电子科技大学雷达原理2012课件

雷达原理讲义

2012年8月主要内容绪论雷达发射机雷达接收机雷达终端显示和录取设备雷达作用距离第一章第一章绪论雷达的基本构成

绪论——雷达的基本构成发射机接收机显示器信号处理机噪声收发开关天线R目标距离的测量

目标到雷达距离： PRI：脉冲重复间隔

tr：电磁波往返时间雷达的距离分辨力为：绪论——目标距离的测量ttrPRI目标回波噪声噪声目标回波噪声噪声噪声目标回波τ发射脉冲发射脉冲发射脉冲雷达波束与目标角位置的测量

目标回波最强的方向

雷达的角分辨力等于波束宽度D为天线孔径

绪论——目标角位置的测量t目标回波幅度0目标形状的测量

fr：接收信号频率ft：发射信号频率距离分辨力：信号带宽角分辨力：天线孔径

绪论——目标形状的测量ΔRRΔθ绪论——雷达的工作频率频段频率(MHz)UHF300-1,000L1,000-2,000S2,000-4,000C4,000-8,000X8,000-12,000Ku12,000-18,000K18,000-27,000Ka27,000-40,000mm40,000-300,000THz>1000,000按战术来分（军用雷达）

预警雷达（地基、机载、天基）

搜索和警戒雷达

引导和指挥雷达

火控雷达

制导雷达

战场监视雷达

无线电测高仪

雷达引信

绪论——雷达的分类按测量目标的参量

测高雷达，两坐标雷达，三坐标雷达，测速雷达，目标识别雷达按信号处理的方式

频率分集雷达，极化分集雷达，MTI雷达，SAR雷达按天线扫描的方式

机械扫描雷达，相控阵雷达，频率扫描雷达

绪论——雷达的分类绪论——雷达的历史与发展电磁波理论与电磁波的试验验证绪论——雷达的历史与发展第一个雷达的实际应用

ChristianHuelsmeyer（德）在1904年用于检测船只(距离为3km)绪论——雷达的历史与发展二次世界大战中的雷达德国海军

海军用Freya雷达–陆基飞机检测雷达–工作频率：120to130MHz–脉宽：3us，PRF:500Hz–峰值功率：15to20kW–最大探测距离：100nmi–建造数量：1000–安装于北海岸绪论——雷达的历史与发展德国防空用Wurzburg雷达–工作频率：560MHz–最大探测距离：25nmi–距离分辨力：100m–测角精度：0.2o被英军实施无源干扰被美军实施有源干扰绪论——雷达的历史与发展英国Chainhome雷达网络，近岸防空–工作频率20to30MHz–功率:350KW(后增至750)–PRF:25and12.5Hz–脉宽:20us–探测距离:200nmi绪论——现代雷达ANTPS-75v长程对搜索雷达(台空军东引岛)绪论——现代雷达俄罗斯道尔M2E的搜索雷达

可有效拦截飞机、直升机、巡航导弹、制导炸弹和无人机等中低空目标绪论——现代雷达俄制对手-GE三坐标雷达防空系统自动化控制系统和空中交通管制系统在高强度雷达对抗条件下，精确传送目标信息，为歼击机进行目

标指引。同时保障地面防空导弹营目标指示数据。最大测高距离200公里，能发现近太空近地轨道上的卫星目标。采用相控阵雷达天线，方向图扇区0-45度，超低旁瓣天线，能自动抗有源噪声干扰。绪论——现代雷达中国炮瞄雷达绪论——现代雷达美国炮瞄雷达绪论——现代雷达雷神GBR绪论——现代雷达ANFPS-85相控阵空间监视雷达绪论——现代雷达COSMO-SkyMed雷达卫星绪论——现代雷达美军天基雷达绪论——现代雷达美军SBX雷达绪论——现代雷达长沙气象雷达站绪论——现代雷达郑州机场雷达站绪论——雷达面临的四大威胁电子干扰

压制式干扰，欺骗式干扰低空飞行器

低空由于多径形成雷达盲区反辐射导弹隐身目标绪论——习题简述雷达测距、测角和测速的基本原理；已知某常规脉冲雷达的发射信号脉宽为2μs，求其距离分辨力；已知雷达的工作频率f0=9.5GHz，天线尺寸为1m×0.5m，求该雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力。已知雷达工作频率为f0=3GHz，若一目标以1马赫（1马赫=1000ft/s，1ft=30.48cm）速度朝雷达飞行，则雷达收到的回波频率与发射频率之差（即目标的多普勒频率）为多少？已知f0=9.5GHz，天线尺寸为1m×0.5m（水平×垂直），求雷达的方位角分辨力和俯仰角分辨力，设k=π/4，求天线增益（用dB表示）。第二章第二章雷达发射机雷达发射机——功能功能产生符合要求的波形调制到射频放大获得要求的发射功率类型

单级振荡式、主振放大式雷达发射机——组成单级振荡式发射机特点：简单、成本低

频率稳定度差、难以实现脉间相参和复杂波形脉冲调制器大功率射频振荡器电源定时信号至天线TrTrTr雷达发射机——组成主振放大式发射机特点：高频稳度、容易实现复杂波形和脉间相参固体微波源电源主控振荡器至天线中间功率放大器输出射频功率放大器定时器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器射频放大链触发脉冲雷达发射机——组成固态发射机

集成微波功率器件、低噪声放大器、固态发射或收发模块。

体积小、重量轻、系统设计灵活

多用于相控阵雷达雷达发射机——主要技术指标工作频率或波段、带宽

决定了发射管种类 <1GHz，微波三、四极管 >1GHz，多腔磁控管，大功率速调管，行波管和前向波管输出功率

峰值（脉冲）功率Pt与平均功率Pav的关系：

τ/Tr称为工作比或占空比。雷达发射机——主要技术指标总效率

发射机输出功率/总输入功率信号形式

常规脉冲、脉冲压缩波形（含LFM和相位编码）、调频连续波信号的稳定度或频谱纯度

信号的各参数（如幅度、频率、脉宽、脉冲重复频率）随时间的变化f0f0+1/τ1/Tr信号谱线离散型寄生谱线分布型寄生输出雷达发射机——习题简述雷达发射机选择和设计时应考虑的主要因素。简述雷达发射机的主要功能。第三章第三章雷达接收机雷达接收机——组成发射机接收机保护器收发开关天线LNA混频器中频放大器中频增益衰减线性放大器同步检波器对数放大器包络检波器相位检波器LCO视频放大器AGC中频滤波器近程增益控制STC稳定本振雷达接收机——主要技术指标灵敏度

接收机灵敏度定义为最小可检测信号功率Si,min，即接收机可以正常接收并检测信号的最小信号功率

接收机灵敏度主要受噪声电平的限制发射脉冲噪声目标雷达接收机——主要技术指标工作带宽

接收机频率变化范围

抗干扰性能：需要大带宽

高灵敏度：窄带宽动态范围

接收机正常工作容许的输入信号强度的变化范围

从Si,min-接收机过载时的输入信号功率中频的选择和滤波特性

接收机中频的选择：取决于发射波形、接收机工作带宽、前端器件性能

滤波特性：匹配滤波雷达接收机——主要技术指标工作稳定性及频率稳定度

工作稳定性：当环境（含电源）发生变化时，接收机性能受影响的程度。

频率稳定度（相参本振）：影响相参积累的性能抗杂波和干扰能力

杂波抑制、频率捷变。微电子化和模块化结构

雷达接收机——接收机噪声接收机噪声

热噪声：功率N0=kTBn，玻尔兹曼常数k，噪声温度T，噪声带宽Bn

天线噪声：主要包括热噪声和宇宙噪声，当接收机电阻与天线辐射电阻匹配时，功率NA=kTABn

等效噪声带宽：

雷达接收机——接收机噪声系数噪声系数与噪声温度

噪声系数：

ΔN：接收机内部噪声在输出端呈现的功率

等效噪声温度（Te）：将ΔN等效为输入热噪声所产生的输出，则

雷达接收机——接收机噪声系数级联电路的噪声系数

NiF1,G1,BnSiF2,G2,BnS1N1N2S2雷达接收机——接收机灵敏度接收机灵敏度

为识别系数，即接收机输出端的最小可检测信噪比

雷达接收机——接收机的高频部分与本振AFC接收机的高频部分

主要包括收发开关、低噪放（高放），混频器等接收机本振的AFC控制电路

锁相环（PLL）

雷达接收机——接收机的动态范围及控制电路接收机的动态范围

自动增益控制（AGC）

用于对目标的自动方向跟踪

中频放大器包络检波视频放大器LPF峰值检波器UAGC雷达接收机——接收机的动态范围及控制电路瞬时自动增益控制（IAGC）

IAGC的主要作用：使干扰衰减而目标的增益不变

干扰持续期为τn，目标脉冲宽度为τ

则小时间常数电路的时间常数τi设计为：τi=(5~20)τ<τn

中频放大器小时间常数电路控制电压放大器控制电压检波器Ec入出Ed雷达接收机——灵敏度时间控制（STC）灵敏度时间控制（STC）

STC的主要作用：抑制近程杂波和干扰

干扰功率距离0控制电压距离0雷达接收机——滤波和接收机带宽匹配滤波器

在所有线性滤波器中，匹配滤波器的输出信噪比最大，为2E/N0

常规矩形脉冲的匹配滤波器：

匹配滤波器输出：2E/N0=A2τ/N0

实际中，只能实现近似匹配

h(t)=s*(t0-t)s(t)+n(t)so(t)+no(t)雷达接收机——接收机带宽的选择接收机带宽的选择警戒雷达

要求高灵敏度，但测距精度要求不高。带宽选取为：

射、中频带宽：BRI=Bopt+Δf;

视频带宽：Bv≥Bopt/2

跟踪雷达

要求波形失真小。总带宽选取为：

Bo=2~5/τ

雷达接收机——习题说明雷达AGC、IAGC及STC在雷达接收机中的作用。说明雷达接收机噪声的计算方法及其与接收机参数之间的关系。说明雷达接收机灵敏度的定义及其与接收机参数和识别系数之间的关系。

说明匹配滤波器的原理及其在雷达接收机中的作用。

第四章第四章雷达终端显示和录取设备雷达终端显示和录取设备——主要类型距离显示器A型显示器A/R型显示器J型显示器

主波目标回波距离刻度主波目标回波RA主波目标回波目标回波雷达终端显示和录取设备——主要类型平面显示器PPI显示器B型显示器

雷达位置距离方位角距离方位角0雷达终端显示和录取设备——主要类型高度显示器（E显）综合显示器

一次画面，二次画面

仰角距离0高度距离0雷达终端显示和录取设备——习题说明常用雷达显示器的类型及其图像的含义

第五章第五章雷达作用距离雷达作用距离——雷达方程基本一次雷达方程

发射功率Pt，全向发射→

距离R处的单位面积的功率为Pt/(4πR2)→

目标RCS为σ，目标反射的功率为

Ptσ/(4πR2)→

目标反射后回到雷达天线处的单位面积的功率为Ptσ/(4πR2)2→

雷达天线的接收功率为Si=PtσAr/(4πR2)2，Ar为天线孔径面积→

考虑雷达发射天线增益为Gt，则雷达天线的接收功率为Si=PtσGtAr/(4πR2)2，天线增益与天线孔径面积之间的关系：G=4πA/λ2

最大作用距离Rmax对应接收机灵敏度Si,min（即最小可检测信号）

雷达作用距离——雷达方程目标的雷达截面积（RCS）

目标的RCS由目标的后向散射系数σ0和目标的几何面积A确定。

目标的后向散射系数σ0定义为单位面积的RCS。

后向散射系数由雷达的工作频率、目标材料、形状、姿态角等因素共同确定。

对双多基地雷达，采用目标的前向RCS和前向散射系数。

雷达作用距离——雷达方程接收机灵敏度（最小可检测信号Si,min）

与最小可检测信噪比有关。

最小可检测信噪比：

接收机噪声系数：

M为识别系数，与发现概率和检测概率有关

匹配接收机Si,minkT0BnFn识别系数M检波积累检测门限雷达作用距离——雷达方程用最小可检测信噪比表示的雷达方程

考虑到系统损耗L和带宽校正银子CB(≥1)，雷达方程为：

雷达作用距离——门限检测检测方法与门限电平进行比较四种判断及其概率

N-P准则：Pfa恒定，Pd达到最大目标回波噪声虚警门限电平描述名称概率关系有信号而判决为无信号漏警漏警概率PlaPla+Pd=1有信号而判决为有信号发现发现概率Pd无信号而判决为无信号正确不发现正确不发现概率

PanPan+Pfa=1无信号而判决为无信号虚警漏警概率Pfa雷达作用距离——检测性能与信噪比检测性能与信噪比虚警概率Pfa的计算

含载波噪声（即检波前）为高斯噪声，其电压pdf为：

检波后，噪声电压服从瑞利分布，其pdf为：

虚警概率Pfa为：

虚警时间Tfa：发生虚警的平均时间间隔Pdfv0vT雷达作用距离——检测性能与信噪比发现概率Pd的计算

有信号时，信号+噪声的电压分布的pdf为：

发现概率Pd：Pdfv0vT雷达作用距离——检测性能与信噪比检测曲线

虚警概率恒定时，发现概率与信噪比之间的关系。

相互关系：SNR不变，vT↑→Pfa↓→Pd↓

vT不变，噪声功率不变→Pfa不变，SNR↑→Pd↑

恒虚警（CFAR）技术：当噪声起伏（功率变化）时，欲使Pfa不变，则vT应随噪声功率而自适应变化。故CFAR技术也是自适应门限技术

PdSNR（dB）00.913Pfa=10-6雷达作用距离——脉冲积累对检测性能的改善积累的定义

对一个目标发射多个脉冲，则雷达受到该目标的多个回波，对回波进行叠加。相参（干）积累与非相参（干）积累相参积累

包括中频相参积累和I、Q正交双通道零中频相参积累

将相位对齐后进行叠加（一般采用DFT）。

n个脉冲相参积累后，信号幅度提高到n倍，信号功率提高到n2倍

噪声具有随机相位，n个噪声脉冲叠加，噪声功率提高到n倍

因此SNR提高n倍。非相参积累

由于检波器造成信噪比的损失，

n个脉冲非相参积累后，SNR提高n1/2~n倍。雷达作用距离——脉冲积累对检测性能的改善积累性能的表征

积累效率：

(So/No)1：单个脉冲检测多需信噪比 (So/No)n：n个脉冲积累后检测多需信噪比积累对雷达作用距离的影响：M→M/n

雷达作用距离——脉冲积累对检测性能的改善积累脉冲数的确定机械扫描（机械扫描天线）

相位扫描（相控阵天线）

相位扫描的积累脉冲数取决于波束驻留的时间Ts。雷达作用距离——脉冲雷达截面积及其起伏特性点目标与分布式目标

三维分辨单元：ΔR×Δα×Δβ

三维分辨单元大小：ΔR×RΔα×RΔβ

点目标：目标尺寸<三维分辨单元

分布式目标：目标尺寸>三维分辨单元点目标特性与波长的关系

对球体：2πr<<λ

，瑞利区，σ∝1/λ4 2πr≈λ

，振荡区，σ振荡 2πr>>λ

，光学区，σ=πr2

一般要求处于远场，光学区0振荡区瑞利区光学区雷达作用距离——脉冲雷达截面积及其起伏特性目标特性与极化的关系

极化散射矩阵

复杂目标的雷达截面积

分解成独立散射体，然后相干合成

雷达作用距离——脉冲雷达截面积及其起伏特性目标起伏模型

描述σ起伏的统计规律斯威林模型 I型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅瑞利分布； II型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅瑞利分布； III型：慢起伏（脉间相关，扫描间独立），振幅χ2分布； IV型：快起伏（脉间独立，扫描间独立），振幅χ2分布。目标起伏对检测性能的影响

影响检测性能与最优检测方式起伏模型的改进对数正态、RICE分布、K分布、Weibull分布、复合高斯分布

雷达作用距离——传播过程中各种因素的影响大气传播的影响大气衰减

氧气和水蒸气衰减：主要对λ<10cm

氧气：22.24GHz，184GHz；

水蒸气：60GHz，118GHz雨雾衰减

设晴天雷达接收的功率为Pr0

电波单程传播衰减：δdB/km

设雨天雷达的接收功率为Pr

雷达作用距离——大气折射与雷达直视距离大气折射的影响引起测角误差和测距误差大气密度随高度的增加而下降→电磁波方向向下弯曲（反射率下降、折射率上升）→等效增加视线距离→等效地球曲率半径增加

最大直视距离：

d0aehaht雷达作用距离——大气折射与雷达直视距离地面或水面反射对作用距离的影响

直达波与镜面反射波干涉，引起雷达的作用距离随目标仰角呈周期性变化；某些方向Rmax=0，该方向构成盲区。

措施采用垂直极化，仅在仰角<2°时，才可能出现直达波与反射波反相抵消；采用短波长，后向散射增加，同时镜面反射减少，接近于漫反射在高度上采用分层天线实现盲区互补

雷达作用距离——雷达方程的几种形式二次雷达方程

二次雷达，目标上有应答器

雷达→目标

目标→雷达

要求：Rꞌmax≥Rmax，探测距离较一次雷达增加。雷达作用距离——雷达方程的几种形式双基地雷达方程

Ft、Fr分别为发射和接收方向图传播因子，主要由发射面多径效应产生的干涉效应引起。

雷达作用距离——雷达方程的几种形式用信号能量表示的雷达方程

雷达作用距离——雷达方程的几种形式搜索雷达方程

搜索空域立体角Ω，天线波束立体角β，扫描时间ft，点目标驻留时间Td，则

雷达作用距离——雷达方程的几种形式跟踪雷达方程

在t0时间内连续跟踪1个目标，并考虑理想相干积累

t0为跟踪时间。

雷达作用距离——习题根据雷达距离方程，说明雷达的最大作用距离与发射机、接收机、天线及目标特性各参数之间的关系。什么是恒虚警，描述Pd，Pfa与门限电平vT，信噪比之间的关系什么是相参积累和非相参积累？为什么积累能改善信噪比？说明积累对最大作用距离的影响。已知某360°环扫雷达，天线波束宽度为2°，天线扫描速度为5转/分，当重复频率为360Hz时，处于空间某一方向的点目标的回波脉冲数是多少？若采用相参积累，则最大作用距离相较积累前有何变化？若雷达天线高度为5米，对于飞行高度为5km的目标，该雷达的最大直视距离为多少？已知某雷达波长为10cm，Pt=2MW，G=5000，Si,min=0.05pW，求其对RCS为10m2的目标最大探测距离。

第六章第六章目标距离的测量目标距离的测量——脉冲法测距测距原理

tr=2R/c→R=ctr/2，通过测量电磁波往返目标一次所需的时间tr来测量距离R。

方法主要有：脉冲法，频率法，相位法脉冲法测距

vn：扫描速度，cm/s；

tp：锯齿波电压正程扫描时间； vn=lp/tp→l==2(Rlp)/(ctp)；

回波时刻：

采用脉冲前沿，则易受干扰；

采用脉冲中心，用过零点检测方式

发射脉冲目标回波距离刻度lpl010203040km匹配接收机包络检波微分过零点检测门限目标距离的测量——脉冲法测距影响测距精度的因素

∆c：电磁波传播速度的变化； ∆tr：延时测量误差。

主要由大气折射引起的误差（电磁波的非直线传播）

测读方法引起的误差

实际距离R0雷达目标视在位置目标实际位置距离R目标距离的测量——脉冲法测距距离分辨力和测距范围距离分辨力

d：光点直径；

若忽略光点直径的影响，对脉冲压缩信号，距离分辨力为：

B：发射信号带宽

最大单值测距范围：

Rmax：最大不模糊距离

目标距离的测量——脉冲法测距判距离模糊方法

R>cTr/2，出现距离模糊，R=c(mTr+tr)/2，判定模糊度m。多重复频率判距离模糊

重复频率之间满足关系：，取m=1。有：

解得：fr1fr2trtr1tr2Tr2Tr1目标距离的测量——脉冲法测距

三重复频率判距离模糊——中国余数定理

设fr1:fr2:fr3=m1:m2:m3，用三个重复频率分别测得目标的距离单元号为A1，A2，A3，则目标所在的真实的距离单元为：

b1、b2、b3为满足条件的最小整数。目标的真实距离为：

目标距离的测量——脉冲法测距舍脉冲法判距离模糊

发射高重复频率脉冲，每发射M个脉冲舍弃一个，则回波脉冲每隔M个脉冲缺少一个，根据缺失回波脉冲的位置判断模糊数

从缺失发射脉冲位置开始，计数发射脉冲个数至某一发射脉冲后没有回波脉冲结束，该计数值即为模糊度tꞌrNTr目标距离的测量——调频法测距调频连续波测距

主要思路：频率调制→时间的变化对应于频率的变化→测量收发的频差等效于测量收发的延时→收发的延时对应于目标的距离。混频器发射天线放大限幅频率计调频发射机接收天线耦合信号目标距离的测量——调频法测距三角波调制

不考虑多普勒频率：Tmff0+∆ftf00ftfr2R/c0fbfb-fb+fbavt目标距离的测量——调频法测距

考虑多普勒频率： LFMCW性能：

距离分辨力：取决于调频带宽

最大不模糊距离：

对调频非线性度的限制：非线性度<<∆r/Rm目标距离的测量——调频法测距 LFMCW特点：近距离测量精度高；系统简单、设备量少；难以同时测量多个目标；收发隔离困难；作用距离短

典型应用：雷达高度表；防撞雷达目标距离的测量——目标距离跟踪原理目标距离跟踪

定义：

产生移动时标对准目标回波，对目标的距离进行连续测量。

方式：人工、半自动、自动人工距离跟踪

产生移动时标的方法：锯齿波电压法、相位调制法锯齿波电压法锯齿波电压产生器比较电路脉冲产生器触发脉冲①②延时脉冲③比较电压EpEp①②③比较电压与电位器转角之间的关系：Ep=Kθ特点：设备简单、测距精度不高目标距离的测量——目标距离跟踪原理相位调制法

特点：

精度高，但输出幅度受正弦波频率的限制，频率降低时，幅度也降低。无法实现远距离跟踪。复合法

锯齿电压法产生粗测移动距离波门，用相位调制法产生精测移动距离波门。

正弦振荡器机械信号脉冲产生器移相电路脉冲产生器基准正弦波基准脉冲移相正弦波延时脉冲目标距离的测量——目标距离跟踪原理自动距离跟踪自动测距系统包含三大部分：自动搜索、自动捕获、自动跟踪

时间鉴别器跟踪脉冲产生器控制器回波脉冲ue=k1(t-tꞌ)u=f(ue)目标距离的测量——目标距离跟踪原理时间鉴别器

比较回波信号与跟踪脉冲之间的时间差∆t=t-tꞌ，并将转换为与之成比例的误差电压ue

前波门形成电路回波脉冲处理电路前选通放大器跟踪脉冲积分电路I积分电路II延时电路比较电路后波门形成电路后选通放大器回波①④④⑥③③⑧⑨⑩ue⑤⑦tttttttttt①②②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩目标距离的测量——目标距离跟踪原理控制器

放大时间鉴别器产生的误差信号ue，并转换为跟踪脉冲产生器的控制信号。 简单放大：E=K2ue=K1K2(t-tꞌ)，E用于控制跟踪脉冲延时tꞌ，则tꞌ=K3E=K1K2K3(t-tꞌ)，因此，总存在跟踪位置误差。

一阶闭环系统：则：对固定目标或慢速目标，跟踪脉冲可以对准回波脉冲。

二阶闭环系统：可以跟踪恒速目标。

因此，自动距离跟踪系统控制器必须采用积分元件。

目标距离的测量——目标距离跟踪原理跟踪脉冲产生器

类似于移动时标的产生。数字式自动距离跟踪

采用数字比较器实现时间鉴别和距离比较，采用计数器实现跟踪脉冲的产生，采用减法器实现控制器的功能。自动搜索和自动捕获

跟踪状态：要求回波脉冲处于距离脉冲宽度内，超出则无法跟踪 跟踪之前需要进行搜索和捕获 自动搜索系统：产生一个在0~tmax内自动移动的脉冲（搜索脉冲），使之可能与回波脉冲相遇。当连续几个重复周期时间鉴别器有输出时，转入跟踪状态。目标距离的测量——目标距离跟踪原理自动测距系统的特点自动搜索；自动捕获；自动跟踪；控制器采用积分元件

目标距离的测量——习题设雷达采用双重复频率消除距离模糊。两个重复频率fr1=2000Hz，fr2=2500Hz，设用fr1测得目标距离为7.5km，用fr2测的目标距离为22.5km，求目标的真实距离。自动距离跟踪系统应具备那些特征？测距的方法有哪些？某常规脉冲雷达，脉宽为4μs，fr=300Hz，光点扫描速度vm=0.05cm/km，光点直径d=0.03cm，收发开杆时间t0=0.1μs，求(1)距离分辨力与最小探测距离； (2)能否准确确定250km处目标。LFMCW测距，要求距离分辨力为0.5m，最大不模糊距离为2km，则波形的调频非线性度应低于多少？其调制带宽至少为多少？

第七章第七章角度测量目标角度的测量——物理基础雷达测量目标角度的物理基础

电磁波在均匀介质中的传播的直线性和雷达天线波束的方向性雷达天线的方向图

描述雷达天线辐射电磁波能量的空间分布

相对于全向辐射的增益称为天线增益

天线孔径越大，天线的波束就越窄，天线增益越高

空间波束方向图θ0F(θ)波束方向图目标角度的测量——测角方法及其比较相位法测角基本原理

利用多个分置天线接收信号，利用不同天线接收信号之间的相位差进行测角。

混频器相位检波器θ混频器θdφdsinθθ中放AGC中放AGC本振目标角度的测量——测角方法及其比较相位检波器

功能：将输入信号的相位差转变成电压。当U2>>U1时，

U1/2U1/2U2φUd1Ud2φUoπ/2-π/20目标角度的测量——测角方法及其比较测角误差与多值性问题

相位差测量误差与测角误差之间的关系。

天线间距d越大，相位测量误差对测角误差的影响越小。

d↑→φ>2π，相位检波器测量相位差φ0<2π，即：φ=φ0+2kπ，从而出现测角模糊。

兼顾测角精度和测角模糊问题的解决办法：

三天线测角

接收机相位检波器θ接收机θd12φ12θ接收机θ相位检波器φ13目标角度的测量——测角方法及其比较振幅法测角

主要包括最大信号法和等信号法最大信号法

利用天线波束作圆周扫描时输出脉冲串受到天线方向图的调制的特点，找出脉冲串的最大值出现时刻波束的指向

两脉冲间的天线转角为：特点：简单；测量时波束对准目标，信噪比最大，有利于目标检测；测量精度不高，约为θb/5左右；不能判断目标偏离轴线的方向，不利于自动测角。

t目标回波幅度0目标角度的测量——测角方法及其比较等信号法测角

采用两个相同且彼此部分重叠的波束，对两个波束收到的同一个目标的回波幅度进行比较，确定目标偏离等信号轴的方向。

测角方法：比幅法

制定偏角和幅度比值的对应关系表，在测角时进行查表。和差法

同振幅和差单脉冲测角。特点：测角精度高，可达θb/50；可以判目标偏角方向，自动测角；

较复杂；等信号轴方向非目标回波最大方向，作用距离减小

OA方向121212OB方向OC方向ABCO12目标角度的测量——波束形状和扫描方法波束形状和扫描方法

主要包括扇形波束和针状波束

扇形波束

垂直波束宽，方位波束窄，因此方位分辨力高。常用于搜索雷达

余割平方波束：同一高度不同距离的目标的回波功率基本相同

目标角度的测量——波束型形状和扫描方法针状波束

水平、垂直波束均较窄，因此方位和俯仰分辨力均高。

但扫过一定空域的时间长，搜索能力差。

扫描方式：螺旋扫描、分行扫描、锯齿扫描

目标角度的测量——波束形状和扫描方法天线波束的扫描方法机械扫描

利用整个天线系统或其某一部分的机械运动来实现波束扫描。

整体天线运动

馈源不动，反射体运动

馈源运动，反射体不动电扫描

不需要机械运动，电信号控制

相位扫描、频率扫描、延时扫描

目标角度的测量——三坐标雷达三坐标雷达

同时测量R，α，β；大探测空域（同时快速、高精度）；多目标同时测量

一般采用针状波束

要求具有一定的数据率（单位之间内雷达对指定探测空域内任一目标所能提供的数据的次数，对单波束雷达，数据率D=1/Ts）单波束三坐标雷达

必须在方位角和俯仰角两个方向进行扫描多波束三坐标雷达

M个波束，数据率可以提高到原来的M倍；但发射功率必须也提高到原来的M倍。

偏焦多波束，射频延时线多波束，中频延时线多波束，脉内频扫系统，数字多波束形成

目标角度的测量——三坐标雷达高度的测量

Raehahtaeβ目标角度的测量——自动测角的原理与方法自动测角的原理与方法

火控系统→目标角跟踪→精确测角→目标运动产生测角误差ε→将ε转换成误差电压→产生控制信号→修正天线旋转轴线，使之对准目标。圆锥扫描自动测角系统 OOꞌ：等信号轴方向；δ：波束中心偏离等信号轴方向；

ε：目标偏离等信号轴方向；

εα：目标偏离等信号轴方位角；

εβ：目标偏离等信号轴俯仰角；

θ：波束中心轴与目标方向夹角

对∆AOB，有：

ωsOꞌOCABDδεβθεαεxyφ0φ目标角度的测量——自动测角的原理与方法圆锥扫描自动测角系统原理

θ随t作周期变化。若目标A位于O点，则θ=δ不随时间而变化。设天线方向图为F(θ)，则接收信号幅度：

在θ=δ附近作泰勒展开，有：

ωsOꞌOCABDδεβθεαεxyφ0φ目标角度的测量——自动测角的原理与方法测角率（表示单位误差角所产生的调制度）：

分解

δ增加→Fꞌ(δ)增加→测角率η增加→跟踪精度增加→但同时等信号轴上的目标回波功率减小，波束交叉损失增加目标角度的测量——自动测角的原理与方法圆锥扫描自动测角系统组成：

平时，角跟踪支路关闭，只有距离波门来时打开。

目的：避免多个目标同时进入角跟踪系统，造成系统工作混乱。发射机自动距离跟踪伺服系统距离支路接收机方位角鉴相T/R显示器俯仰角鉴相目标角度的测量——自动测角的原理与方法AGC电路在圆锥扫描角跟踪系统中的作用：

目标越近（截面积越大），回波幅度越强，Uo增加，Um增加，角灵敏度增加 AGC：用控制接收机的中放增益，使输出电压的平均值保持不变

tUUoUm0目标角度的测量——自动测角的原理与方法单脉冲自动测角系统

在一个角平面内，同时发射两个波束，通过对两个波束的回波进行比较，获得目标在此平面内的角误差信号。理论上只需一个脉冲即可确定目标角误差（相对于圆锥扫描），故称为单脉冲。

包括比幅（振幅和差）单脉冲和比相（相位和差）单脉冲。振幅和差单脉冲雷达

角误差信号：

波束1波束2天线轴向θ0θθ(a).两馈源重叠波束和波束天线轴向FΣ(θ)0F1(θ)F2(θ)(b).和波束FΔ(θ)0-+差波束天线轴向-+(c).差波束目标角度的测量——自动测角的原理与方法

和差比较器与和差波束：

发射时，馈送到Σ端，1、2端输出同相信号，接收时，回波同时被两个波束接收，Σ端输出两信号之和，∆端输出两信号之差

目标角度的测量——自动测角的原理与方法和差通道的回波幅度分别为：

设目标的误差角为ε，则对E∆在θ=0附近进行泰勒展开，有：E∆的相位与E1和E2中较大的相同，表明了目标偏向较强的波束一边通过相位检波器获得和差之间的相位差。U=KdU∆cosφ，

φ=0orπE∆的大小则表明了误差偏角的大小。振幅和差单脉冲雷达中，和波束用于检测，并作为比幅测角的比较标准；差波束则主要用于测角。

目标角度的测量——自动测角的原理与方法单平面振幅和差单脉冲雷达：双平面振幅和差单脉冲雷达：在方位和俯仰两个方向进行角跟踪。通常包括和通道、方位差通道、俯仰差通道和差矛盾：测角灵敏度取决于差斜率，和差波束不能同时达到最佳采用五喇叭馈源或多模馈源。

混频器中放自动距离跟踪相位检波器AGC本振混频器中放检波器视放收发开关发射机伺服系统显示器∆Σ12目标角度的测量——自动测角的原理与方法相位和差单脉冲雷达

两天线间距为d，利用行程差引起的相位差测角误差。

E1E2EΣEΔ混频器中放90°移相相位检波器AGC本振混频器中放检波器视放收发开关发射机伺服系统测距和显示∆Σ12dθθ目标角度的测量——自动测角的原理与方法圆锥扫描系统与单脉冲系统的比较角跟踪精度

圆锥扫描系统至少需要一个圆锥扫描周期，单脉冲角跟踪系统只需要一个脉冲即可测量，因此单脉冲系统受噪声和干扰的影响小，测量精度更高。天线增益和作用距离

单脉冲雷达不存在波束交叉损失，因此天线增益和作用距离均优于圆锥扫描雷达。角信息和数据率

单脉冲雷达优于圆锥扫描雷达。抗干扰能力

单脉冲雷达比圆锥扫描雷达更不易受应答式干扰的影响。复杂度

单脉冲雷达需要多个波束和多路处理，而圆锥扫描雷达只需一路，因此更简单。

目标角度的测量——习题说明测角的物理依据，振幅法测角和相位法测角的基本原理。说明AGC电路在圆锥扫描角跟踪系统中的作用。说明比幅和比相单脉冲角跟踪的基本原理。采用三天线相位法测角。已知d12=λ/2，d13=3.5λ，目标偏离法线方向θ角，当不存在误差时，φ12与φ13的理论值均为60°。由于实际存在误差，测得φ12=64°，φ13=66°，求实际的θ角。设目标距离为100km，天线高度为5m，目标仰角为2°，求目标高度。圆锥扫描角跟踪系统中，画出图中三个目标A(1,1)，B(-2,2)，C(0,-3)的接收机输出脉冲序列。并指出哪个目标的调制深度最大、哪个最小，各视频脉冲序列的最大值出现在哪个时刻？

x(t=0)yOABCωs=5π

rad/s第八章第八章运动目标检测及测速运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应连续波雷达

发射信号：

目标回波信号：

对固定目标：距离R为常数，回波与发射信号之间的相位差为常数。

对运动目标：R(t)=R0-vrt，tr=2R(t)/c，因此，回波与发射信号的相位差为：

收发频率差为：窄带信号的多普勒效应

近似于单载频常规脉冲信号的多普勒效应

运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒信息的提取连续波多普勒雷达

当Ur<<Uo时，UΣ≈Uo+Urcosφ=Uo+Urcos(ωdt-φ0)

相位检波器的输出：Urcos(ωdt-φ0)

放大器相位检波器指示器多普勒滤波器和放大器连续波发射机(1)f0(2)(3)(4)(1)f0f0(2)f0f0+fdf0(3)f0f0+fdf0-fdfd(4)f0

fd

Uo

Urtud0f0f0±fd运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用脉冲工作状态时的多普勒效应

A显中的动目标回波存在蝴蝶效应

接收机功率放大器(2)(3)(4)f0f0+fd连续波振荡器脉冲调制器显示器基准电压(1)发射接收(1)t0Tr(2)0(3)(4)0ttr(3)0t固定目标0t动目标t(4)0t固定目标动目标动目标固定目标(蝴蝶效应)运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用

连续的基准电压：

回波信号：

相位检波器的输出：

收发相位差：

隔直后的输出：

相邻回波脉冲的相位差：

Uo

Ur1tu0

Uo

Uru

Ur2

∆φ

固定目标：等幅脉冲串

动目标：多普勒频率调制脉冲串运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用盲速和频闪盲速

当动目标的径向速度为某些值时，其回波经相位检波器后为等幅脉冲串，与固定目标相同，A显示器显示无蝴蝶效应。这些径向速度的取值称为盲速。频闪

对脉冲工作雷达，相位检波器输出的脉冲串的包络的频率与目标径向速度的多普勒频率存在差异。利用该多普勒频率进行目标速度测量将产生速度模糊。产生原因

脉冲工作雷达相当于对连续波雷达按照脉冲重复频率的采样。

运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用频谱分析

出现盲速条件：fd=mfr,m=±1,±2,±3,…。出现频闪条件：fd>0.5fr

t0-f0f00f0t-f0f00fTr0t-f0f00f连续波单载频无限长脉冲串-(f0+fd)f0+fd0f0t动目标回波单载频脉冲0t动目标回波检波器输出-fd

fd0ffr运动目标检测及测速——多普勒效应及其在雷达中的应用矢量图分析出现盲速条件：fd=mfr,m=±1,±2,±3,…。出现频闪条件：fd>0.5fr高速目标可以从单个脉冲测速，因此无盲速和频闪现象。

Uo

Ur2tu0

Ur1

∆φ

频闪

Uo

Ur1tu0

Ur2∆φ

盲速运动目标检测及测速——动目标显示雷达的工作原理及组成基本工作原理获得相参振荡电压的方法

包括自激振荡式和主振放大式两种类型（1）中频全相参（干）动目标显示

针对主振放大式发射机。

结构特点：

相参振荡器，相位检波器，对消器

功能特点：

频率稳定度高

脉冲功率放大器T/R连续波振荡器混频器中频相干振荡器相位检波器上变频器对消器脉冲调制器中频放大器二次画面一次画面f0fcfc相参电压回波信号f0+fdf1=f0+fc本地振荡中频脉冲fc-fd运动目标检测及测速——动目标显示雷达的工作原理及组成（1）锁相相参（干）动目标显示

针对自激振荡式发射机，包括高频锁相和中频锁相两种方式。

高频锁相：高频稳度要求高Q值，而高Q值的锁相时间长。

中频锁相：能够克服高频锁相的矛盾。

磁控管发射机T/R定时器混频器中频相干振荡器相干检波器锁相混频器对消器脉冲调制器中频放大器二次画面一次画面稳定本振中频锁相磁控管振荡器T/R连续波相干振荡器接收机与相位检波器定时器视频脉冲输出f0回波信号f0+fdf0高频锁相运动目标检测及测速——杂波频谱及动目标显示滤波器目标回波和杂波的频谱特性

杂波频谱：以fr为周期；

展宽：杂波内部运动；

天线扫描调制；

脉间不稳定性；

发射频率偏移

杂波抑制：即杂波白化

动目标杂波0frfdfdt目标地杂波杂波抑制滤波器运动目标检测及测速——杂波频谱及动目标显示滤波器动目标显示滤波器

对消器：一次对消器，二次对消器，多次相消器，抑制运动杂波滤波器。

对消器阶数越多，滤波器凹口可以设计得越窄，越有利于低速动目标检测。

一次对消器的频率响应：

抑制运动杂波滤波器的频率响应：

x(n)延时Tr+-xo(n)0frfdfdt目标地杂波一次对消器多次对消器x(n)延时Tr+-xo(n)ejφ0fdc+frfdfdt目标地杂波抑制运动杂波滤波器fdc运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径盲速、盲相的影响及解决途径速度模糊：盲速与频闪

盲速的条件：

n=1时称为第一盲速。经过对消器后输出为零。

频闪的条件：fd>0.5fr最大不模糊速度与最大不模糊距离之间的关系

实际中二者难以兼顾，必须解速度模糊或解距离模糊。

运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径参差重复频率消除低盲速

发射采用多个重复频率交替发射，接收通过对消器时，只有同时满足两个重复频率出现盲速的条件时才会出现盲速。

设采用两个重复频率后出现第一等效盲速对应的条件为：

式中，n1，n2互质。

令Tr1=n1∆，Tr2=n2∆，当不采用参差重复频率时，平均重复周期为(Tr1+Tr2)/2。此时第一盲速为：

采用参差重复频率后，第一等效盲速对应的多普勒频率为：

因此，第一等效盲速提高的倍数为：

t0Tr1Tr2运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径参差重复频率对MTI性能的影响

一次对消器的频率响应：

两个一次对消器的频率响应的合成，引起响应的不平坦。

fd01/Tr12/Tr13/Tr14/Tr1fd01/Tr22/Tr23/Tr24/Tr25/Tr2fd0运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径盲相：包括点盲相和连续盲相

点盲相：

在某些相邻脉冲回波幅度相等，经对消器对消后输出为0

原因：脉冲雷达回波是对连续波雷达回波的采样

Uo

Ur1tu0

Ur2∆φ

点盲相

对消器输出为0运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径

连续盲相：

相邻脉冲回波幅度几乎相等，经对消器对消后输出幅度小

原因：在强杂波或干扰背景下，经过限幅器后输出脉冲幅度几乎不变。

Uc+Uo

Ur1tu0

连续盲相

对消器输出很小运动目标检测及测速——盲速、盲相的影响及解决途径解决盲相方法：

盲相的根本原因是对消器输出为相邻重复周期回波信号差矢量在基准电压方