随机信号全册配套完整课件

随机信号全册配套完整课件前言1.张明友,张扬,“随机信号分析”.电子科大出版社,2002年.2.陆大经,“随机过程及其应用”清华大学出版社,1986年.3.王永德,王军,“随机信号分析基础”.电子工业出版社,2003年.教材：

常建平,李海林“随机信号分析”.科学出版社,2006年.参考书4.赵淑清,郑薇,“随机信号分析”.哈工大出版社,1999年信号与消息人们相互问询、发布新闻、广播、图像数据传递，其目的都是要把某些消息借一定的信号传送出去。信号是消息的表现形式，消息则是信号的具体内容历史发展1、古代中国古代，烽火传送边疆警报古西腊，火炬位置表示字符信号击鼓鸣金，报送时刻，传达命令---声信号信鸽、旗语、驿站距离、速度、有效性、可靠性？2、近代1837年，Morse，电报1876年，Bell，电话19世纪末，Hertz，波波夫，马可尼，电磁波传送电信号1901年，马可尼，横渡大西洋的无线电通信从此，传送电信号的方通信方式得到了广泛应用和迅速发展3、现代GPS，精度10米以内个人通信：呼叫、语音、图像、数据传输、网络原始光通信信号分类描述信号的基本方式是写出它的数学表达式，为一时间函数，函数的图像称为信号的波形确定信号随机信号周期信号非周期信号连续时间信号离散时间信号随机过程(信号)自然界变化过程通常可分为确定过程和随机过程两大类,随机信号分析是研究随机变化过程规律性的一门学科,是电子科学与技术、信息与通信工程各专业的重点专业基础课。随机信号分析的理论是推动众多学科发展的重要基石,这些学科也为随机信号分析提出了许多重要课题。70年代以前,信号处理往往局限于平稳的、高斯的信号和噪声环境。到80年代中后期至今,形成了一个崭新的非平稳、非高斯、非最小相位特性的随机信号分析与处理的理论框架,并且以迅猛的速度在发展。本课程主要内容概率论基础随机过程和随机序列

随机信号的频域分析系统对随机信号的响应窄带随机过程与其它课程的关系是《概率论》课程的后续课程错误1：概率论学的不好，就放弃了。错误2：概率论还可以，第一章可以不学。是其它课程的基础课程，如：图像处理、语音处理、信号检测、谱估计、自适应滤波、小波分析、雷达技术等数字信号处理、通信原理、编码原理、线性控制系统等考核办法考核成绩由平时成绩与结课成绩两部分组成：平时成绩：30%平时作业及考勤： 15%大作业： 15%结课考试成绩：70%任课老师：韩雁飞办公室：北教12-211电话：24092437Email：yfhan@机载监视系统AirborneSurveillanceSystem课程简介本课程性质： 专业限选课，面向电子专业，内容不断更新，可直接为民航机载监视类设备原理提供基础知识和相关实验。本课程安排：学时：36学时（课堂教学28学时，实验8学时）课堂教学内容：

1.AirborneWeatherRadar(WXR) 2.SecondarySurveillanceRadar(SSR) 3.TrafficCollisionAvoidanceSystem(TCAS) 4.EnhancedGroundProximityWarningSystem(EGPWS) 5.AutomaticDependentSurveillance-Broadcast(ADS-B)教学目的：了解民航机载监视相关设备的原理，掌握相关专业词汇。教材：

编写中 成绩：考勤+作业：15%；实验：30%；考试：55%。11CivilAviation

English行业性英语，其覆盖内容几乎包含了民用航空企业的所有部门航空企业的雇佣条件大多包含英语水平，即使入职后，仍会进行民航英语学习，并且随着民航事业的不断发展，各航空企业对在职员工民航英语要求也越来越高。行业特色明显

-缩写非常普遍

-专业词汇较多-维修手册(AMM,FIM,CMM,WDM等)，试航指令（AD），服务通告（SB）等都是英文。12缩写（Abbreviation）Example1：AOCAOC：AirlineOperationalCommunicationsAOC：AirlineOperationControlAOC：AircraftOperationsCentreAOC：AircraftOperatingCompanyAOC：AeronauticalOperationalControlAOC：AeronauticalOperationalCommunicationsAOC：AirOperator’sCertificateAIS(En)AeronauticalInformationServicesSIA(Fr)Serviced’InformationAéronautiqueACC(En)AreaControlCentreCCR(Fr)CentredeContrôleRégionalExample2：AIS,ACC13专业词汇（Specializedvocabulary）TaxiwayCabinPitch/roll/yawAltitudeNauticalmileApproachflight/aircraft/plane/aeroplane/airplane/jet/helicopter/glider/UAV14Introductionto

AirborneSurveillanceSystem中国民航大学电子信息工程学院Outline1Generalintroduction2Surveillancefunctions3Surveillancesensors16Outline1Generalintroduction2Surveillancefunctions3Surveillancesensors17GeneralintroductionThelifeofaflightSafety?ReminderonAirTrafficServicesTheobjectivesoftheAirTrafficServices(ATS)

Ob1：preventcollisionsbetweenaircraft（避撞）

Ob2：preventcollisionsbetweenaircraftonthemanoeuvringareaandobstructionsonthatarea（避撞）

Ob3：expediteandmaintainanorderlyflowofairtraffic（有序）

Ob4：provideusefuladviceandinformationforthesafeandefficientconductofflights（安全高效）

Ob5：notifyappropriateorganizationsregardingaircraftinneedofsearchandrescueaid,andassistsuchorganizationsasrequired（预警）ReminderonAirTrafficServices

ATScomprisethethreefollowingservices(1)Theairtrafficcontrolservice,:

•Areacontrolservice:theprovisionofairtrafficcontrolserviceforcontrolledflights,inordertoaccomplishobjectives1&3;•Approachcontrolservice:theprovisionofairtrafficcontrolserviceforarrivalordeparture,inordertoaccomplishobjectives1&3;•Aerodromecontrolservice:theprovisionofairtrafficcontrolserviceforaerodrometraffic,inordertoaccomplishobjectives1,2&3.(2)Theflightinformationservice,toaccomplishobjective4.(3)Thealertingservice,toaccomplishobjective5.Relationship21SurveillanceitemsPSR(WXR)SSR(ATCRBS)SDPS,FDPSA-SMGCSSafetynets(STCA(TCAS),MSAW(EGPWS))ADSMLAT(Multilateration)andWAM

22STCA23ShortTermConflictAlertMSAW24MinimumSafeAltitudeWarningICAO(国际民用航空组织)25InternationalCivilAviationOrganizationAppendix10:AeronauticalCommunicationsBook1RadioNavigationAidsBook2CommunicationProceduresincludingthosewithPANSStatusBook3CommunicationsSystemsBook4SurveillanceRadarandCollisionAvoidanceSystemsBook5AeronauticalRadioFrequencySpectrumUtilizationSurveillancestructure26Outline1Generalintroduction2Surveillancefunctions3Surveillancesensors272SurveillancefunctionsSurveillancepurposeswithinCNSSurveillanceconceptsCommunicationControlaircrafttrajectoriesbygivingpilotsinstructionsNavigationProvidepilotsmeanstofollowtherequestedtrajectoriesontheirown

SurveillanceKnowwhereaircraftsareatagiveninstantKnowtheretheyaregoingto29SeeAMMtoreviseanddistinguishCNSServicesCommunication–Fixed/MobileService•VoiceCommunication•Data-CommunicationNavigation–GroundBasedNavigationSystems•ILS,VOR,DME,VDF…–AirspaceBasedNavigationSystems•GPS30Surveillance–NonCooperative•PSR–Cooperative•SSR,MLAT–Dependant•ADS/B/CPhasesofFlight31AssociatedServices32Surveillancefunctions•SurveillancewithCOMandNAVisanessentialelementofintegratedATMoperations•Providesthenecessaryinformationtoensuresafeandexpeditioussequencingofairtrafficcontrol•Realtimereportofairsituation:–Positionandidentificationofmovingtargets–Detectionandalertsforconflictsituation(safehorizontal/verticalseparation)•Appropriatedataprocessing,distributionanddisplaystotheusers–Ground:controllerposition–Airborne:pilotposition33Outline1Generalintroduction2Surveillancefunctions3Surveillancesensors34SurveillancesensorsAirborneWXRSSRtransponderTCASEGPWSADS-B35WXR:AirborneweatherradarWXRprovidestheflightcrewwitharepresentationofweather(compensatedfora/cattitudes):-Localization(tiltanddistance)anddensityofwaterparticles-Turbulenceinformationandwindsheardetectionthroughparticlehorizontalspeeddetection36反射率(mm/h)颜色显示无雨区<0.76小雨区0.76~3.81中雨区3.81~12.7大雨区12.7~50.8暴雨/湍流>50.8AirborneWXR37SSRandtransponder38TCAS/ACASTCAS：TraficCollisionAvoidanceSystemACAS：AirborneCollisionAvoidanceSystem39EGPWS/TAWSEGPWS:EnhancedGroundProximityWarningSystemTAWS:TerrainAwarenessWarningSystem40ADS-BADS-B:AutomaticDependentSurveillanceBroadcast41SensorsPosition42SensorsPosition43SensorsPosition44PerspectiveAESS(AircraftEnvironmentSurveillanceSystem)=TAWS+TCAS+ATCtransponder+Weatherradarwithinasingleequipment,alsocalledISS(IntegerateSurveillanceSystem).

From5surveillancesystems(22to30MCU)+7antennasto45本课程整体安排1Introduction(2)2AirborneWeatherRadar(10)3SSRtransponder(6)4TCAS/ACAS(4)5EGPWS/TAWS(4)6ADS-B(2)46BasicsforAviation-Alphabet47BasicsforAviation-unitHorizontaldistance(NauticalMile):1NM=1852mSpeed(Knot):1kt=1NM/hVerticaldistance(Feet):1ft=0.3048m

48AirborneWeatherRadar(WXR)中国民航大学电子信息与自动化学院ContentsCon1：RadarprincipleCon2:IntroductiontoWXRCon3：Ranging,Azimuthmeasurement,MTICon4：Transmitter,ReceiverCon5：Antenna,CP,Display50AirborneWeatherRadar(WXR)

Con1：RadarprincipleOutlinesForCon10雷达历史1雷达的定义和类型2雷达探测目标的原理3雷达基本组成4雷达方程52Con1-0雷达历史Whyweneedradar？ATCfunctionProvisionofsafeandexpeditioussequencingoftraffic;Provisionofsafehorizontalandverticalseparation;Safemeaning:Nocollision53Separationminima54Formercontroller55Currentcontroller56PPI:PlanPositionIndicator5758PPIandcluttersCon1-1雷达的定义和类型RADAR:RAdioDetectionAndRanging雷达：无线电探测与测距Oneofthemostimportantsurveillancesensors59Con1-1雷达的定义和类型60PSR:PrimarySurveillanceRadarSSR:SecondarySurveillanceRadar雷达频段WXR:9300~9375Mhz61Con1-1雷达的定义和类型Con1-1雷达的定义和类型62Con1-1雷达的定义和类型63Con1-1雷达的定义和类型•Radarisanelectromagnetic（EM）systemforthedetectionandlocationofreflectingobjectssuchasaircraft,ships,spacecraft,vehicles,peopleandthenaturalenvironment.•Radarcanperformitsfunctionatlongorshortdistancesanditcanoperateindarkness,haze,fog,rain,andsnow.Itsabilitytomeasuredistancewithhighaccuracyandinallweatherisoneofitsmostimportantattributes.•Therangeofradarscanexceedhundredsofmilesandtheycanbeplacedonmobileplatformsgreatlyincreasingtheireffectivity.64Con1-1雷达的定义和类型按雷达接收回波方式

一次雷达（PSR，PrimarySurveillanceRadar）：发射一束射频能量，接收由目标反射回来的一小部分能量，主要用于进近和场面。(Non-cooperative,2Dposition)

二次雷达（SSR，SecondarySurveillanceRadar）：发射一组飞机应答机可以识别的特征脉冲，由飞机在约定时间间隔内发射一串应答编码脉冲，主要用于航路。(Cooperative,3Dposition)65Thesimplestradarsystemtransmitsapulseofhighfrequencyenergyandlistensfortheechoofthatpulse.GiventhatEMenergytravelsat,thetimeittakesforapulsetotraveltoatargetandtheechototravelbackwilltellustherange.R=cTR/2whereR=rangeinmetersc=thespeedoftheEMpulseTR=theroundtriptransittime66Con1-2雷达探测目标的原理Con1-2雷达探测目标的原理Theradardishorantennatransmitspulsesofradiowavesor

microwaves

whichbounceoffanyobjectintheirpath.Theobjectreturnsatinypartofthewave‘senergytotheradardishorantennawhichisusuallylocatedatthesamesiteasthetransmitter.Obviously,wecannotsendoutanotherpulseuntilatimewindowhaspassed,inwhichweexpecttoseeareturnecho.67Con1-2雷达探测目标的原理68

目标斜距的测量(测距)2R=ctr

式中,R为目标到雷达站的单程距离,单位为m;tr为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔,单位为s;c为光速，c=3×108m/s。计算1us，1ms雷达探测距离，探测100NM所需时间。Con1-2雷达探测目标的原理69

目标斜距的测量（测距）Con1-2雷达探测目标的原理7071Con1-2雷达探测目标的原理目标角度的测量（测角）雷达天线波束扫描原理Con1-2雷达探测目标的原理72条件:（1）电磁波沿直线传播

（2）雷达天线具有方向性天线方向性

天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的方向图表示。(方位角，俯仰角)

Con1-2雷达探测目标的原理74Con1-2雷达探测目标的原理75Con1-2雷达探测目标的原理76Con1-2雷达探测目标的原理Con1-3雷达基本组成7778Con1-3雷达基本组成79Con1-3雷达基本组成80Con1-3雷达基本组成81Con1-3雷达基本组成Con1-4雷达方程假设：1，天线各向同性且均匀辐射（sphericalspreading）2，接收发射采用同一部天线P发射机功率G天线增益R探测距离目标截面积82Con1-4雷达方程Ae天线有效接收面积Smin最小检测信号功率83Con1-4雷达方程84Con1-4雷达方程Pr：雷达接收功率Pt：雷达发射功率G：雷达天线的增益σ：目标的散射截面积Ar=Ae：接收天线的有效接收面积λ：所用波长8586Con1-4雷达方程87Con1-4雷达方程--RCSRCS是一假想面积，是描述目标在一定入射功率下后向散射功率能力的量，该量以面积单位来描述。面积越大，后向散射能力越强，产生的回波功率也就越大。88Con1-4雷达方程--RCSCon1-4雷达方程--RCS89海鸥的形体与燕八哥相近，但海鸥的雷达反射截面却比燕八哥大200倍。蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。可见，体积的大小并不是决定隐蔽能力的唯一因素，体形才是决定隐身的关键。普通飞机无论何种姿态，都可以产生雷达回波，隐形飞机的则会长时间无回波，偶尔产生强烈回波（即亮点）Questions?901Whatisradar?2Howdoesitwork?3WhatisitusedforinATCsystem?4Whichuniversityandwhichspecialty?5Whenandwhereradarwasborn?6Whosetupradarnetworkalongitscoast?AirborneWeatherRadar(WXR)

Con2:IntroductiontoWXROutlinesForCon21Aviationweather2Introduction•purpose

•description

•display3OperatingModes

•Weather

•Map

•Turbulence

•Predictivewindshear4StructureandLocation5LatestEvolutions92Con2-1AviationweatherAnairborneradar’spulseenergyisoptimizedtodetectwater.Theradiatedradarenergyreflectsbestwhenthebipolar(positiveandnegative)watermoleculesareabletoalign.Whenwaterfreezes,thewatermoleculesarelockedintoanicecrystallatticeandareunabletoaligntoreflectradarenergyefficiently.(example:microwave)Water(rain)isanexcellentradarreflector.Drysnowandicecrystalsareverypoorreflectorsofradarenergy.Wethailprovidesthestrongestreflectionofradarenergy.Dryhailreflectssomeradarenergysimplyduetoitssize.Reflectivitycharacteristics

93Con2-1AviationweatherAthunderstormiscomposedofthreeparts：Thebottomportionofthestorm,belowthefreezinglevel,iscomposedentirelyofliquidprecipitation(i.e.,rain)andisthemostreflectiveportionofthestorm.Themiddleportionofathunderstormoccursabovethefreezinglevel(0oC)anduptothealtitudewheretheoutsideairtemperaturedropsbelow–40oC.Thissectionofthestormiscomposedofacombinationoficecrystalsandsupercooledwater.Thetopofathunderstormiscomposedentirelyoficecrystalsandreflectsverylittleradarenergy.Attemperatureslessthan–40oC,liquidwaternolongerexistsandonlyicecrystalsarepresent.Thunderstorm/rain94Con2-1Aviationweather湍流，也称为紊流，乱流，是指发生在一定空域中的急速且多变的运动气流。湍流区域中的不同位置，气流速度和方向的变化相当剧烈。湍流是根据区域中微粒的速度偏差来定义的，它与微粒的绝对速度无关。湍流报警门限为5m/s(18km/h)Turbulence95Con2-1Aviationweather•Blackrepresentszerotominimalreflectivity.•Greenrepresentslightreflectivity.•Yellowrepresentsmoderatereflectivity.•Redrepresentsheavytoextremereflectivity.•Magentaindicatesturbulence.Anormalthunderstormiscircularorovalinshape.Variationsfromthisnormalshapeareindicativeofashearconditionwithinthethunderstormandcanserveascluestohazardousweather.96Con2-1AviationweatherWX(weather)mode:Thefourcolorsdisplayedrepresentdifferentstormintensities.WX+T(WeatherPlusTurbulence)Mode:Itenablesdisplayofweathertargetswithturbulenceinformation97Con2-1AviationweatherWindshearisthemeteorologist'swayofdescribingarapidchangeineitherwindspeedorwinddirectionoverashortperiodoftimeordistance.Windshearoccursinalldirections,butforconvenience,itismeasuredalongverticalandhorizontalaxis,thusbecomingverticalandhorizontalwindshear.Therapidchangeinwindspeedand/ordirectionposesaveryrealthreattoairplanesduringtake-offandlanding.Windsheariscausedbydownburst.Adownburst（下击暴流）

isastrongdowndraftwhichcausesdamagingwindsonorneartheground.Thetermmicroburstandmarcoburstdescribethesizeofthedownburst(4km).Microburstismoreimportantthanmarcobursttoaviationsafety,itcancausedamagingwindsashighas75

m/s(168

mph,270

km/h).Thekeydifferencebetweendownburstandtornadoisintwowords-INandOUT98Con2-1Aviationweather(a)低空风切变对飞机运行安全的影响示意图(b)雷暴引发的风切变99Con2-1AviationweatherMicroburstscombinetwodistinctthreatstoaviationsafety:thedownburstpart,resultinginstrongdowndrafts;theoutburstpart,resultinginlargehorizontalwindshearandwindcomponentshiftfromheadwindtotailwindHeadwindgustinstantaneouslyincreasestheaircraftspeedandthustendstomaketheaircraftflyaboveintendedpathand/oraccelerate.AdowndraftaffectsboththeaircraftAngle-Of-Attack(AOA)andtheaircraftpathsinceitmakestheaircraftsink.Tailwindgustinstantaneouslydecreasestheaircraftspeedandthustendstomaketheaircraftflybelowintendedpathand/ordecelerate.100Con2-1Aviationweather(a)Headwindzone(b)Powerreduction(c)Indicatedairspeedtransition(d)Recoveryorlossofflight101Con2-2GeneraldescriptionPurpose:theweatherradar(WXR)systemsuppliesthesevisualindications:weatherconditions;windshearevents;landcontours.Description:WXRoperatesonthesameprincipleasanecho.TheWXRsystemtransmitsradiofrequency(RF)pulsesina180degreeareaforwardoftheairplane.Objectsreflectthepulsesbacktothereceiver.Thereceiverprocessesthereturnsignaltoshowweather,terrain,andwindshearevents.Display:TheWXRreturnsshowinfourdifferentcolorsonthenavigationdisplays(ND).Colorsoftheindicationsgivethecrewinformationabouttheintensityofthereturns.Thepredictivewindshear(PWS)cautionsandwarningsshowinamberandredontheNDandPFDdisplays.Also,thereareauralalertsforPWScautionsandwarnings.102Con2-2Generaldescription103104Con2-2GeneraldescriptionWXRprovidestheflightcrewwitharepresentationofweather(compensatedforA/Cattitudes):-Localisation(tiltanddistance)anddensityofwaterparticules-TurbulenceinformationandwindsheardetectionthroughparticlehorizontalspeeddetectionWXR--Airborneweatherradar105Con2-2GeneraldescriptionTwoSuppliers:Honeywell(RDR-4B/4000)2.RockwellCollins(WXR-2100)106Con2-2Generaldescription1NM=1852m1mile=1609m107Con2-2GeneraldescriptionR<1mm/h,Z1<20dBz:black dBz:10logZR1to4mm/h,Z2<30dBz:green Z:reflectivityoftherainR4to12mm/h,Z3<40dBz:yellow Z=200R1.6R>12mm/h,Z4>40dBz:red Rexpressedinmm/h4级编码方案，Z为反射系数，R为降雨量108反射率(mm/h)颜色显示无雨区<0.76小雨区0.76~3.81中雨区3.81~12.7大雨区12.7~50.8暴雨/湍流>50.8回波强度降雨量大小大小Con2-3OperatingModes(WX,WX+T)109Con2-2Generaldescription110AccurateWeatherthataffectstheaircraftflightpathfromthenoseoftheaircraftto320NM

40NM40NM100NM100NMGroundClutterFree300NM300NM1stGenerationHazardAnalysisbasedonregionandtimeofyearAttenuationAlertCertifiedTurbulenceto40NMAttenuationAlert40NMTurbulenceOverFlightTMProtectionOverFlightProtection200NM200NMPredictiveWindshearGroundClutterFreeDisplayCon2-3OperatingModesknot(节)=1NM/h（PWS）AGL:AboveGroundLevel1mile=5280feet1feet=30.48cm111Con2-3OperatingModes112Con2-3OperatingModesPredictiveWindshear(HMI)113Con2-3OperatingModes114Con2-3OperatingModesWXRControlpanelof737NG115Con2-3OperatingModes116737NGMultiscanWXR-2100通过控制板鉴别飞机安装的Multiscan雷达系统（Boeing）Con2-3OperatingModes117通过控制板鉴别飞机安装的Multiscan雷达系统（Airbus）Con2-3OperatingModes118Con2-4StructureandLocation119Con2-4StructureandLocation120Con2-4StructureandLocation121Con2-4StructureandLocation122Con2-5LatestEvolutions123Con2-5LatestEvolutions124Con2-5LatestEvolutions125AirborneWeatherRadar(WXR)

Con3：Ranging,Azimuthmeasurement,MTIOutlinesforCon31Ranging(脉冲法)脉冲回波位置测距2Azimuthmeasurement脉冲最大值所在方位角测角；机载气象雷达天线为阵列天线；扫描方式为为机械式扫描；3多普勒原理4MovingTargetIndication MTI利用多普勒频率（回波相位）测速5湍流风切变检测

测量目标的距离是雷达的基本任务之一。目标距离测量就是要精确测定延迟时间tR。常用方法：脉冲法,频率法和相位法。

Con3-1Ranging脉冲法测距

关键：测量发射的同步脉冲与目标回波脉冲间的时延

Con3-1Ranging距离分辨力：同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。在显示器上测距时，分辨力主要取决于回波的脉冲宽度。Con3-1Ranging测距范围最大无模糊距离距离模糊m为正整数

Con3-1Ranging

为了确定目标的空间位置,雷达在大多数应用情况下,不仅要测定目标的距离,而且还要测定目标的方向,即测定目标的角坐标,其中包括目标的方位角和高低角(俯仰角)。雷达测角的物理基础是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性。

Con3-2Azimuthmeasurement天线方向性

Con3-2Azimuthmeasurement天线方向性

天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的方向图表示。(方位角，俯仰角)

Con3-2Azimuthmeasurement天线方向性

主瓣(mainlobe)：天线辐射最强方向所在的波瓣。主瓣宽度：主瓣半功率点间的夹角，记为。副瓣（旁瓣,sidelobe）：主瓣以外的其余波瓣。副瓣电平：主向场强与副瓣中最大场强之比，以dB的形式表示。主瓣副瓣Con3-2Azimuthmeasurement测角方法：相位法测角：利用多个天线所接收回波信号之间的相位差进行测角。振幅法测角：利用天线收到的回波信号幅度值进行角度测量，幅值的变化规律取决天线方向图以及天线扫描方式。可分为最大信号法和等信号法两大类。Con3-2Azimuthmeasurement相位法测角Con3-2Azimuthmeasurement由于两天线间距为d，故它们所收到的信号存在波程差而产生一相位差最大信号法振幅法测角回波最大值时天线波束轴线所处的方向即为目标方位角。Con3-2Azimuthmeasurement最大信号法振幅法测角“量化”测角误差Con3-2Azimuthmeasurement（ω单位r/min）优点：1）简单；2）用天线方向图的最大值方向测角,此时回波最强,故信噪比最大,对检测发现目标是有利的。缺点：1）直接测量时测量精度不很高,约为波束半功率宽度(θ0.5)的20%左右。2）不能判别目标偏离波束轴线的方向,故不能用于自动测角。振幅法测角最大信号法Con3-2Azimuthmeasurement天线波束形状扇形波束

Con3-2Azimuthmeasurement地面雷达机载雷达天线波束形状针状波束（笔形波束）

Con3-2Azimuthmeasurement分行扫描螺旋扫描锯齿扫描DifferenttypesofradarbeamsDifferenttypesofradarscanning天线波束的扫描方法PhasedArrayAntennas——electronicscanning电扫描又可分为相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法等。相位扫描法控制移相量改变阵元激励相位，改变波束指向。

Con3-2AzimuthmeasurementPhasedArrayAntennasArrayBeamformingControlsforanNElementArray多普勒效应1842年，ChristianDoppler在声学上发现，1930年运用到电磁波范围,并随后在雷达中获得广泛应用。Con3-3多普勒多普勒效应的应用测速：利用发射与接收信号的频率差，多普勒测速仪杂波抑制：地面、海面、云雨等的回波对目标回波造成严重的干扰，但通常其是固定或者缓慢运动的。成像：医学成像，彩超Con3-3多普勒连续波发射信号多普勒频率（频移）接收信号Con3-3多普勒连续波目标固定不动,距离R为常数目标运动，多普勒频率Con3-3多普勒窄带信号多普勒频率Con3-3多普勒当目标飞向雷达站时,多普勒频率为正值,接收信号频率高于发射信号频率,而当目标背离雷达站飞行时,多普勒频率为负值,接收信号频率低于发射信号频率。多普勒频率多普勒频率Con3-3多普勒径向速度引起多普勒频移的是雷达和目标连线方向的径向速度。多普勒频率Con3-3多普勒多普勒信息提取运动目标的多普勒频率相对于工作频率是很小的。多普勒频率的提取需要获得发射和接收频率间的频差。Con3-3多普勒连续波多普勒雷达

相位检波器：提取接收和发射信号的相位差。多普勒滤波器：取出所需要的多普勒频率。Con3-3多普勒多普勒信息提取固定目标运动目标脉冲多普勒雷达多普勒信息提取“蝴蝶效应”Con3-3多普勒脉冲多普勒雷达多普勒信息提取Con3-3多普勒脉冲多普勒雷达检波器的输出信号输出等幅脉冲输出幅度受调制的脉冲隔直多普勒信息提取Con3-3多普勒Kd检波系数Uk基准电压脉冲多普勒雷达相位检波器输出波形多普勒信息提取Con3-3多普勒盲速和频闪

盲速：虽然目标有一定的速度vr,但相位检波器的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：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Fd,与目标运动的径向速度vr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。原因：脉冲工作状态是对连续发射的取样，取样后波形和频谱均发生变化。多普勒信息提取Con3-3多普勒多普勒信息提取盲速相邻周期的相位差盲速时相位差盲速Con3-3多普勒fr脉冲重复频率Fd包络频率fd多普勒频率多普勒信息提取频闪和相位的周期性Con3-3多普勒fd=nfr时,无法区分运动目标与固定目标。多普勒信息提取盲速和频闪

“盲速”的原因：频闪的原因:fd1=nfr-fd2fd1=nfr+fd2两目标回波的频谱结构相同，无法区分。频闪不出现的条件：Con3-3多普勒166雷达探测的运动目标如飞机，导弹，舰艇，车辆等周围存在各种背景，包括不动的地物和运动着的云雨，海浪或金属丝干扰等。动目标显示（Moving

Target

Indicator

:MTI）与动目标检测（Moving

Target

Detection:

MTD）就是使用各种滤波器，滤去这些背景产生的杂波而取出运动目标的回波。运动目标回波和杂波在频谱结构上有所差别，运动目标检测就是利用这种差别，从频率上将它们区分，以达到抑制杂波而显示目标回波的目的。为此，应首先弄清楚目标和杂波的回波的特性。在频域上应用MTI与MTD技术可以提高信杂比，改善杂波背景下检测运动目标的能力。Con3-4MTIMTI滤波器运动目标检测的任务就是根据运动目标回波和杂波在频谱上的区别，在频域抑制固定杂波而显示运动目标回波。Con3-4MTIMTI滤波器杂波频谱特性“1”——密林小山,风速为200海里每小时,a=2.3×1017;“2”——稀少的小树无风日,a=3.9×1019;“3”——海浪回波,有风,a=1.41×1016;“4”——云雨,a=2.8×1015;“5”——锡箔片,a=1×1016

。

Con3-4MTI由于杂波谱线的展宽,简单的一次对消滤波器将不能很好地滤去杂波,需要进一步改进滤波器的特性。特别是杂波具有多普勒频移时,滤波器的凹口还应对准杂波谱的平均多普勒频率位置才能收到预期结果。

关键：选用什么样的滤波特性？凹口位置凹口宽度凹口深度Con3-4MTI典型的地杂波功率谱MTI滤波器一次相消器Con3-4MTIMTI滤波器递归一次相消器Remark：加入反馈支路，凹口变窄，平坦范围加宽，但暂态响应较长。Con3-4MTIMTI滤波器二次相消器Remark：通过改变K（K=+2～-2），改善滤波器的频谱特性。Con3-4MTIMTI滤波器递归二次相消器Remark：反馈支路的加入，使得整个通带范围内响应较为平坦。Con3-4MTIMTI滤波器多次相消梳状滤波器Remark：通过改变前馈和反馈系数来实现所需要的滤波特性，即得到合适的凹口宽度并在速度范围内有较平坦的响应。Con3-4MTI湍流的定义：发生在一定空域中的急速并且多变的运动气流。主要特征是在一个较小空域中的不同位置处，气流运动速度向量之间存在很大的差异，且变化急剧。机载气象雷达借助于它所夹带的雨粒对雷达波的反射特性而被检测的。由此可知，如果湍流没有夹带一定数量的雨滴，则在被气象雷达天线波束照射时是不能产生足够电平的回波而被有效检测的。(湿性湍流和晴空湍流)机载气象雷达是根据多普勒原理实现对湍流的检测的。当雷达波束照射到湍流区域时，湍流和所夹带的水粒形成雷达回波。由于湍流急速多变的运动特性，所形成的是一个偏离雷达发射频率且频谱宽度较宽的多普勒频谱，它与一般降雨区所产生的反射回波的频率特性是明显不同的。Con5-1湍流及其检测原理175多普勒效应的定义:当波源与观察点存在相对运动时，观察点所接收到的波的频率不同于波源的频率。由于雨粒本身的运动和飞机与该目标之间的相对运动，同样存在着多普勒效应。相对速度大的雨粒所产生的多普勒频移量较大，相对速度小的雨粒的多普勒频移量较小。湍流是根据湍流区域中微粒的速度偏差来定义的，它与微粒的绝对速度无关。湍流的速度偏差越大，湍流越强。根据速度偏差的大小，可把湍流分为轻度湍流、中度湍流和严重湍流。Con5-1湍流及其检测原理17612处雨位采样的平均速度都是15m/s。但B区标准偏差等于14m/s，A区标准偏差等于8m/s。Con5-1湍流及其检测原理177Con5-1湍流及其检测原理湍流区域的整体移动速度决定fdm的位置，湍流内部的相对速度决定频谱宽度。相对速度偏差越大，多普勒频谱宽度越宽。178Con5-1湍流及其检测原理多普勒频移与相对速度的偏差成正比，其关系为

式中fd为多普勒频移(Hz)，v为相对径向速度(m/s)，λ为信号波长(m)。目前机载气象雷达所定义的湍流门限5m/s,所对应的多普勒频带宽度为2x5/0.032=312.5(Hz)。（即-312.5～312.5）门限检测与统计分析电路对各取样偏差进行湍流门限比较、平均处理和68%门限分析，以最终判定目标是否是湍流。179提高湍流检测方式时发射脉冲的重复频率，达到了提高多普勒频谱测量精度的目的，但却限制了湍流检测的有效距离。为了避免产生二次回波，就必须把湍流检测的有效距离限制在56海里之内(实际选用50海里)。在雷达工作于湍流与降雨方式时，为了解决湍流检测与降雨检测的矛盾，雷达所发射的是8个脉冲为一组的复合脉神。利用每组中的1个来检测普通的降雨回波，另外7个则用于湍流检测。为了区分降雨回波和湍流回波，采用频率参差方案，降雨的射频频率为9334.8MHz，另外7个湍流检测脉冲使用9333.3MHz射频。Con5-1湍流及其检测原理180当天线指向正前方时，天线波束的照射区域与天线的波束宽度成正比。当天线偏离0度方位时，由于飞机的前进和天线指向角变化两方面因素，加宽了波束的宽度。为修正这一误差，在湍流检测中根据天线的扫略方位角和飞机速度采用可变湍流门限。Con5-1湍流及其检测原理角速度误差与可变门限的产生181风切变定义：风切变是指气流在一个较小的距离内突然改变其方向(接近180度)或速度的大气状态。风切变可以发生在一个较大区域中的前锋系统，也可以发生在暴雨区域范围中的较小区域。风切变可以发生在没有云层的高度，这就是所谓的晴空湍流。对民用航空安全危害最大的是距离地面高度较低的下冲气流。下冲气流有两种类型，一种是宏下冲气流(marcoburst)，另一种是微下冲气流(microburst)，以2.5nmile(4km)为界进行区分。Con5-2风切变检测原理182Con5-2风切变检测原理183飞机遭遇微下冲气流时的危险来自于水平方向阵风的快速转换。风切变对飞行安全的危害程度，除与所产生的水平方向的阵风速度直接有关外，还与风速的垂直分量、飞机的真空速有关。风切变危害系数F可由下式表示，式中Wx相对于飞机水平飞行轨迹的风速水平分量；WH风速的垂直分量；g重力；v真空速(飞行器飞行时相对于周围空气运动的速度)。危害系数F越大，对飞机危害越大，NASA定义的门限为0.13。

Con5-2风切变检测原理184风切变检测原理依据风切变区域所产生的雷达回波的多普勒频率偏移的频谱特征而实现前视风切变检测的。顶风一侧与顺风一侧所产生的多普勒频谱沿时间轴(即距离轴)的差值，就是风切变区域直径的度量。Con5-2风切变检测原理185Con5-2风切变检测原理由于风切变对飞机的危害主要发生在飞机的起飞和着陆阶段，所以当飞机处于起飞和着陆阶段时，雷达是自动进入风切变检测方式的。雷达自动进入风切变检测的条件是:无线电高度小于701.04m(2300ft)，有的雷达为731.52m(2400ft)；飞机是在空中或在跑道上；飞机不在机库中；状态鉴定器有效。如果雷达接通电源后工作于STBY(准备)、MAP(地图)或TEST(测试)方式，且所选择的距离小于60nmile，则在雷达检测到风切变状态后，会自动转为WX+T(气象与湍流)方式；如果所选择的距离大于60nmile.则自动转为WX(气象)方式，显示气象和风切变图像。在飞机到达或高于731.52m(2400ft)时，雷达自动退出风切变检测方式。186平面覆盖范围：各种前视风切变检测雷达的有效检距离均为5nmile。风切变检测的方位覆盖范围为+-30度，(RDR-4B雷达为+-25度)。在飞机处于起飞滑跑阶段时，发出相应的咨询、告诫或警告信息的横向范围仍为士0.25nmile.但警告的纵向范围扩展为3nmile.与飞机在空中时略有不同。Con5-2风切变检测原理187高度覆盖范围：前视风切变检测雷达的高度检测范围为15.24~365.76m(50-1200ft)，并且可自动启动风切变检测功能，以充分保证对危险的低空风切变区域的有效检测。Con5-4风切变检测雷达的工作方式与信号格式188Con5-2风切变检测原理189复合脉冲重复频率体制:雷达的脉冲重复频率及其组合体制，是由收发机中的微处理器控制的。按照所选工作方式和距离确定最佳PRF。近距离时，雷达选择较高PRF，所获得信息增多，数据更新也提高。距离增大，PRF减小。近距离时发射机将所发射的每4个脉冲组成一个脉冲组，这组脉冲形成了雷达在一个径向的数据处理时间间隔。近距离时组脉冲的数据处理时间间隔为5.6ms。中远距离时2个脉冲组成一个脉冲组，间隔增为8.4ms。风切变检测时，WRT-701(FLW)产生每组包含64个脉冲的脉冲组。一组脉冲组的信号间隔为22.9ms。Con5-2风切变检测原理190脉冲重复频率的颤抖：脉冲组之间的间隔不是恒定的，而是“颤抖”的。与近距离不同，远距离时不仅间隔是颤抖的，脉冲之间也是颤抖的。由于在同-空域中可能会有多架飞机的多部雷达在同时工作，采用这种脉冲重复频率的颤抖技术，可以消除由其他雷达所产生的回波干扰。Con5-2风切变检测原理191Con5-2风切变检测原理192Con5-2风切变检测原理193仿真结果—滤波器频响风切变模式下的机载气象雷达回波信号(a)幅度分布图

(b)频谱分布图Con5-2风切变检测原理194强杂波的影响费城国际机场地杂波速度分布图不同距离单元实测数据的速度估计Con5-2风切变检测原理195仿真结果—滤波器频响双门限控制的自适应滤波器的频率响应Con5-2风切变检测原理196仿真结果—杂波抑制后频谱对比自适应频域置零方法抑制杂波后回波信号频谱双门限控制的自适应凹口滤波器抑制杂波后回波信号频谱Con5-2风切变检测原理197仿真结果—杂波抑制后的速度对比不同杂波抑制方法的速度对比不同杂波抑制方法的速度对比局部图AirborneWeatherRadar(WXR)

Con4：TransmitterReceiverAntenna199OutlinesforT/R发射机质量指标发射机分类与组成固态发射机接收机技术参数接收机电路结构雷达数据处理电路R/TmountandR/T200Outlinesforreceiver1性能与技术参数质量指标，噪声系数，灵敏度，匹配滤波2电路结构超外差式雷达接收机，接收机微波电路，AFC，中频与检波电路，AGC，STC3雷达数据处理电路201Con4-Tansmitter-1发射机质量指标雷达发射机的任务：产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号。主要质量指标包括：1，工作频率（波段）；2，输出功率；3，总效率；4，信号形式（调制形式）；5，信号的稳定度或频率纯度。202Con4-Tansmitter-1发射机质量指标

工作频率（波段）

雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的，还需要考虑环境参数（气象条件、工艺水平等）需要，不同发射管可产生的频率不同。1.频率与器件有关：

1000M以下：微波三级管，微波四级管，晶体管。

1000M以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。2.频率与功率有关：频率越高，功率越低。3.频率与