雷达原理与系统课件

1雷達原理與系統

Chapter1Conspectusof

Radar2一、DefinitionofRadar雷達:通過無線電技術對飛機的探測和定位.Radar:是Radio

Detection

And

Ranging

的縮寫，願意即是“無線電探測和測距”。隨著各部分參數性能的提高(如:波束方向性、接收機靈敏度、發射機相參性等)，雷達已經成為人類探測不同性質目標的強大工具.現在的雷達除了探測和定位飛機外，在軍事、氣象、交通、航空、遙感遙測、勘探等領域發揮重大的作用。測定目標位置的無線電技術範疇,稱為“雷達”。“雷達”出現於二次世界大戰中,是名符其實的“千裏眼”。3§

1.1DevelopmentinRadarTechnology雷達以輻射電磁能量並檢測反射體(目標)反射的回波的方式工作。回波信號的特性可以提供有關目標的資訊。通過測量輻射能量傳播到目標並返回的時間可得到目標的距離。目標的方位通過方向性天線(具有窄波束的天線)測量回波信號的到達角來確定。對於動目標，雷達通過多普勒效應探測出運動的速度並能推導出目標的軌跡或航跡，並能預測它未來的位置。雷達可在距離上、角度上或這兩方面都獲得分辨力。4二、definitionofmodern

radar5雷達是一種主動遙感設備，它利用電磁波的二次輻射、轉發或固有輻射來探測目標，並測定目標的空間座標、速度、加速度、軌跡、姿態及某些特徵資訊的一個無線電技術範圍。稱為“雷達”。“二次輻射”：雷達發射電磁波到目標後、目標產生“二次輻射”，其中一小部分被雷達天線接收，稱為目標回波,

雷達收到回波便可發現目標。“轉發”：

來自應答器（Transponder），“識別器”，後者收到雷達信號後發射經過編碼的“應答波”被雷達所接收，從而發現目標。“固有輻射”：來自具有固有輻射源的目標（如飛機、發動機、核爆炸、目標上無線電裝置等）雷達接收目標的固有輻射波而發現目標。現代雷達與電子電腦、圖象處理、數據處理、自動控制等技術結合，又具有自動資訊處理功能及智能化顯示終端，可自動、迅速、準確地完成測量、顯示、控制和管理。三、Development

of

Radar1、Exploration

Period.1886～1888年，海因裏奇·赫茲（Heinrich

Hertz）驗證了電磁波的產生、接收和目標散射這一雷達基本原理1903～1904年，克裏斯琴·赫爾斯邁耶（ChristianHulsmeyer）研製出原始的船用防撞雷達並獲得專利權。61925年，約翰斯·霍普金斯大學（Johns

Hopkins

University）的G•布賴特（G•Breit）和M•圖夫（M•Tuve），通過陰極射線管觀測到了來自電離層的第一個短脈衝回波。1935年，由英國人和德國人第一次驗證了對飛機目標的短脈衝測距。1937年，由羅伯特·沃森·瓦特（Robert

Watson-Watt）設計的第一部可使用的雷達“Chain

Home”在英國建成。致此，人類才找到了赫茲原理的基本應用。7二戰後，雷達技術獲得了巨大的發展。主要原因歸於兩個非常重要的器件的發明：T/R（收/發）開關和磁控管。收發開關使雷達的探測成功地從雙（多）基變成單基雷達。也就是從收發分別用一個天線，到共用一個天線。大大簡化了雷達系統。磁控管的出現使雷達的探測功率大大提高，從而大大提高了雷達的探測能力。2、Developing

Period.天線假負載TR1和TR2發射機接收機保護器3dB裂縫橋21348103、Mature

Period.20世紀60年代以來，航空、航太技術、飛機、導彈、人造衛星、太空船、反洲際彈道導彈系統等對雷達提出了高精度、遠距離、高分辨力及多目標測量等要求。技術上：如脈衝壓縮技術、單脈衝雷達、相控陣雷達、目標識別、目標成像、SAR、脈衝多普勒雷達體制的研製成功使雷達能測量目標的位置和相對運動速度，並具有良好的抑制地物干擾等的能力；結構工藝上：微波高功率放大管、微波接收機高頻系統中許多低噪聲器件，如低雜訊行波管工量子放大器、參量放大器、隧道二極體放大器等的應用，使雷達接收機靈敏度大為提高，增大了雷達作用距離；同時，由於雷達中數字電路、電腦的使用使雷達的結構組成和設計發生根本性的變化。微組裝工藝、系列化、標準化和模組化設計，使雷達結構更合理，性能更靈活。雷達的工作波長，從短波擴展至毫米波、紅外線和紫外線領域。在這個時期，微波全息雷達、毫米波雷達、鐳射雷達和超視距雷達相繼出現。（1）信號處理技術得到了很大發展。（2）動目標檢測（MTD）和脈衝多普勒（PD）功能應用（3）自動檢測和跟蹤系統得到完善。（4）採用複雜的大時寬頻寬脈壓信號（5）高可靠性的固態功率源，可以組成普通固態發射機或分佈於相控陣雷達的陣元上組成有源陣。（6）用平面陣列天線代替拋物面天線，陣列天線的基本優點是可以快速和靈活地實現波束掃描和波束形狀變化，因而有很好的應用前景，例如：①獲得超低副瓣，用於機載雷達或抗干擾。②組成自適應旁瓣相消系統以抗干擾。③相控陣雷達。104、Actuality

of

Radar.四、Functions

of

Radar雷達觀測與目測的特點：比人眼高明距離遠；不受能見度限制；顯示圖像直觀，測量定位方便。“千裏眼”、比人眼高明。不

圖像比目測粗略、看不清；如

有干擾背景時，比照片差得人

多。眼目標成像與實物不盡相同11Velocityofelectromagnetic

waves.v=c.Characteristicofelectromagneticwavepropagatinginstraight-lineand

directly.Targets’second

backscatterMovingtargets’dopplerfrequency

shift12§

1.2ConditionsforRadar

Running一、測距原理測距物理基礎：目標反射;

等速直線傳播.用脈衝測距法：測的是水準距離R.△t——電波在RD與目標間往返傳播時間;C=3×108m/s

.式中:R2R=C·△tR=C/2·

△t雷達天線目標13測

△t

→測R

通過測時來測距。

用CRT.14實際在顯示器中，已將t

→R，

可直讀距離.換算關係：1μs

→150m=0.15Km=0.081NM=164YD（YARD碼）12.3μs

→1NM1YD=3英尺1NM

=1852m=2040YD1英尺=0.305m1000YD(碼)=0.914KM=0.49NM1英寸=2.5cm二、測方位原理目標方位角：指真北到雷達與目標聯線之夾角。RD——測方位物理基礎基礎直線傳播（微波）天線定向收、發最大回波法測角：當天線波束掃過目標時，雷達回波在時間順序上從無到有，從小→大→小→消失。即天線波束形狀對雷達回波幅度進行了調製。方位角目標NH.L舷角航向角本船17RD天線是一種定向天線，它在某一瞬間只朝一個方向發射電磁波，而且也只接收同一方向上目標反射的回波。所以，天線波束方位=目標方向.只要保證顯示器上的掃描線與天線旋轉同步，即

掃描線方向=天線方位

掃描線方位=回波方位

s

A角度採用度或密位表示,

其關係為：360度=6000密位1度=16.7密位國外常用角度單位為弧度，度及毫弧度關係為：

1弧度=57度

1000毫弧度1毫弧度=0.057度參考點：N——測的是真方位H、L——測的是船角（相對方位）三、測速原理例：“雷達”測速區當目標相對於RD運動後，r不斷變，出現△fD(回波相對於發射ft

的頻率偏移)，此時，目標相對於RD的徑向速度為：DR2V

1

f式中VR——目標與雷達的相對（徑向）速度（m/s）λ

——RD工作波長（m）fd

——雙程多蔔勒頻率（Hz）在海上,

速度單位俗稱為“節

”（1Kn）,

即1

n

mile

/

hv地平線D0

19NzRH地平線h修正Dβ

彎曲的地平線0P

四、目標高度測量R——斜距P——目標H——高度

——方位角例：飛機著陸0Nz——正北D——水準距β——仰角測R、

α、

β可定目標空間位置H

Rsin

考慮到地平線上彎曲的，H

應予修正。2

AH

h

Rsin

R2

hA-天線高度；ρ

——地球曲率半徑；R2/(2ρ

)——h修正=

R2/17000H=hA+Rsin

+R2/17000

米地球曲率補償高度:地曲補償20收發開關功率放大器波形產生器低雜訊放大器本振混頻器中頻放大器匹配濾波器第二檢波器視頻放大器顯示器1.

框圖如下圖：天線§

1.3雷

達

基

本

組

成21發射機產生的雷達信號(通常是重複的窄脈衝串)

天線

輻射到空間。收發開關使天線時分複用於發射和接收。目標截獲並反射一部分雷達信號

雷達天線收集回波信號

接收機加以放大。如果接收機輸出的信號幅度足夠大，就說明目標已被檢測。雷達通常測定目標的方位和距離，但回波信號也包含目標特性資訊。顯示器顯示接收機的輸出，操縱員根據顯示器的顯示判斷目標存在與否，或者採用電子設備

處理接收機的輸出，以便自動判斷目標的存在與否，並根據發現目標後的一段時間內的檢測建立目標的航跡。使用自動檢測和跟蹤(ADT)設備時，通常向操縱員提供處理後的目標航跡，而不是原始雷達檢測信號。在某些應用中，處理後的雷達輸出信號可直接用於控制一個系統(如制導導彈)，而無需操縱員的干預。22一種常規脈衝雷達組成原理框圖TR調製器磁控管ATR低雜訊高放混頻器中放天線方位信號CRT檢波器前置視放視放混合視放目標活標掃描式輝

亮顯示器本

振STC靈敏度時間控制方

波定時器接收機伺服系統++

EHV天線分機天線基座收發分機發射機Basiccomponents--foursubsystems合一時稱“二單元RD”22收發機（transceiver）天線分機（antenna）顯示分機（display）中頻電源分機（I.F

power

supply）,現都分散到各分機中,

不設獨立分機.2.Functionofeachpart：(1)

定時器（Timer）任務：產生週期性觸發脈衝，其作用相當於整個雷達的時鐘，使雷達各分機保持同步工作。故又稱為“觸發脈衝產生器”(Trigger).作用

：control掃描起點，與天線口發射時刻一致;接收機STC（靈敏度時間控制）電路‚產生海浪干擾抑制電壓;主處理器時鐘。定時器常用雷達中頻電源同步。定時器是雷達的“心髒”。“脈衝指揮中心”。發射時刻及重複頻率F=1/T；23

脈衝工作電

Pc

Pt

T（2）發射機Transmitter任務：在

控制下產生同樣週期的大功率微波脈衝振盪。作為雷達發射信號。先控制脈衝調製器，產生具有一定脈沖寬τ的矩形高壓（萬

伏）調製脈衝

.控制磁控管產生大功率微波脈衝振盪。大功率——Pt=3~75Kw 常用25~30Kw平均功率微 波KMHz25F=300~300GHZλ

=1m~1mm脈衝：脈衝寬度——一個射頻振盪持續的時間；

τ=0.05~1.2μs脈衝重複週期——相鄰兩次發射之時間間隔；

T=幾百~幾千μs脈衝重複頻率——每秒鐘發射的次數；

F=400~4000HzT=1/F 如：常用T

=1000μs F=1000Hz它是用於保護接收機免受大功率發射機工作漏能損壞的快速轉換開關。在接收時，發射機關閉，收發開關將接收到的弱信號送入接收機，而不是進入發射機。它通常是氣體放電元件，並可與固態或氣體放電接收機保護器共同使用。有時用固態環流器來進一步隔離發射機和接收機。天線 假負載TR1和TR2發射機接收機保護器3dB裂縫橋12 343、收發開關264）天線

Antenna任務：定向收發向顯示器送角度信號天線旋轉方位信號天線俯仰角度信號要求：波束寬度水準θH°≈1.45°

(<1

°)垂直θV°≈1.5°(<1

°)(18-24

°船載雷達)轉速微波傳輸線：一般15～30r/min

波導管個別80r/min同軸線均勻旋轉發射機能量由方向性天線集聚成一個窄波束輻射到空中。機械控制拋物面反射面天線和平面相控陣天線都得到廣泛的應用，電掃相控陣天線也有應用。大多數雷達天線所特有的定向窄波束不僅能將能量集中到目標上，而且能測量目標的方位。天線波束寬度的典型值約為1°或2°。輻射筆狀波束的波瓣圖天線尺寸部分取決於雷達的工作頻率和工作環境。由於機械和電氣容差與波長成正比，頻率越低，製造大尺寸的天線就越容易。在超高頻波段(UHF)，一個大型天線尺寸可達30米或更大：在微波頻率[如X波段]，尺寸超過3米或6米就算是相當大的。盡管有波束寬度窄到0．05°的微波天線，但雷達天線波束寬度很少小於0.2°，這近似對應於300個波長的孔徑。X波段大約為31ft，UHF波段大約為700ft。28天線

Antenna超外差式：

包括低

噪

聲

高

效混中頻放檢波、預視放任

務放大處理回波信號→CRT顯象所需的視頻信號放大處理回波信號→CRT顯象所需的視頻信號提供後續信號處理機的原始信號提供後續信號處理機的原始信號要求：高增益，高靈敏度，寬通頻帶，寬動態範圍。5）接收機

Receiver29任務：在觸發脈衝控制下產生掃描線並隨天線旋轉→顯象。在同步脈衝下產生刻度標誌→測R、

B.7）中頻電源

I.F

Power

Supply工頻電→中頻電3．雷達整機工作概況一幅雷達圖象的形成過程：顯示器屏上距離掃描線.→

發射機

→ T/R

→天線

→

目標

→

回波

→

T/R

→接收機

→

顯示器方位同步信號

→

顯示器

→掃描線上回波亮點.掃描線旋轉

→顯示平面圖象.雷達通電

→定時器→6）顯示器Display

（Indicator）二、現代雷達的組成感測器：普通雷達目標回波資訊感測器數據處理機：完成各種資訊運算處理及控制。3.

終端綜合資訊顯示器：電子地圖目標回波處理視頻字元數據趨勢：技術集成、資訊綜合、模組化、智能化。33§1.

4 ModernRadarPerformance

System一、ConvenientRadar發射恒載頻非相參信號（週期性大功率微波脈衝振盪信號）優點：設備較簡單能滿足探測、測量基本要求設備成本低局限性τ△f

≈1

時寬頻寬積近似為1。天線掃速慢，不利於快速即時跟蹤目標；結構難實現0.1°以下波束寬。結果：作用距離遠與距離分辯率高二者不可兼得二、Pulse

Compression

Radar採用τ△f

>>

1信號

寬τ發射→作用距離遠；接收時壓縮脈寬→

距離解析度

，

測距精度

。優點：可兼顧距離遠與高解析度、高精度。缺點：收發系統較複雜

。三、Single

Pulse

Radar

最大值法測角精度受限最大值法測角精度受限

單脈衝雷達用比較信號法測角，二波束交叉處變化率大

，測角精度高

。單脈衝雷達用比較信號法測角，二波束交叉處變化率大

，測角精度高

。原理上講只要分析一個回波脈衝，即可確定角數據，稱“單脈衝雷達”原理上講只要分析一個回波脈衝，即可確定角數據，稱“單脈衝雷達”優點：測角精度提高2.7

倍，同樣精度下造價低5倍。缺點：用機械掃描，難顧全方位探測與

跟蹤，故目前還不能取代常規雷達

。四、Phase-arrayRadar用靜止天線陣，通過控制各饋源的相位實現波束電掃描(

改變波束指向角）。優點：無慣性，波束快速控制；易獲得特定方向圖形

；可靠性高；天線靜止，易加固，抗風能力強

。缺點：過分複雜，造價高

；陣元間存在互耦，旁瓣難做低

。五、Pulse

Doppler

Radar採用無窮序列相參脈衝的發射信號，即由一組脈衝群構成的信號，各脈衝幅度、載頻、間隔相同，但各脈衝載頻振盪的相位有確定的關係（相參）。優點：

▲

“脈衝群”

可視作大τ△f積信號→r↑；▲其中每個脈衝又是脈衝信號形成→

△rmin↓（距離分辯率高），故可兼顧大距離和高分辯率要求；▲可獲取運動目標機動資訊→有利於解決避碰問題。六、

SyntheticapertureRadar裝有一個單元天線的運載體以等速直線運行，在間隔為d

的位置上，沿著1,2,3,……，n,n+1……位置，依次發、收雷達信號，把這些信號的相位和幅度及時存儲起來，在把當次和之前共n

次信號作向量相加處理，其結果與實際長天線陣各陣元信號的向量相加處理完全相同。用人工合成的等效孔徑，故稱“合成孔徑”（Syntheticaperture)，按此原理構成的雷達即“合成孔徑雷達”。優點：合成孔徑↑→波束寬↓→方位解析度↑。目前用於軍事偵察、海況探測，遙感技術及地質資源開發等各個領域。36§1.

5RadarWaveBandandIt’sCharacteristics一、microwave

band：λ=1m~1mmf=

300MHz~300GHz=1000MHz二、characteristics：似光性

,

λ<<目標尺寸，目標反射強

;大氣折射;H3.

天線尺寸一定時，λ↓→θo ↓

;大氣吸收→r↓

;大氣干擾↑

。波段fsλL1000～2000MHZ30cmS3050±50MHz10cmC4000～8000MHZ5.6cmX9375±50MHz3.2cmKu12.0～18GHZK18～27GHzKa27～40GHZV40～75GHZW75～110GHZ毫米波110～300GHZ表1.4.1 標準的雷達頻率命名法國際電信聯盟(ITU)為無線電定位(雷達)指定了特定的頻段。最初的代碼(如P，L，S，X和K)是在二戰期間為保密而引入的。儘管後來不再需要保密，但這些代碼仍沿用至今。地基雷達空基雷達38米波段(HF,VHF,UHF):早期雷達多工作在這一頻段,體系簡單可靠,輻射功率高,造價低，MTI性能好,受氣象因素影響小.應用在對空警戒引導雷達，電離層探測，超視距雷達中。缺點：目標的角分辨力低、體積大。分米波段（L、S）具有較好的角度分辨力，外部雜訊干擾小、天線和設備適中。應用在對空監視雷達。C波段是介於釐米波與分米波段之間的一種折衷方案，可以完成對目標的監視和跟蹤，廣泛使用於艦載雷達。對氣象因素有一定的影響。RadarWaveBandandIt’s

Characteristics39釐米波段：主要用於火力控制系統，體積小，精度高，可以得到足夠的信號帶寬。用於機載火控雷達、機載氣象雷達、機載多普勒導航雷達、地面炮瞄雷達、民用沒速雷達等。缺點：功率小，探測距離近，氣象因素影響大、外部雜訊（大氣雜訊）干擾大。因此多用於天氣雷達毫米波段：天線尺寸小、目標定位精度高、分辨力高、信號頻帶寬、抗電磁波干擾性能好。缺點：比釐米波段輻射功率更小，機內雜訊高、外部雜訊幹擾影響很大。受大氣衰減影響顯著。因此毫米波雷達僅工作在受氣象要素影響較小的某些頻率區間（大氣衰減與頻率增高不是單調增加，在有些區間的影響較小）。鐳射波段：具有良好的距離與角度分辨力，在測距和測繪系統中被選用。但功率小，波束窄，探測週期長，不能在複雜氣象條件下使用。但由於其波長短，現廣泛應用於對大氣成份的探測。RadarWaveBandandIt’s

Characteristics40§1.

6ClassifyingandUseof

Radar一、military

use1.

超遠程預警雷達

發現洲際導彈，

幾千KM；2.

搜索警戒雷達 發現飛機、艦艇，

≥100KM；3.

引導指揮雷達 殲擊機引導、指揮作戰

；4.炮瞄雷達

控制火炮；5.制導雷達

精跟蹤飛機、導彈；6.戰場監視雷達

發現坦克、車輛及其它活動目標；7.截擊雷達

裝在殲擊機上，視線差時搜索敵機；8.轟炸瞄準雷達

裝在轟炸機上，觀察確定投彈位置；其他：測高計、護尾、盲目著陸、艦對空搜索等。1.

超遠程預警雷達發現洲際導彈

，

幾千KM；2.

搜索警戒雷達發現飛機、艦艇，

≥100KM；3.

引導指揮雷達殲擊機引導、指揮作戰

；4.

炮瞄雷達控制火炮；5.

制導雷達精跟蹤飛機、導彈；6.

戰場監視雷達發現坦克、車輛及其它活動目標；7.

截擊雷達裝在殲擊機上，視線差時搜索敵機；8.

轟炸瞄準雷達裝在轟炸機上，觀察確定投彈位置；其他：測高計、護尾、盲目著陸、艦對空搜索等。二、Civil

Radar1.

船舶導航雷達船用雷達

導航定位,避碰

；岸用交管雷達

水上交管、調度、監控、報警

。航空交管雷達

空管、監視、調度、盲目著陸。機載導航及防碰雷達

導航、防碰、測速、測高、避雷雨區等。氣象雷達

觀測雲、霧、雨、雪、雹、颱風等

。機載或人造衛星，觀測地貌、地形、地球資源、保護森林5.

測地雷達資源。其他：汽車防碰。“雷達測速區”，衛星跟蹤

。三、Research天文雷達

探測宇宙天體。宇宙舴雷達

精測飛船位置，指揮飛船登月。其他：海洋、極地考察、雷達遙感。§1.

641TacticalandTechnologicalParametersof

Radar雷達的戰術參數是雷達完成作戰戰術任務所具備的功能和性能。雷達的技術參數是描述雷達技術性能的量化指標。雷達的戰術參數是設計雷達的依據，反之，雷達的技術參數決定了雷達的戰術性能。一、Definition

of

Main

TacticalParametersof

Radar421、探測空域：雷達能以一定的檢測概率和虛警概率、一定的目標起伏模型和一定的目標雷達截面積探測目標的空間。由雷達的最大探測距離、最小探測距離、方位與俯仰掃描角所構成的空間。2、目標參數測量：包括距離、方位、高度、速度、批次、機型和敵我識別等。3、分辨力：雷達的分辨力是指雷達能分辨空間兩個目標靠近的能力。包括距離分辨力、角度分辨力與速度分辨力。–

速度分辨力：是指能夠區分同一目標不同運動速度的最小速度間隔。也就是：

fd=2

v/

R

43角度分辨力：是指在同一距離上能夠區分兩個目標的最小角度

。

是雷達天線半功率點波束角。R距離分辨力：是指同一方向（角度）上能夠區分兩個目標的最小距離

R=C

/2。

是雷達發射脈衝寬度。T2T1

R雷達的主要戰術參數與定義4、目標參數測量精度：指雷達測量目標座標參數的誤差。通常用均方根值來表示由以下內容組成：

速度，

方位、

俯仰、

距離。5、目標參數錄取能力：雷達完成一次全空域探測後，能夠錄取多少批目標參數的能力。6、雷達抗干擾能力：雷達在電子戰環境中採取各種對抗措施後，雷達生存或自衛距離改善的能力。抗干擾措施包括：波形設計，空間對抗，極化對抗，頻域對抗，雜波抑制和戰術配合。7、可靠性/可維護性8、體積/重量/功耗9、工作環境/機動性44雷達的主要戰術參數與定義f0=C/

。451、雷達工作頻率：–

雷達工作頻率f0與波長

之間的關係為：2、雷達發射脈衝功率Pt。–

發射功率與平均功率Pav、脈衝重複週期（PRT）Tr，脈衝寬度

之間的關係為：

Pt=(

Tr

.Pav

)/

3、脈衝信號參數：–

包括發射脈衝寬度

、PRT

Tr

、

PRF

fr。雷達的最大不模糊距離為Rmax=0.8Tr.C/2二、DefinitionofMainTechnologicalParametersof

Radar46§2.1概述一、任務及基本組成1.任務：在┻控制下產生週期性大功率微波脈衝振盪，作為雷達發射信號。（從T/R、饋線送天線輻射出擊）2.基本組成有二種類型：(1)主振放大式

至天線fsfs主控振盪器中間射頻功放末級射頻功放脈衝調製器定時器電源fs(2)單級振盪式至天線定時器脈衝調製器大功率射頻振盪器電源船用雷達用第(2)種二、主要技術指標

根據

雷達用途

使用性能是雷達發射機電路設計、製作的依據。1.工作波段λ：s、c、x、Ka

λ=10cm5cm3cm0．8cm船用雷達用10cm(s波段)、3cm(x波段).λ或fs直接影響作用距離GA、σ、δ

抗干擾(雨雪、海浪)性能2.發射脈衝功率Pt：τ內射頻振盪的功率（KW）

Pt↑

→rmax↑

電路、結構複雜，可靠性↓，造價↑

磁控管可選？目前：Pt=幾~幾+KW

Pc=幾~幾+W精度tφ、解析度τ、3.脈衝寬度τ：射頻振盪持續的時間。（μs）t↓→

距離解析度↑盲區↓測距精度↑τ↑→Pt·τ↑→rmax↑

τ↑→Pt·τ↑→rmax↑：近量程窄τ高解析度0.05～0.1μs

遠量程寬τ作用距離遠0.5～1.2μs

中量程中τ兼顧上述三者0.2～o.4μs

4.脈衝重複頻率F：每秒鐘發射的次數（Hz）要保證最大量程的正常探測F↑→回波脈衝積累數個→rmax↑F=400~4000Hz

F隨量程而變：近量程高F遠量程低F中量程中F為何？49§2.2磁控管振盪器一、多腔磁控管的結構及特點

是用來產生釐米波大功率微波振盪的器件。1.結構

特殊結構的必要性:引線是感;分佈電容;電子在管內的渡越時間.特殊結構的“二極體”+強磁場1）陰極

內裝螺旋燈絲，加熱陰熱。旁熱式;

發射係數5~100A/cm2;限制普通L、C振盪器振盪頻率↑的因素：2）陽極

園柱形銅塊，四周挖有8~14個對稱園洞，每洞有縫隙，構成振盪腔體。（壁——等效L；縫——等效C）兩側有蓋極.各腔高頻場有磁交連，縫口構成直→交流能量交換的作用空間。3）磁鐵

用永久磁鐵→恒定磁場，方向//陰極軸線，均勻通過作用區。fs↑→要求磁場↑λ=3cm

B=5000高斯;4）輸出裝置

要求管線匹配；

密封（管內抽真空）；

有足夠功率和場強容量。振盪能量輸出裝置同軸線λ=3.10cm時用波導型λ<1cm時用2.結構特點：

1）管、路合一；

2）有陰、陽極，形同二極體；但陰極上有腔體，其尺寸決定了分佈電感，分佈電容值，從而決定固有fs；3）加有磁場，電子受正交電、磁場雙重控制、故稱“磁控管”。λ=1cm

B=10000高斯二、磁控管振盪器工作原理

為何起振？

為何獲得能量補充而維持等幅振盪？(為何滿足相位、幅度平衡條件？)1.起振——高頻電磁場的初步形成。燈絲通電→加熱陰極陰極加→陰極放射電子並誘起腔體內微弱的高頻振盪。高頻交變電磁場見圖6。2.能量補充——等幅高頻脈衝振盪的形成直流能量→交流能量靠電子流為“媒體”管內電子受三種場作用

直流電場（A—K間）恒定磁場腔體上高變電磁場陰極放射的電子流怎樣充當將直流能量轉換成微波振盪交流能量的媒介作用？1)電子在正交恒定電磁場中的運動——旋轉電子雲的形成電子在恒定電場中受電場力運動電子在恒磁場中受各侖磁力電子在正交恒定電磁場中的運動軌跡——擺線。B不同,電子運動軌跡不同:ua一定時：1．B=0iamax

2．B<Bc有iQ

3．B=Bc

臨界4．B>Bc

ia=0選擇B略>臨界Bc下工作，則從陰極飛出的電子將掠過陽極表面再返回陰極，大量電子參與這一運動，便形成“旋轉電子雲”。2）旋轉電子雲與高頻場的相應作用——動態能量交換π型、8腔、振盪後在“相互作用區”的能量交換示意圖.dcauab+_5.波形與頻譜

前沿tr≈（0.1～0.2）τ後沿tf≈（0.2～0.4）τ頂部波動△u/μ≈0.02～0.0.5

波形失真影響距離解析度工作穩定性頻譜：可見，主瓣寬度2/τ，隨τ↑而↓。主要能量集中在主瓣。6.總效率

磁控管η1≈60%

測距精度f調製器η2≈40%總效率ηt≈30%高頻場：切向向量供能=耗能→形成等幅振盪法向向量“車幅狀”電子群旋轉運動，每Ts/2轉過一個腔縫口，即“同步條件”：Vt——有益電子切向平均速度Ve——電子平均移動速度S——鄰縫間距可見

E↓→fs↓

B↓→fs↑

a類電子供能，而b類電子耗能使電子群聚到最有利交換能量的位置——“群聚”。可見，影響fs的因素有：腔尺寸→因有振盪頻率E.B（高壓E？B？)負載（匹配？）三、使用維護1．外部工作條件

1）燈絲電壓

要求C分↓；耐高壓；大小合適——（1）太低→打火；（2）太高→壽命↓；開高壓後，減少或取消。2）陽極特高壓陽極接地原因與磁鐵靠近，難絕緣；陽極塊大，C分大；陽極與波導近、接地安全。2．磁控管電流測量測的磁控管電流ia是充放電平均電流。3．維護1）低壓開3~5min後開高壓(發射)；2）“老煉”(去管內殘存氣體)；3）冷卻風扇，俁環境溫度；4）存放離鐵磁物質≥10cm；兩管間距≥20cm；5）負載要匹配；6）防微波輻射。電流錶RC燈絲電壓~§2．3脈衝調製器

一、任務、特點

任務：在控制下產生負極性特高壓、矩形調製脈衝。

τT特性：週期性脈衝工作比

脈衝孔度比由高壓電源Ea和快速開關K組成產生負極性特高壓矩形調製脈衝方案。電源利用率很低。

可否採用“水庫式”工作？

磁控管+_EaKIao二、組成分類

1.並聯電路——方案之一儲能元件與振盪器“並聯，限制器兼作充電限流元件。

K→“1”充電儲能Wc≈Pc·TK→“2”放電、放能Wτ=Pt·τ若無損耗，則Wc=Wτ

可得K→“1”：電源以“細水長流”方式。如同水庫平時儲水；以小功率，長時間儲能在“儲能元件”內；K→“2”；以大功率，矩時間放能到負載（磁控管）“振盪器”；以“長時間”換取大功率，所得增益為S。2.串聯電路——方案之二儲能元件與振盪器“串聯”；限制器還防止K閉合時電源被短路。

脈衝調製器構成主要器件：

儲能元件：電容、電感、仿真線（由電感電容構成）；

限制器：限流電阻、搶流圈；

限制器：限流電阻、搶流圈；；

調製開關：電子管、閘流管、磁開關、可控矽剛性開關軟體開關固態開關船用雷達常用三種脈衝調製器：（1）電容儲能、部分放電式剛性管脈衝調製器；（2）仿真線儲能、完全放電式軟性管脈衝調製器；（3）電容/仿真線儲能、完全放電式，因態開關脈衝調製器。二、剛性脈衝調製器1.典型電路1.電路說明：

G1——真空管調製管

G2——磁控管R1——限流電阻C3——儲能電容R2——充電電阻Co——分佈電容2.真空管(電子管)——剛性開關特點：耐高壓、大電流、壽命短（幾十KV幾十~幾百A）；導通內阻小(幾十Ω)→η放高；通斷利爽，“剛性”→波形好；休止期截止→免損耗；需小功率預調脈衝，要求波形好。2.工作概述

1)工作過程+Ea經R1、L對C3充電至UC3max≈+Ea

C3經G1向G2放電，產生來：使ug使G1通，“K”閉合

結束：G1又止，C3又由+Ea充電。無入：一Eg使G1止注意：

在τm內，C3只放部分電荷。UCmin≈+UCmax稱“部分放電式”

。2)電路分析要點

分析思路：畫充放電等效電路→列微分議程→按初始條件簡化方程，得充放電流、電壓運算式→畫曲線、分析→結論。（1）C3充電C0<<C3

D內阻<<R1

可略

R1icC3CR1+—EaUC3輸出的τm、F及波形取決於Ug，但幅度大增，故實為倒相大功率脈衝放大器。進一步分析表明：

所需電源：

部分放電時，Ea≈Uc3min極近於Uc3max!完全放電時，Ea≈1.6Uc3max

充電效率:部分放電時，ηc→100%完全放電時，ηc<50%結論：從所需電源高低及充電效率高低看，均採用部分放電較有利，只有對於更大功率雷達，要Ua、Iao很大，C3、G1承受不了，才不得不用完全放電式。（2）C3放電

等效電路：Ri1—G1內阻Ri2—G2內阻RD—二極體D內阻C3—儲能電容(3)峰化電感L及削反峰二極體D作用

L與Co構成振盪電路t=τ放電結束時，L上感應上正、下負電壓加速脈衝後沿（tf↓)；正向振盪用D削去。三、軟性脈衝調製器

1.典型電路1）電路說明圖14

L——充電電感

D——隔離二極體G1——閘流管（軟性開關管）X——由電感、電容接成的仿真線B——脈衝變壓器G2——滾控管D1、R2——X過壓保護元件；2）閘流管特點

內部充氫，有電離和消電離時間，開關通斷不利爽，稱“軟性管”；

單向控制，零偏壓，正啟動特性；

通：前沿要陡，幅度低，預調器簡單；斷：Ua降到100~150V時，Ia<I0（導通維持電流）時；輸出功率P0大，內阻小，η高。C2R3——消肩峰元件2.工作概述

1)工作過程

無G1止，在T—τ內，+Ea經L、D、B初級對X充電、儲能。

Vc=Vcmax≈2Ea後由D隔離保持。來G1通，經G1對B初級等效負載放電，若負載與X特性阻抗匹配，則B初級獲得幅度為Vcmax/2、寬度為τ的調製脈衝，經B升壓後送到G2。2)電路分析要點(1)X充電——直流諧振充電充電等效電路L——充電電感r0——充電回路總電阻，含L損耗電阻D內阻

B初級電阻

C0——X等效總電容

C0=ncn—節數；c單節電容式中：圖Lr0C3+—+Eaic∵是全部放電UComin=0∵實際可做到充電電路品質因數Q0=10～20則則ic=(t)·UCo(t)二式可簡化為：

D隔離作用

ttT0/2T0

D隔離作用

t注意：

（2）X放電——調製脈衝的形成鏈型仿真線特性阻抗節數k=4

單節電感L1=L2=L3=L4

單節電容C1=C2=C3=C4

C3C2C1L4L3L2L1

X放電等效電路—

2EaZc=RL+RLkEaEa放

X放電幾種情況匹配放電根據完全放電、能量平衡式可寫為：

可得仿真線單節L1、C1算式：

URLEa

t

URL

Ea

tRL>ZC

正失配URL

為衰減階梯形放電

E/2

E/2

URL

RL>ZcURL

ttRL＜ZcRL<ZC

正負正配URL呈衰減振盪方波實際工作在匹配或略負失配下，以得到矩形脈衝輸出，因負失配而出現的反向脈衝可用D1、R2消除。URL(0)E/2URL(0)E/2

2.5z-TransformsofSeries

1.DefinitionofZtransform(ZT)（doublesides）Zisacomplexvariable對比上面兩個式子發現:此式表明:單位圓上的z變換就是序列的FT.如果知道序列的ZT,根據上式,可以很快在求出它的FT,其條件是ROC中包含單位圓Forexample:Thepoleisz=1,whichmeansZTisinvalidinunitcircleandsotheFTisinvalideither.butifweuseaimpulsefunction,it’sFTcanbedenotedasTable2.3.2shows.

singlesidez-transformisdefinedas:ConditionofZ-transformTransferfunction（傳遞函數,系統函數）ofthefilter(orsystem)：表徵系統的複頻域特性,

(z變換的性質)（1）Linearityproperty(線性性質）:

（2）Delayproperty（時延性）:

2.PropertiesofZ-transform（3）Sequencemultipliedby：

（序列乘以）（4）Sequencemultipliedbyn

（序列乘以n）（時域卷積性質）y(n)=h(n)*x(n)Y(z)=H(z)X(z)（5）Convolutionpropertyinthetime-domain:（5）Conjugateofcomplexsequence(複數取共軛)（6）initialvaluetheorem(初值定理)Isacausalsequence,then:（7）finalvaluetheorem(終值定理)Isacausalsequence,exceptoneone-orderpoleinz=1,otherpoleslieinsidetheunitcircle,then:（8）Complexconvolutiontheorem(複卷積定理)（9）ParsevaltheoremZ變數取值收斂域一般用環狀表示

3.RegionofConvergence(收斂域ROC)Z變數取值的域:

ForExamples:|z|>a|z|<a2.5.2序列特性對收斂域影響1、有限長序列。主要注意0點與無窮遠點。其他的點都收斂.對於n1<n<n2;2、右序列。3、左序列。4、雙邊序列。對因果和右邊序列

ROC>a

對逆因果和左邊序列

ROC<a對雙邊序列

b<ROC<a

對有限信號（序列）Radius半徑(圓外)(圓內)(圓環內)(全Z平面)Causalsignalsanti-causalityMixedsignals4.Inversez-TransformX(z)anditsROCuniquex(n)

（部分分式展開法）thePartialFractionExpansionMethod:IZTN(z)thenumeratorpolynomial

分子多項式D(z)thedenominatorpolynomial

分母多項式PipolesofX(z)orzerosofD(z)X(z)的極點或D(z)的零點

如果分母多項式的階次大於分子多項式的階次，則：單極點時，部分分式展開項的係數Ai為:hereA0=X(z)|z=0如果分母多項式的階次等於分子多項式的階次，則Quotient商remainder餘數

如果分母多項式的階次小於分子多項式，則用長除法，得IfthepolesofX(z)arethecomplex-conjugatepairs:共軛複數左邊序列：Z的升冪排列右邊序列：Z的降冪排列(正冪）長除法:page50ImportantZTofseriesPage51

Example:描述某系統的差分方程為y(n)-4y(n-1)+3y(n-2)=f(n-1)+2f(n-2)試求系統函數和沖激回應。解：等兩端取z變換，得所以則沖激回應為N階差分方程：Solvedifferenceequationwith

z-Transform（差分方程的Z域求解）Methodtosolvedifferenceequation:Method1:採用雙邊Z變換（無初始狀態或零初始狀態）Method2:採用單邊Z變換（有初始狀態）解：等式兩端取單邊z變換，得例y(n)-ay(n-1)=u(n),y(-1)=1,

试求y(n)。解：例：已知下麵的系統函數，求系統的差分方程。2.6離散系統的系統函數和頻率回應系統函數：頻率回應：單位圓上的系統函數(傳輸函數)穩定性：（穩定的系統收斂域包括單位圓）1、零極點分佈對系統因果、穩定性的影響：離散系統穩定的充分必要條件是：

TheROCofH(z)containtheunitcircle(單位圓)unitcircleunitcircleunitcircle

Causality(因果性)：inthez-domain因果、穩定系統：H（z）的收斂域為：（ROC包含單位圓且極點均在單位圓內）2、利用零極點分佈確定系統的頻率特性：位於原點的零極點不影響只影響設系統穩定,將z=e^jw代入上式相量相減的向量幾何表示法:從Cr

單位圓上的e^jw零點向量極點向量B為單位圓上的一點,對應jw的角度,Cr是零點,dr是極點單位圓附近的零點使得分子變小，形成波谷，越靠近單位圓，波谷越低極點使形成波峰，極點越靠近單位圓，波峰越尖銳。例1：TheshapeofthespectrumX()isaffectedbythepole/zeropatternofthez-transformX(z).zerodippolepeak|X()|0ωωω1φ1

2.6TransferfunctionsEquivalentDescriptionsofDigitalFilters•systemfunctionH(z)（傳遞函數）•Frequencyresponse/transferfunctionH()（頻率回應）•Blockdiagramrealizationandsampleprocessingalgorithm（方框圖及採樣演算法描述）•

I/Odifferenceequation（輸入輸出差分方程）•Pole/zeropattern（零極點描述）•Impulseresponseh(n)（沖激回應）•I/Oconvolutionalequation（卷積）systemfunctionH(z)impulseresponseh(n)I/Oconvolutionalequationpole/zeropatternI/Odifferenceequation(s)filterdesignmethodfrequencyresponseTransferfunctionH()block-diagramrealizationsampleprocessingfilterdesignspecifications

2.7Pole/ZeroDesigns設某一離散因果穩定系統有一對共軛複數極點。0<R<11pp*z-plane-ω0ω0Weobtainthetransferfunction:Wherea1=-2Rcosω0,a2=R².If|H(ω0)|=1,thenResonator諧振器3-dBwidth3分貝帶寬1/210

ωω0

/2

•

NotchandCombFilters|H(ω)|²ω0

陷波器梳狀濾波器polezerounitcircleunitcircle

2.8z變換與拉氏變換的關係

1.連續信號的FT與STFTST(S的收斂域包含虛軸)經過採樣的信號為：2.LT與ZT關係則從拉氏變換到z變換是單值映射，從z到s域是多值映射關係。連續信號的ST與離散信號ZTRelationshipbetweenSplaneandZplaneSplaneZplane虛軸（σ=0）（r=1）單位圓左半平面（r<1）單位圓內右半平面（r>1）單位圓外

從S到Z是單值映射，從z到s域是多值映射關係。σjΩZTπ/T-π/T3π/TSTR=eσT=1

forthewholeplane

multi-valuedmapping多值映射信號及系統的分析方法:時域分析法頻域分析法模擬系統:信號:連續變數時間t的函數來表示系統:微分方程描述分析方法:LaplacetransformandFouriertransformgetafrequencydomainfunction.

2.1Fouriertransformof

discrete-timesignal(FT)Fouriertransformof

discrete-timesignal(FT)離散系統:信號:用序列來表示,引數取整數,其他時刻無定義.系統:用差分方程描述分析方法:Z變換或FT.注:以後本書中的FT指的是離散序列的Fouriertransform.

（離散時間信號的傅立葉變換）DefinitionofFTx(n)——discrete-timesignal——Fouriertransformofdiscrete-timesignal(FT)（相對角頻率，數字角頻率）(FT)從採樣的信號拉氏變換或z變換，不難得出：（令，）離散時間信號的傅立葉變換的定義：(FT)Condition:(IFT)Example1:page291、FT(序列FT)的週期性：

PropertiesofFT(n&M

areintegers)時域頻域連續非週期離散週期週期離散序列的傅立葉變換是頻率ω的週期函數，週期為2。ω=±，±3：序列的最高頻率ω=0,±2，±4：直流分量分析域：[-，]或[0，2]對比ω•2ππ-πΩ•ΩsΩs/2-Ωs/2••••X(jΩ)ΩΩm-Ωm3、時移與頻移性質:4、時域卷積定理2、線性性質5、頻域卷積定理

6、對稱性：序列的共軛對稱:設有實偶虛奇序列的共軛反對稱:設有（實奇、虛偶）一般實序列一般序列偶序列奇序列共軛對稱序列共軛反對稱序列對於頻域函數X(),也有類似的結論：其中共軛對稱共軛反對稱而（a）序列分成實部與虛部時:其中顯然，其實部是的偶函數，虛部是的奇函數，符合共軛對稱的定義。再看符合共軛反對稱的定義。（b）序列分成共軛對稱與共軛非對稱時:其中

證明：所以

實因果序列h(n)，其FT只有共軛對稱部分實偶虛奇幅度函數（ω的偶函數）相位函數（是ω的奇函數）TableofFTPage352.3週期序列的離散付裏葉級數因為週期序列在時間域內不是絕對可和的,即:因此週期序列的FT不存在。但是對於週期性函數，可以展開成FS（FourierSeries）對應的週期復信號的Fourier級數：連續時間的週期實信號表示：連續時間Fourier級數是以N為週期的週期序列：這裏：K表示諧波次數K次諧波強度傅立葉級數係數同樣可得：X(n)傅立葉級數將週期序列分解成N次諧波所以可以得到一個變換對DFS：Wecangettwographicsofthisproblem.1:periodicdiscretetimeseriesinN=8.2:discretespectrumlines.Comparision:1:FTofpage29,continousspectrum

非週期信號的譜型是連續的.2:FSofpage37,discretespectrum

週期信號的譜型是離散的.Example1:page36FourierTransformofPeriodicSeries模擬系統中:對於其FT是在處的衝擊函數:離散系統中:對於週期為有理數,與模擬系統具有相同的形式.因為:為在處的單位衝擊函數Example2and3

page39FourierTransformofPeriodicSeriesAttention:1:DifferenceofDFSandFT.Thiscanbeidentifiedbetweenabovetwoequations.Unit,amplitude….2:Differencebetweenunitimpulseseriesandunitimpulsefunction.3:thecommonpropertiesofDFSandFT.2.4與的關係對模擬信號經時域採樣，得

如離散序列X(ejω)與Xa(jΩ)之間有什麼關係，在模擬信號數字處理中，是很重要的問題。為分析上面提出的問題，我們將表示成無限多個積分和，每個積分區間為令，代入上式後，再將Ω′用Ω代替，得到式中，e-j2πrn=1，交換求和號和積分號得到代入ω=ΩT，得得到序列FT週期模擬信號頻譜

序列的傅裏葉變換和模擬信號的傅裏葉變換之間的關係，與採樣信號、模擬信號分別的FT之間的關係一樣，都是Xa(jΩ)以週期Ωs=2π/T進行週期延拓。結論：

與的關係比較模擬頻率與數字頻率的定標關係序列的FT週期

-1-0.500.51

-1-0.500.51例2.4.1設對採樣，求和的傅立葉變換以及的FT。解：連續信號的傅立葉變換採樣信號的傅立葉變換離散時間信號的傅立葉變換FT§4.1

雷達終端顯示器雷達終端顯示器用來顯示雷達所獲得的目標資訊和情報，顯示的內容包括目標的位置及其運動情況，目標的各種特性參數等。CUIT雷達顯示器的主要類型一、距離顯示器及常見畫面：一維顯示器主波回波A型顯示器J型顯示器主波回波主波回波A/R型顯示器CUIT二、平面顯示器及常見畫面二維顯示器：同時顯示雷達目標斜距和方位

平面顯示器（PPI顯示器）B式顯示器090200km0kmCUIT雷達圖說明：中心點為廈門（氣象臺），每距離圈60公里，可覆蓋300公里範圍。PPI-平面強度圖：可以想像為從空中俯視地面時所看到的雲的分佈情況。仰角：雷達天線掃描線與地面的夾角。DBZ：雷達回波的強度值，數值越大，強度越強，反映在現象上雨越大。距離：指總距離圈為300公里。時間和日期：指觀測的時間，每天固定時次觀測（08、11、14、17、20、23時）,有回波時資料更新。雷達平面顯示圖示例CUIT三、高度顯示器及常見畫面

二維顯示器：同時顯示雷達目標斜距和仰角或斜距和高度

高度顯示器斜距仰角高度顯示器0km200km20km0kmCUIT雷達高顯強度圖說明：座標原點為廈門氣象臺雷達高度顯示器示例CUIT四、綜合顯示器及常見畫面CUIT§4.2

距離顯示器A型顯示器組成框圖及顯示原理方波產生器

鋸齒電壓形成電路差分放大器

振鈴電路

限幅放大

刻度形成

移動距標形成輝亮放大視頻放大器脈衝觸發雷達回波CUITCUITCUITA/R型顯示器CUITA/R顯示器畫面CUITCUIT§4.3

平面位置顯示器平面位置顯示器又稱為P型顯示器，它以極座標的方式表示目標的斜距和方位，其原點表示雷達所在地，目標在螢光屏上以一亮點或亮弧出現，又叫亮度調製。根據方位掃描的方式不同，平面位置顯示器主要有兩種類型：動圈式和定圈式平面位置顯示器。CUIT動圈式平面位置顯示器CUIT1.距離掃描CUITCUIT2.方位掃描CUIT3.方位刻度CUIT定圈式平面位置顯示器1.方位掃描的基本原理CUITCUIT2.掃掠電流的產生CUITCUIT§4.4

電腦圖形顯示在現代雷達系統中，微處理機技術的出現使電腦圖形顯示得到普遍應用。很多現代雷達系統使用微處理機或微電腦作信號處理器和圖形顯示。實際上現代雷達系統的圖形顯示已和電腦融為一體，電腦收集的資訊經過處理可以用顯示、繪圖、列印等方法輸出。CUIT電腦信號控制、處理、存儲電路顯示讀出裝置操作員電腦通信裝