根据雷达分机和雷达测量方法分别介绍雷达的组成和测量原理。前者包括雷达发射机、雷达接收机、终端显示和数据录取设备的组成、基本工作原理及主要指标；后者包括雷达的测距、测角和测速的基本原理和各种实现方法。第一章绪论根据雷达分机和雷达89第二章信号检测与参数估计

雷达的基本任务是发现目标并测定其坐标。通常目标的回波信号中总是混杂着噪声和各类干扰，而噪声和各种干扰信号均具有随机特性，在这种条件下发现目标的问题属于信号检测的范畴，而测定目标坐标则是参数估计问题。第二章信号检测与参数估计雷达90第三章目标分辨与模糊函数

设计和研究雷达波形的主要数学工具是模糊函数。模糊函数最初虽由分辨问题引出，但是它不仅能描述雷达信号的分辨特性和模糊度，还可以描述由雷达信号决定的测量精度和杂波抑制特性。第三章目标分辨与模糊函数91第四章脉冲压缩

近年来，从改进雷达体制方面来扩大作用距离和提高距离分辨力方面已有很大进步。这种体制就是脉冲压缩雷达体制，它采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而接收时则采用相应的脉冲压缩方法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而较好地解决作用距离和分辨力之间的矛盾。第四章脉冲压缩近年来，从改进雷达体92第五章合成孔径成像雷达

深入了解合成孔径成像雷达的原理、多普勒分辨理论、脉冲压缩技术、雷达信号模型、非聚焦合成孔径雷达和聚焦合成孔径雷达成像处理方法。第五章合成孔径成像雷达深入了解合成孔93教学参考书《雷达原理》丁鹭飞等著西安电子科技大学出版社《雷达成像技术》刘永坦等著哈尔滨工业大学出版社教学参考书《雷达原理》丁鹭飞等著94第一章绪论电磁波特性电磁波频段雷达概念雷达基本组成雷达基本指标雷达参数选择雷达分类现代雷达技术发展趋势第一章绪论电磁波特性95电磁波特性（1）光波特性

牛顿的光微粒学说 惠更斯的光波动学说电磁波特性（1）光波特性96电磁波特性（2）光波特性

光的量子学说 麦克斯韦尔理论电磁波特性（2）光波特性97电磁波特性（3）电磁波特性

方向性 直线性电磁波特性（3）电磁波特性98电磁波特性（4）电磁波产生λ=C/f电磁波特性（4）电磁波产生λ=C/f99电磁波特性（5）电磁波与物体的作用

反射 透射 吸收电磁波特性（5）电磁波与物体的作用100现代雷达系统理论课件101现代雷达系统理论课件102现代雷达系统理论课件103现代雷达系统理论课件104电磁波特性（6）电磁波传输 空气中传输

天线 微波传输线中传输

波导,电缆电磁波特性（6）电磁波传输105电磁波频段1.功率2.穿透能力3.设备体积4.系统性能电磁波频段1.功率106现代雷达系统理论课件107雷达概念（1）RadioDetectionandRanging 1.目标斜距的测量 2.目标角位置的测量 3.相对速度的测量 4.目标尺寸和形状的测量雷达概念（1）RadioDetectionandRan108现代雷达系统理论课件109现代雷达系统理论课件110现代雷达系统理论课件111现代雷达系统理论课件112雷达概念（2）雷达方程

雷达概念（2）雷达方程113雷达基本组成发射机天线接收机数据采集显示定时信号处理控制系统通讯系统雷达基本组成发射机114雷达原理框图雷达原理框图115雷达发射机（1）雷达发射机工作原理：雷达发射机（1）雷达发射机工作原理：116雷达发射机（2）雷达发射机主要指标： 1.工作频率或波段2.输出功率3.效率4.信号形式5.信号频谱纯度雷达发射机（2）雷达发射机主要指标：117雷达发射机（3）使用器件真空电子管发射机晶体管固态发射机工作方式单级振荡式发射机主振放大式发射机雷达发射机分类：雷达发射机（3）使用器件工作方式雷达发射机分类：118雷达发射机（4）磁控管发射机：磁控管调制器雷达发射机（4）磁控管发射机：磁控管119雷达发射机（5）行波管发射机：雷达发射机（5）行波管发射机：120雷达发射机（6）固态发射机：雷达发射机（6）固态发射机：121雷达天线（1）雷达天线的工作原理：

雷达天线（1）雷达天线的工作原理：122雷达天线（2）雷达天线的主要指标： 1.方向图 2.增益 3.带宽 4.极化 5.副瓣电平雷达天线（2）雷达天线的主要指标：123

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高低向方向图

125雷达天线（3）雷达天线的分类： 1.直接辐射类型 2.间接反射类型雷达天线（3）雷达天线的分类：126现代雷达系统理论课件127

现代雷达系统理论课件128雷达接收机（1）雷达接收机组成：雷达接收机（1）雷达接收机组成：129雷达接收机（2）雷达接收机主要指标： 1.灵敏度2.频带宽度3.动态范围4.滤波特性5.频率稳定度雷达接收机（2）雷达接收机主要指标：130雷达接收机（3）雷达接收机分类： 1.直接混频方式2.前级放大方式雷达接收机（3）雷达接收机分类：131雷达数据采集1.

数据采集2.数据存储3.数据形成4.高速数据采集雷达数据采集1.数据采集132雷达数据后处理1.角度信息处理2.距离信息处理3.速度信息处理4.目标特性处理5.综合信息处理雷达数据后处理1.角度信息处理133雷达定时1.雷达工作的中枢神经2.参数测量的基础3.信号产生的源头雷达定时1.雷达工作的中枢神经134雷达控制系统1.目标跟踪功能2.天线控制功能雷达控制系统1.目标跟踪功能135雷达通讯系统1.指令传递2.数据传递雷达通讯系统1.指令传递136现代雷达系统理论课件137现代雷达系统理论课件138现代雷达系统理论课件139现代雷达系统理论课件140现代雷达系统理论课件141雷达基本指标（1）战术指标技术指标雷达基本指标（1）战术指标142雷达基本指标（2）战术指标： 1.雷达的探测范围 2.测量目标参数的精度 3.分辨力 4.数据率 5.抗干扰能力 6.工作可靠性 7.体积和重量 8.功耗及展开时间 9.测量目标坐标或参数的数目雷达基本指标（2）战术指标：143雷达的探测范围

雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称为力范围，它决定于雷达的最小可探测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围雷达的探测范围。

雷达的探测范围144测量目标参数的精度

精确度的高低是以测量误差的大小来衡量的。测量方法不同精确度也不同。误差越小，精度度越高。雷达测量精确度的误差通常可分为系统误差、随即误差。所以往往对测量结果规定一个误差范围。测量目标参数的精度145分辨力

分辨力是指对两个相邻目标的区分能力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力；两个目标处在相同距离上，但角位置有所不同，最小能够区分的角度称为角分辨力。分辨力146数据率

数据率是雷达对整个探测范围完成一次探测所需时间的倒数。也是单位时间内雷达对每个目标提供数据的次数，它表征雷达的工作速度。数据率147抗干扰能力

雷达通常在各种自然干扰和人为干扰的条件下工作，其中主要是敌方施放的无源干扰和有源干扰。这些干扰最终作用于雷达终端设备，严重时可能使雷达失去工作能。所以现代雷达必须具有一定程度的抗干扰能力。抗干扰能力148工作可靠性

雷达需要可靠地工作。通常用两次故障之间的平均时间间隔来表示，称为平均无故障时间MTBF。可靠性的另一个标志是发生故障以后平均修复时间MTTR。工作可靠性149体积和重量

体积和重量决定于雷达的任务要求、所用器件和材料。机载和空基雷达对体积和重量的要求很严格。体积和重量150功耗和展开时间

这两项性能对雷达的机动性很重要。功耗和展开时间151测量目标坐标或参数的数目目标的方位、斜距和仰角目标的速度和性质测量目标坐标或参数的数目152雷达基本指标（3）技术指标: 1.工作频率及工作带宽 2.发射功率 3.调制波形、脉冲宽度和重复频率 4.天线的波束形状、增益和扫描方式 5.接收机的灵敏度 6.终端装置和雷达输出数据的形式 7.电源供应雷达基本指标（3）技术指标:153工作频率及工作带宽雷达的工作频率主要根据目标的特性、电磁波传播条件、天线尺寸、高频器件的性