雷达原理第6版丁鹭飞课后参考答案

第1章绪论1、目标在空间、陆地或海面上的位置可以用多种坐标系来表示，最常见的是哪个坐标系?最常见的是笛卡儿坐标系(也称直角坐标系)，即空间任一点目标P的位置可用x、y、三个标值来决定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系，空间任一目标P所在位置可用三个坐标值确定，即目标的斜距、方位角、俯仰角。2、雷达方程的作用是什么？雷达究竟能在多远的距离发现(检测到)目标，这要由雷达方程来确定。雷达方程将雷达的作用距离和雷达发射、接收、天线和环境等因素联系起来，因此它不仅可以用来决定雷达检测某类目标的最大作用距离，也可以作为设计雷达的一种工具。3、雷达的组成要素是什么?（1）雷达发射机。发射机现有两种类型：一种是直接振荡式(如磁控管振荡器)，它在脉冲调制器控制下产生的高频脉冲功率被直接馈送到天线；另一种是功率放大式(主振放大式)，它是由高稳定度的频率源(频率综合器)作为频率基准，在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线的。（2）雷达天线。脉冲雷达天线一般具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得较大的观测距离，天线的方向性越强，天线波宽度越窄，雷达测向的精度和分辨力就越高。（3）雷达接收机。接收机多为超外差式，由高频放大(简称高放，有些雷达接收机不用高放)、混频、中频放大(简称中放)、检波、视频放大等电路组成。（4）雷达信号处理机。信号处理的目的是消除不需要的信号(如杂波)及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号。信号处理是在做出检测判决之前完成的，它通常包括动目标显示(MTI)和脉冲多普勒(PD)雷达中的多普勒滤波器，有时也包括复杂信号的脉冲压缩处理。（5）雷达终端设备。通常情况下，接收机中放输出后经检波器取出脉冲调制波形，由视频放大器放大后送到终端设备。最简单的终端是显示器。例如，在平面位置显示器(PPI)上可根据目标亮弧的位置，测读目标的距离和方位角这两个坐标值。4、雷达的战术指标包括哪些?（1）雷达的用途。例如，军用、民用;搜索警戒、跟踪等。（2）雷达的威力范围。一般由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围决定。（3）分辨力。也称分辨力，是雷达区分两个点目标的能力。包括距离分辨力、角分辨力及速度分辨力。（4）数据率。数据率表征搜索雷达和三坐标雷达的工作速度。（5）跟踪速度。指自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度。（6）抗干扰能力。雷达通常在各种自然扰和人为干扰的条件下工作，军事使用时主要是敌方施方的干扰。（7）雷达测定日标坐标的数目和精确度。（8）抗摧毁能力。（9）积和质量。第二章雷达发射机1、雷达发射机的任务是?雷达发射机的任务是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率射频发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。雷达发射机通常分为脉冲调制发射机和连续波发射机。应用最多的是脉冲调制发射机，脉冲调制雷达发射机通常又分为单级振荡式发射机和主振放大式发射机两类。2、主振放大式发射机由什么组成?主要由射频放大链、脉冲调制器固态频率源及高压电源等组成。射频放大链是主振放大式发射的核心部分，它主要由前级放大器、中间射频功率放大器和输出射频功率放大器组成。前级放大器一般采用微波硅双极功率晶体管；中间射频放大器和输出射频功率放大器可采用高功率增益速调管放大器、高增益行波管放大器或高增益前向波管放大器等，或者根据功率、带宽和应用条件将它们适当组合构成。3、简述现代雷达对发射机的主要要求。（1）发射相位全相参信号；（2）具有很高的频率稳定度；（3）能产生复杂信号波形；（4）适用宽带频率捷变雷达；（5）全固态有源相控阵发射机。4、典型的雷达发射机有哪些?采用电真空器件的典型雷达发射机:自激(单级)振荡式发射机，高功率速调管发射机;宽带高增益行波管发射机;宽带大功率行波管-前向波管发射机。（1）自激(单级)振荡式发射机。早期的常规脉冲雷达对发射机的频率稳定度没有严格要求，一般都选择简单的自激振荡式发射机。（2）高功率速调管发射机。高功率速调管发射机的典型组成对于大型地面固定雷达，如远程预警雷达精密跟踪雷达，要求发射机的输出功率高、瞬时带宽较窄，脉冲宽度和重复频率变化不大，应首选高功率速调管发射机。（3）用于机载雷达的宽带高增益行波管发射机。机载雷达发射机目前大多工作在X波段，也有机载全相参雷达工作在K段的。（4）宽带大功率行波管-前向波管发射机。对于宽频带大功率发射机，一般采用行波管放大器推动前向波管放大的多级放大链。第三章雷达接收机1、什么是中频放大器？混频器将射频信号变换成中频信号，中频放大器的成本比射频放大器低，它的增益高、稳定性好，而且容易实现信号的匹配滤波。对于不同频率和不同频带的接收机，都可以通过变换本振频率，形成固定中频和带宽的中频信号。为了适应接收机在宽带工作，如迅速发展的成像雷达技术，需要使用更高的中频、较宽的中频带宽和二次变频工作方式，选择性和匹配滤波器性能则需要正确选择第一中频和第二中频频率及采用滤波方法来实现。2、简述重达接收机的主要质量指标。重达接收机的主要质量指标包括：灵敏度和噪音系数、接收机的工作频带宽度和滤波特性、动态范围和增益、频率源的频率稳定性和频谱纯度、幅度和相位的稳定性、正交鉴相器的正交度、A/D变换器的技术参数、抗干扰能力、频率源和发射激励性能、微电子化、模块化和系列化。3、接收机的噪音有哪些？雷达接收机噪声的来源主要分为两种，即内部噪声和外部噪声。内部噪声主要由接收机中的馈线放电保护器、高频放大器或混频器等产生。接收机内部噪声在时间上是连续的，而振幅和相位是随机的通常称为“起伏噪声”，或简称为噪声。外部噪声是由雷达天线进入接收机的各种人为干扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线热噪声等，其中以天线热噪声影响最大，天线热噪声也是一种起伏噪声。4、简单说明AFC的搜索状态。它有两种状态——频率搜索和频率跟踪状态，并能由停振器自动控制其转换。当停振器输入电压的幅度不够大或极性不对时，使锯齿波发生器产生周期性锯齿波电压锯齿波电压经放大后，加到本机振荡器的电压控制端，进行频率搜索，只有当停振器输入电压大于某一正值时才使锯齿波发生器停振，这时停振器转为直流放大器，AFC系统转为频率跟踪状态。对于具有AFC系统的雷达来讲，刚开机时AFC一般都处于搏索状态，只有搜索到对应的中频频率已落入中频带宽之内时，AFC才转换为跟踪状态。第四章雷达终端1、雷达显示信息的方式有哪些?最具代表性和最常用的雷达信息显示形式为距离显示(A型、A/R型)、平面位置显示(P型、B型)、高度显示(E型)、综合显示及多功能显示等。（1）距离显示。雷达距离显示属于一次信息显示，为一维显示方式(距离维度)。其画面表现方式为，用屏幕上光点距参考点的水平偏移量表示目标的斜距，光点的垂直偏转幅度表示目标回波的强度。（2）平面位置显示。平面位置显示属于一次信息显示，为二维显示方式(距离一方位维)。其画面表现方式为，用屏幕上光点的位置表示目标的水平面位置坐标，光点的亮度表示目标回波的强度。平面显示器属于亮度调制显示器。（3）高度显示。高度显示属于一次信息显示，为二维显示方式(距离——仰角或距离——高度维)。在测高雷达和地形跟踪雷达中通称E型显示。其画面表现方式为，用平面上光点的横坐标表示距离，纵坐标表示目标仰角或高度。它与B显配合，可实现目标的三维显示。高度显示主要有E型和RHI型两种类型。（4）情况显示。情况显示主要应用于作战指挥及航空交通管制，用以显示雷达站所监视空域的情况。其作用是在平面位置显示器上提供一幅空中态势综合图像。（5）多功能显示。多功能显示是在同一显示屏幕上分窗口或登加显示多种雷达信息画面及雷达工作状态指示，或在单个显示屏幕上以时分的方式显示不同雷达信息画面、雷达系统或飞行(航行)平台的运行状态，是光栅扫描显示器出现之后的产物。2、什么是平面位置显示器?平面位置显示器又称为P型显示器，它以极坐标的方式表示目标的斜距和方位，其屏幕中心表示雷达所在地，荧光屏上的亮点或亮孤表示目标回波，属亮度调制。3、数字式显示系统的组成及功能是什么?数字式显示系统通常由计算机、显示处理器(可选)、缓冲存储器、显示控制器、图形功能部件及监视器等部分构成。(1)计算机：又称为主机，负责对整个显示系统进行管理，将输入数据加工为显示档案并提供给显示存储单元。(2)显示控制器：用于控制及管理缓冲存储器及图形功能单元，以及与主机通信等。(3)缓冲存储器：用于存储显示档案，自主维持显示图形的刷新，当显示系统与计算机脱机工作时，仍能正常显示。(4)图形功能部件(图形发生器)：完成字符、符号、矢量等基本显示图形的产生等。(5)显示处理器(仅对智能显示系统)：管理显示存储器档案；对图形进行变换、处理和运算；对外部设备的信息进行组织和管理；与主机交换信息等。(6)监视器：实现图像和信息的直观显示输出。监视器一般为标准的显示器件，如CRT、LCD等。4、简述偏心式展开方式。（1）扫描开始时给计数器提供扫描起点坐标数据，其值通常为虚拟屏幕中心点坐标数据；（2）扫描进行时给扫描计数器输入提高的时钟频率，时钟频率提高的倍数为图像放大的倍率。第五章雷达作用距离1、门限检测是一种统计检测，由于信号叠加有噪声，因而总输出是一个随机量。在输出端根据输出振幅是否超过门限来判断有无目标存在时，可能出现哪些情况?(1)存在目标时判为有目标，这是一种正确判断，称为发现，它的概率称为发现概率。(2)存在目标时判为无目标，这是错误判断，称为漏报，它的概率称为漏报概率。(3)不存在目标时判为无目标，称为正确不发现，它的概率称为正确不发现概率。(4)不存在目标时判为有目标，称为虚警，这也是一种错误判断，它的概率称为虚警概率。2、如何确定“积累脉冲数“？当雷达天线进行机械扫描时，可积累的脉冲数(收到的回波脉冲数》取决于天波束的扫描速度以及扫描平面上天线波束的宽度。3、如何讨论“目标后向散射特性与波长的关系“?为了讨论目标后向散射特性与波长的关系，比较方便的办法是考察一个各向同性的球体。因为球有最简单的外形，而且理论上已经获得其截面积的严格解，其截面积与视角无关，因此常用金属球来作为截面积的标准，用于校正数据和实验测定。4、什么是“施威林起伏模型“?最早提出而且目前仍然常用的起伏模型是施威林模型。他把典型的目标起伏分为4种类型有两种不同的概率密函数，同时又有两种不同的相关情况。一种是在天线一次扫描期间回波起伏是完全相关的，而扫描至描间完全不相关，称为慢起伏目标；另一种是快起伏目标，它们的回波起伏在脉冲与脉冲之间是完全相关的。第六章目标距离的测量1、简述说明几种主要的随机误差。（1）电波传播速度变化产生的误差。如果大气是均匀的，则电磁波在大气中的传播是等速直线，此时测距公式中的c值可认为是常数，但实际上大气层的分布是不均匀的且其参数随时间、地点而变化。大气密度、湿度、温度等参数的随机变化，导致大气传播介质的导磁系数和介电常数也发生相应的改变，因而电波传播速度c不是常量而是一个随机变量。（2）因大气折射引起的误差。当电波在大气中传播时，由于大气介质分布不均匀将造成电波折射，因此电波传播的路径不是直线而是走过一个弯曲的轨迹。在正折射时电波传播途径为一条向下弯曲的弧线。（3）测读方法误差。根据测距所用具体方法的不同，其测距误差亦有差别。早期的脉冲雷达直接从显示器上测量目标距离，这时显示器荧光屏亮点的直径大小、所用机械或电刻度的精度、人工测读时的惯性等都将引起测距误差。当采用电子自动测距的方法时，如果测读回波脉冲中心，回波脉冲中心的估计误差(正比于脉宽而反比于信噪比)以及计数器的量化误差等均将造成测距误差。2、什么是测距范围？什么是距离分辨力？测距范围：包括最小可测距离和最大单值测距范围。所谓最小可测距离，是指雷达能测量的最近目标的距离。雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期决定。距离分辨力：指同一方向上两个大小相等点目标之间的最小可区分距离。早期在显示器上测距时分辨力主要取决于回波的脉冲宽度，同时也和光点直径d所代表的距离有关。3、“自动距离跟踪“是什么？自动距离跟踪系统应保证电移动指标自动地跟踪目标回波并连续地给出目标距离数据。整个自动测距系统应包括对目标的搜索、捕获和自动跟踪3个互相联系的部分。4、简述数字式距离自动跟踪的3个组成部分。（1）时间鉴别器(距离比较器)。数字式时间鉴别器的作用和模拟系统中的时间鉴别器完全相同，也是通过一定的符合比较电路，鉴别出回波信号与跟踪波门之间的迟延时间差。（2）跟踪波门产生器。在数字式距离跟踪系统中，跟踪波门的产生与模拟法中的锯齿电压波法完全可以比拟。（3）距离产生器(控制器)距离产生器的作用是对时间鉴别器输出的距离误差进行加工，用它的输出去控制跟踪波门的移动。第七章角度测量1、如何用振幅法测角？振幅法测角是用天线收到的回波信号幅度值来做角度测量的，该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线扫描方式。振幅法测角可分为最大信号法和等信号法两大类。（1）最大信号法。当天线波束做圆周扫描或在一定扇形范围内做匀角速扫描时，对收发共用天线的单基地脉冲雷达而言，接收机输出的脉冲串幅度值被天线双程方向图函数所调制。找出脉冲串的最大值(中心值)，确定该时刻波束轴线指向即为目标所在方向。（2）等信号法。等信号法测角采用两个相同且彼此部分重叠的波束，如目标处在两波束的交叠轴方向，则由两波束收到的信号强度相等，否则一个波束收到的信号强度高于另一个。2、什么是“针形波束“？针状波束的水平面和垂直面波束宽度都很窄。采用针状波束可同时测量目标的距离、方位和仰角且方位和仰角两者的分辨力和测角精度都较高。主要缺点是因波束窄，扫完一定空域所需的时间较长即雷达的搜索能力较差。3、简述天线波束的扫描方法。实现波束扫描的基本方法有机械性扫描和电扫描两种。（1）机械性扫描利用整个天线系统或其中某一部分的机械运动来实现波束扫描称为机械性扫描。如环视雷达、跟踪雷达，通常采用整个天线系统转动的方法。机械性扫描的优点是简单。其主要缺点是机械运动惯性大，扫描速度不高。近年来快速目标、洲际导弹、人造卫星等的出现，要求雷达采用高增益极窄波束，因此天线口径面往往做得非常庞大，再加上常要求波束扫描的速度很高，用机械办法实现波束扫描无法满足要求，必须采用电扫描。（2）电扫描。电扫描时，天线反射体、馈源等不必做机械运动。因无机械惯性限制，扫描速度可大大提高，波束控制迅速灵便，故这种方法特别适用于要求波束快速扫描及巨型天线的雷达中。电扫描的主要缺点是扫描过程中波束宽度将展宽，因而天线增益也要减小，所以扫描的角度范围有一定限制。另外，天线系统一般比较复杂。根据实现时所用基本技术的差别，电扫描又可分为相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法等。下面我们以相位扫描法为主讨论电扫描的基本原理及有关问题。4、相控阵天线和相控阵雷达有什么特点？（1）天线波束快速扫描，实现多目标搜索、跟踪与多种雷达功能。（2）具有多波束形成能力，实现高搜索数据率和跟踪数据率。（3）天线波束形状捷变能力，实现自适应空间滤波和自适应空时处理能力。（4）天线孔径与雷达平台共形能力的实现。（5）空间功率合成能力，辐射功率大。（6）抗干扰能力好。（7）高可靠性。第八章运动目标检测1、什么是“多普勒效应“？多普勒效应是指当发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化。这一物理现象首先在声学上由物理学家克里斯顿·多普勒于1842年发现，1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围。雷达应用日益广泛以及对其性能要求的提高，推动了利用多普勒效应来改善雷达工作质量的进程。2、什么是“盲速“？什么是“频闪”？当雷达处于脉冲工作状态时，将发生区别于连续工作状态的特殊问题，即盲速和频闪效应。盲速：是指目标虽然有一定的径向速度，但若其回波信号经过相位检波器后，输出为一串等幅脉冲，与固定目标的回波相同，此时的目标运动速度称为盲速。频闪效应则是指当脉冲工作状态时，相位检波器输出端回波脉冲串的包络调制频率与目标运动的径向速度不再保持正比关系，此时如用包络调制频率测速时将产生测速模糊。3、动目标显示滤波器有哪些？（1）一次相消器；（2）二次相消器；（3）多次相消梳状滤波器；（4）抑制运动杂波滤波器。4、简述动目标显示雷达的质量指标。（1）改善因子(I)。改善因子的定义是：动目标显示系统输出的信号杂波功率比和输入信号杂波功率之比值。（2）信杂比改善。对于采用多个多普勒滤波器的杂波滤波系统(例如下面要研究的动目标检测MTD)来说，每个滤