雷達(dá)考試總結(jié)

1、CHAPTER 1、空管監(jiān)視技術(shù)一、監(jiān)視的概念監(jiān)視：為空中交通管理系統(tǒng)提供航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛的活動(dòng)信息，是進(jìn)行空中交通管理的基礎(chǔ)?？罩薪煌ü苤频冗\(yùn)行單位利用監(jiān)視信息判斷、跟蹤航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛位置，獲取航空器和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面車(chē)輛識(shí)別信息,掌握航空器飛行軌跡和意圖，調(diào)整航空器間隔及監(jiān)視機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行態(tài)勢(shì)，提高空中交通安全的保障能力。二、監(jiān)視技術(shù)分類(lèi)1、獨(dú)立非協(xié)作式監(jiān)視Ø 無(wú)需依靠機(jī)載電子系統(tǒng)，計(jì)算飛機(jī)二維位置Ø 監(jiān)視者：獨(dú)立，被監(jiān)視者（目標(biāo)）：被動(dòng)Ø e.g.PSR2、 獨(dú)立協(xié)作式監(jiān)視Ø 提供計(jì)算的飛機(jī)三維位置和識(shí)別、機(jī)載參數(shù)等其他信息Ø 監(jiān)視者：獨(dú)

2、立，被監(jiān)視者（目標(biāo)）：被動(dòng)Ø e.g.SSR（A/C、S），MLAT3、 非獨(dú)立協(xié)作式監(jiān)視Ø 提供機(jī)載設(shè)備（GPS/INS）獲得的位置信息和識(shí)別、機(jī)載參數(shù)等其他信息Ø 監(jiān)視者：非獨(dú)立，被監(jiān)視者（目標(biāo)）：主動(dòng)（自動(dòng)）Ø e.g.ADS（A/C、B）CHAPTER 2一次雷達(dá)（PSR）一、工作原理及基本組成1、工作原理由雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁能, 經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)后傳輸給天線, 再由天線將此電磁能定向輻射于大氣中。電磁能在大氣中以光速(約3×108m/s)傳播, 如果目標(biāo)恰好位于定向天線的波束內(nèi), 則它將要截取一部分電磁能。目標(biāo)將被截取的電磁能向各方向散射

3、, 其中部分散射的能量朝向雷達(dá)接收方向。雷達(dá)天線搜集到這部分散射的電磁波后, 就經(jīng)傳輸線和收發(fā)開(kāi)關(guān)饋給接收機(jī)。接收機(jī)將這微弱信號(hào)放大并經(jīng)信號(hào)處理后即可獲取所需信息, 并將結(jié)果送至終端顯示。2、基本組成二、優(yōu)缺點(diǎn)1、一次雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)：Ø 非協(xié)作式：所有可以反射電磁波的物體都有可能被探測(cè)到Ø 獨(dú)立：一次雷達(dá)不依賴于任何機(jī)載設(shè)備2、 一次雷達(dá)缺點(diǎn)：Ø 所有可以反射電磁波的物體都有可能被探測(cè)到，因此，不感興趣的物體也可能被探測(cè)到，如地面反射電磁波所形成的回波Ø 不能獲取高度信息三、任務(wù)（R、v）當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到目標(biāo)后, 就要從目標(biāo)回波中提取有關(guān)信息: 可對(duì)目標(biāo)的距離和空

4、間角度定位, 目標(biāo)位置的變化率可由其距離和角度隨時(shí)間變化的規(guī)律中得到，并由此建立對(duì)目標(biāo)跟蹤; 雷達(dá)的測(cè)量如果能在一維或多維上有足夠的分辨力, 則可得到目標(biāo)尺寸和形狀的信息; 采用不同的極化，可測(cè)量目標(biāo)形狀的對(duì)稱性。原理上，雷達(dá)還可測(cè)定目標(biāo)的表面粗糙度及介電特性等。 1、 目標(biāo)斜距的測(cè)量（R）雷達(dá)工作時(shí), 發(fā)射機(jī)經(jīng)天線向空間發(fā)射一串重復(fù)周期一定的高頻脈沖。如果在電磁波傳播的途徑上有目標(biāo)存在, 那么雷達(dá)就可以接收到由目標(biāo)反射回來(lái)的回波。由于回波信號(hào)往返于雷達(dá)與目標(biāo)之間, 它將滯后于發(fā)射脈沖一個(gè)時(shí)間tr。 我們知道電磁波的能量是以光速傳播的, 設(shè)目標(biāo)的距離為R, 則傳播的距離等于光速乘上時(shí)間間隔,

5、即 式中, R為目標(biāo)到雷達(dá)站的單程距離, 單位為m; tr為電磁波往返于目標(biāo)與雷達(dá)之間的時(shí)間間隔, 單位為s; c為光速，c=3×108m/s能測(cè)量目標(biāo)距離是雷達(dá)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn), 測(cè)距的精度和分辨力與發(fā)射信號(hào)帶寬(或處理后的脈沖寬度)有關(guān)。脈沖越窄, 性能越好。 2、 目標(biāo)角位置的測(cè)量()目標(biāo)角位置指方位角或仰角, 在雷達(dá)技術(shù)中測(cè)量這兩個(gè)角位置基本上都是利用天線的方向性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雷達(dá)天線將電磁能量匯集在窄波束內(nèi), 當(dāng)天線波束軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí), 回波信號(hào)最強(qiáng), 如圖實(shí)線所示。當(dāng)目標(biāo)偏離天線波束軸時(shí)回波信號(hào)減弱, 如圖虛線所示。根據(jù)接收回波最強(qiáng)時(shí)的天線波束指向, 就可確定目標(biāo)的方向, 這就是

6、角坐標(biāo)測(cè)量的基本原理。天線波束指向?qū)嶋H上也是輻射波前的方向。 圖：角坐標(biāo)測(cè)量3、 相對(duì)速度的測(cè)量（v）有些雷達(dá)除確定目標(biāo)的位置外, 還需測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)速度, 例如測(cè)量飛機(jī)或?qū)楋w行時(shí)的速度。當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)站之間存在相對(duì)速度時(shí), 接收到回波信號(hào)的載頻相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移, 這個(gè)頻移在物理學(xué)上稱為多卜勒頻移, 它的數(shù)值為 式中, fd為多卜勒頻移，單位為Hz; vr為雷達(dá)與目標(biāo)之間的徑向速度，單位為m/s; 為載波波長(zhǎng)，單位為m。 當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)站運(yùn)動(dòng)時(shí), vr0, 回波載頻提高; 反之vr 0, 回波載頻降低。雷達(dá)只要能夠測(cè)量出回波信號(hào)的多卜勒頻移fd, 就可以確定目標(biāo)與雷達(dá)站之間

7、的相對(duì)速度。徑向速度也可以用距離的變化率來(lái)求得, 此時(shí)精度不高但不會(huì)產(chǎn)生模糊。無(wú)論是用距離變化率或用多卜勒頻移來(lái)測(cè)量速度, 都需要時(shí)間。觀測(cè)時(shí)間愈長(zhǎng)，則速度測(cè)量精度愈高。多卜勒頻移除用作測(cè)速外, 更廣泛的是應(yīng)用于動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)、脈沖多卜勒(PD)等雷達(dá)中，以區(qū)分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和雜波。 4、 目標(biāo)尺寸和形狀如果雷達(dá)測(cè)量具有足夠高的分辨力, 就可以提供目標(biāo)尺寸的測(cè)量。高分辨力雷達(dá)可以獲得目標(biāo)在距離和切向距離方向的輪廓(雷達(dá)成像)。 此外, 比較目標(biāo)對(duì)不同極化波的散射場(chǎng), 就可以提供目標(biāo)形狀不對(duì)稱性的量度。復(fù)雜目標(biāo)的回波振幅隨著時(shí)間會(huì)變化。 四、一次雷達(dá)組成1、雷達(dá)發(fā)射機(jī)1） 作用：發(fā)射機(jī)為雷達(dá)

8、提供一個(gè)載波受到調(diào)制的大功率射頻信號(hào), 經(jīng)饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由天線輻射出去。 2） 組成結(jié)構(gòu)（2種）（1） 單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī) Ø 簡(jiǎn)化版：Ø 復(fù)雜版：Ø 特點(diǎn)² 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)² 比較輕便² 無(wú)法滿足整機(jī)對(duì)發(fā)射機(jī)的較高要求（2）主振放大式發(fā)射機(jī) Ø 簡(jiǎn)化版：Ø 特點(diǎn)² 具有很高的頻率穩(wěn)定度² 發(fā)射相位相參信號(hào)² 采用頻率合成技術(shù)² 能產(chǎn)生復(fù)雜波形l 兩種發(fā)射機(jī)比較：?jiǎn)渭?jí)振蕩式發(fā)射機(jī)與主振放大式發(fā)射機(jī)相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì), 也比較輕便。實(shí)踐表明, 同樣的功率電平, 單級(jí)振蕩式發(fā)

9、射機(jī)大約只有主振放大式重量的1/3。因此, 只要有可能, 還是盡量?jī)?yōu)先采用單級(jí)振蕩式方案。但是, 當(dāng)整機(jī)對(duì)發(fā)射機(jī)有較高要求時(shí), 單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)往往無(wú)法滿足而必須采用主振放大式發(fā)射機(jī)。 3） 信號(hào)指標(biāo)（1） 輸出功率Ø 峰值功率Pt² Pt是指脈沖期間射頻振蕩的平均功率² 注意：不要與射頻正弦振蕩的最大瞬功率相混淆Ø 平均功率Pav² Pav是指脈沖重復(fù)周期內(nèi)輸出功率的平均值² 如果發(fā)射波形是簡(jiǎn)單的矩形脈沖列, 脈沖寬度為, 脈沖重復(fù)周期為T(mén)r, 則有 式中的fr=1/Tr是脈沖重復(fù)頻率。/Tr=fr稱作雷達(dá)的工作比D。（2） 雷達(dá)的

10、工作比DØ D=/Tr=frØ 常規(guī)的脈沖雷達(dá)工作比的典型值為D=0.001, 但脈沖多卜勒雷達(dá)的工作比可達(dá)10-2數(shù)量級(jí), 甚至達(dá)10-1數(shù)量級(jí)。顯然, 連續(xù)波雷達(dá)的D=1。 2、雷達(dá)接收機(jī)1） 超外差式雷達(dá)接收機(jī)的組成Ø 簡(jiǎn)化方框圖Ø 主要組成部分² 高頻部分, 又稱為接收機(jī)“前端”, 包括接收機(jī)保護(hù)器、低噪聲高頻放大器、混頻器和本機(jī)振蕩器; ² 中頻放大器, 包括匹配濾波器;² 檢波器和視頻放大器。 2） 質(zhì)量指標(biāo)（1）靈敏度靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。能接收的信號(hào)越微弱, 則接收機(jī)的靈敏度越高, 因而雷達(dá)的作

11、用距離就越遠(yuǎn)。雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度通常用最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si min來(lái)表示。 當(dāng)接收機(jī)的輸入信號(hào)功率達(dá)到Si min時(shí), 接收機(jī)就能正常接收而在輸出端檢測(cè)出這一信號(hào)。如果信號(hào)功率低于此值, 信號(hào)將被淹沒(méi)在噪聲干擾之中, 不能被可靠地檢測(cè)出來(lái)。由于雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度受噪聲電平的限制, 因此要想提高它的靈敏度, 就必須盡力減小噪聲電平, 同時(shí)還應(yīng)使接收機(jī)有足夠的增益。 目前, 超外差式雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度一般約為(10-1210-14)W, 保證這個(gè)靈敏度所需增益約為106108(120 dB160 dB), 這一增益主要由中頻放大器來(lái)完成。 （2）動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入

12、信號(hào)強(qiáng)度變化的范圍。最小輸入信號(hào)強(qiáng)度通常取為最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si min, 允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度則根據(jù)正常工作的要求而定。 當(dāng)輸入信號(hào)太強(qiáng)時(shí), 接收機(jī)將發(fā)生飽和而失去放大作用, 這種現(xiàn)象稱為過(guò)載。使接收機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)過(guò)載時(shí)的輸入功率與最小可檢測(cè)功率之比, 叫做動(dòng)態(tài)范圍。為了保證對(duì)強(qiáng)弱信號(hào)均能正常接收, 要求動(dòng)態(tài)范圍大, 就需要采取一定措施, 例如采用對(duì)數(shù)放大器、 各種增益控制電路等抗干擾措施。 （3）中頻的選擇和濾波特性接收機(jī)中頻的選擇和濾波特性是接收機(jī)的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。 中頻的選擇與發(fā)射波形的特性、接收機(jī)的工作帶寬以及所能提供的高頻部件和中頻部件的性能有關(guān)。在現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)中, 中頻的選擇

13、可以從30 MHz到4GHz之間。當(dāng)需要在中頻增加某些信號(hào)處理部件, 如脈沖壓縮濾波器, 對(duì)數(shù)放大器和限幅器等時(shí), 從技術(shù)實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō), 中頻選擇在30MHz至500MHz更為合適。 對(duì)于寬頻帶工作的接收機(jī), 應(yīng)選擇較高的中頻, 以便使虛假的寄生響應(yīng)減至最小。 減小接收機(jī)噪聲的關(guān)鍵參數(shù)是中頻的濾波特性, 如果中頻濾波特性的帶寬大于回波信號(hào)帶寬, 則過(guò)多的噪聲進(jìn)入接收機(jī)。 反之, 如果所選擇的帶寬比信號(hào)帶寬窄, 信號(hào)能量將會(huì)損失。這兩種情況都會(huì)使接收機(jī)輸出的信噪比減小。 在白噪聲(即接收機(jī)熱噪聲)背景下, 接收機(jī)的頻率特性為“匹配濾波器”時(shí), 輸出的信號(hào)噪聲比最大。3） 接收機(jī)的噪聲系數(shù) （1） 噪

14、聲噪聲系數(shù)FØ F的定義: 接收機(jī)輸入端信號(hào)噪聲比與輸出端信號(hào)噪聲比的比值。根據(jù)定義, 噪聲系數(shù)可用下式表示: 式中, Si為輸入額定信號(hào)功率; Ni為輸入額定噪聲功率(Ni =kToBn); So為輸出額定信號(hào)功率; No為輸出額定噪聲功率。Ø 噪聲系數(shù)的說(shuō)明圖Ø F的物理意義: 它表示由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響, 使接收機(jī)輸出端的信噪比相對(duì)其輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。 公式可以改寫(xiě)為 ：式中，Ga為接收機(jī)的額定功率增益; NiGa是輸入端噪聲通過(guò)“理想接收機(jī)”后, 在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率。 因此噪聲系數(shù)的另一定義為: 實(shí)際接收機(jī)輸出的額定噪聲功率No與“理想

15、接收機(jī)”輸出的額定噪聲功率NiGa之比。 Ø 實(shí)際接收機(jī)的輸出額定噪聲功率No由兩部分組成, 其中一部分是NiGa(NiGa=kToBnGa), 另一部分是接收機(jī)內(nèi)部噪聲在輸出端所呈現(xiàn)的額定噪聲功率N, 即No=NiGa+N=kToBnGa+N，代入No得 從上式可更明顯地看出噪聲系數(shù)與接收機(jī)內(nèi)部噪聲的關(guān)系, 實(shí)際接收機(jī)總會(huì)有內(nèi)部噪聲(N0), 因此F1, 只有當(dāng)接收機(jī)是“理想接收機(jī)”時(shí), 才會(huì)有F=1。 Ø 下面對(duì)噪聲系數(shù)作幾點(diǎn)說(shuō)明: 噪聲系數(shù)只適用于接收機(jī)的線性電路和準(zhǔn)線性電路, 即檢波器以前部分。檢波器是非線性電路, 而混頻器可看成是準(zhǔn)線性電路, 因其輸入信號(hào)和噪聲都

16、比本振電壓小很多, 輸入信號(hào)與噪聲間的相互作用可以忽略。 為使噪聲系數(shù)具有單值確定性, 規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻RA在室溫To=290K時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn), 所以由式 可以看出, 噪聲系數(shù)只由接收機(jī)本身參數(shù)確定。 噪聲系數(shù)F是沒(méi)有單位的數(shù)值, 通常用分貝表示F=10 lg F(dB) 噪聲系數(shù)的概念與定義, 可推廣到任何無(wú)源或有源的四端網(wǎng)絡(luò)。 接收機(jī)的饋線、放電器、移相器等屬于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò), 圖中Ga為額定功率傳輸系數(shù)。由于具有損耗電阻, 因此也會(huì)產(chǎn)生噪聲, 下面求其噪聲系數(shù)。 從網(wǎng)絡(luò)的輸入端向左看, 是一個(gè)電阻為RA的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò), 它輸出的額定噪聲功率為 經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸, 加于負(fù)載RL上

17、的外部噪聲額定功率為 從負(fù)載電阻RL向左看, 也是一個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò), 它是由信號(hào)源電阻RA和無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)組合而成的, 同理, 這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率仍為kToBn, 它也就是無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)輸出的總額定噪聲功率, 即 根據(jù)式 可得： 由于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)額定功率傳輸系數(shù)Ga1, 因此其噪聲系數(shù)F1。 （2）級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)Ø 兩級(jí)電路的級(jí)聯(lián) 總噪聲系數(shù) ：Ø n級(jí)電路級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)：上式給出了重要結(jié)論: 為了使接收機(jī)的總噪聲系數(shù)小, 要求各級(jí)的噪聲系數(shù)小、額定功率增益高。而各級(jí)內(nèi)部噪聲的影響并不相同, 級(jí)數(shù)越靠前, 對(duì)總噪聲系數(shù)的影響越大。所以總噪聲系數(shù)主要取決于最前面幾

18、級(jí), 這就是接收機(jī)要采用高增益低噪聲高頻放大器的主要原因。 Ø 典型雷達(dá)接收機(jī)的高、中頻部分 Ø 將圖中各級(jí)的額定功率增益和噪聲系數(shù)代入n級(jí)電路級(jí)聯(lián)公式, 即可求得接收機(jī)的總噪聲系數(shù): 一般都采用高增益(GR20dB)低噪聲高頻放大器, 因此上式可簡(jiǎn)化為 ：若不采用高放, 直接用混頻器作為接收機(jī)第一級(jí), 則可得： 式中 tc為混頻器的噪聲比, 本振噪聲的影響一般也計(jì)入在內(nèi)。 4） 接收機(jī)靈敏度(1) 靈敏度Ø 接收機(jī)的靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。噪聲總是伴隨著微弱信號(hào)同時(shí)出現(xiàn), 要能檢測(cè)信號(hào), 微弱信號(hào)的功率應(yīng)大于噪聲功率或者可以和噪聲功率相比。因此, 靈

19、敏度用接收機(jī)輸入端的最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si min來(lái)表示。在噪聲背景下檢測(cè)目標(biāo), 接收機(jī)輸出端不僅要使信號(hào)放大到足夠的數(shù)值, 更重要的是使其輸出信號(hào)噪聲比So/No達(dá)到所需的數(shù)值。通常雷達(dá)終端檢測(cè)信號(hào)的質(zhì)量取決于信噪比。 為了保證雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的質(zhì)量(如在虛警概率為10-6的條件下發(fā)現(xiàn)概率是50 %或90 %等), 接收機(jī)的中頻輸出必須提供足夠的信號(hào)噪聲比, 令So/No(So/No)min時(shí)對(duì)應(yīng)的接收機(jī)輸入信號(hào)功率為最小可檢測(cè)信號(hào)功率, 即接收機(jī)實(shí)際靈敏度為 通常,我們把(So/No)min稱為“識(shí)別系數(shù)”, 并用M表示, 所以靈敏度又可以寫(xiě)成 Ø 為了提高接收機(jī)的靈敏度,

20、即減少最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si min, 應(yīng)做到: 盡量降低接收機(jī)的總噪聲系數(shù)Fo, 所以通常采用高增益、低噪聲高放; 接收機(jī)中頻放大器采用匹配濾波器, 以便得到白噪聲背景下輸出最大信號(hào)噪聲比; 式中的識(shí)別系數(shù)M與所要求的檢測(cè)質(zhì)量、 天線波瓣寬度、掃描速度、雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率及檢測(cè)方法等因素均有關(guān)系。在保證整機(jī)性能的前提下, 盡量減小M的數(shù)值。 （2）臨界靈敏度Ø 為了比較不同接收機(jī)線性部分的噪聲系數(shù)Fo和帶寬Bn對(duì)靈敏度的影響, 需要排除接收機(jī)以外的諸因素, 因此通常令M=1, 這時(shí)接收機(jī)的靈敏度稱為“臨界靈敏度”，其為 Ø 雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度以額定功率表示, 并常以相對(duì)1

21、mW的分貝數(shù)計(jì)值, 即 一般超外差接收機(jī)的靈敏度為-90-110 dBmW。 Ø 對(duì)米波雷達(dá), 可用最小可檢測(cè)電壓ESi min表示靈敏度 對(duì)一般超外差式接收機(jī), ESi min為10-610-7V。將kTo的數(shù)值代入式 , Si min仍取常用單位dBmW, 則可得到簡(jiǎn)便計(jì)算公式為： Si min(dBmW)=-114dB+10 lgBn(MHz)+10 lgFoØ 不同噪聲帶寬(Bn=BRI)時(shí)接收機(jī)靈敏度與噪聲系數(shù)的關(guān)系曲線 5） 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍Ø 對(duì)一般放大器, 當(dāng)信號(hào)電平較小時(shí), 輸出電壓Uom隨輸入電壓Uim線性增大,放大器工作正常。 但信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí),

22、 放大器發(fā)生飽和現(xiàn)象, 失去正常的放大能力, 結(jié)果輸出電壓Uom不再增大, 甚至反而會(huì)減小, 致使輸出-輸入振幅特性出現(xiàn)彎曲下降, 見(jiàn)下圖。 這種現(xiàn)象稱為放大器發(fā)生“過(guò)載”。 圖中表示寬脈沖干擾與回波信號(hào)共同通過(guò)中頻放大器的情況(為了簡(jiǎn)便起見(jiàn), 僅畫(huà)出它們的調(diào)制包絡(luò)): 當(dāng)干擾電壓振幅Unm較小時(shí), 輸出電壓中有與輸入信號(hào)Uin相對(duì)應(yīng)的增量; 但當(dāng)Unm較大時(shí), 由于放大器飽和, 致使輸出電壓中的信號(hào)增量消失, 即回波信號(hào)被丟失。同理, 視頻放大器也會(huì)發(fā)生上述的飽和過(guò)載現(xiàn)象。 Ø 信號(hào)與寬脈沖干擾共同通過(guò)中頻放大器的示意圖 （輸出-輸入振幅特性）Ø 因此, 對(duì)于疊加在干擾上

23、的回波信號(hào)來(lái)說(shuō), 其放大量應(yīng)該用“增量增益”表示,它是放大器振幅特性曲線上某點(diǎn)的斜率 由上圖所示的振幅特性, 可求得Kd-Uim的關(guān)系曲線, 如下圖所示。可知, 只要接收機(jī)中某一級(jí)的增量增益Kd0, 接收機(jī)就會(huì)發(fā)生過(guò)載, 即丟失目標(biāo)回波信號(hào)。接收機(jī)抗過(guò)載性能的好壞, 可用動(dòng)態(tài)范圍D來(lái)表示, 它是當(dāng)接收機(jī)不發(fā)生過(guò)載時(shí)允許接收機(jī)輸入信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍, 其定義式如下: 或：式中, Pi min、Ui min為最小可檢測(cè)信號(hào)功率、電壓; Pi max、Ui max為接收機(jī)不發(fā)生過(guò)載所允許接收機(jī)輸入的最大信號(hào)功率、電壓。Ø 信號(hào)與寬脈沖干擾共同通過(guò)中頻放大器的示意圖（Kd-Uim的關(guān)系曲線）

24、6） 中頻脈沖的匹配濾波器（1） 匹配濾波器匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測(cè)信號(hào)的最佳線性濾波器, 其輸出信噪比在某個(gè)時(shí)刻可以達(dá)到最大。（2）單個(gè)矩形中頻脈沖的匹配濾波器Ø 多數(shù)常規(guī)雷達(dá)采用簡(jiǎn)單矩形脈沖調(diào)制, 所以有必要研究一下矩形包絡(luò)的單個(gè)中頻脈沖的匹配濾波器。設(shè)矩形脈沖的幅度為A, 寬度為, 信號(hào)波形的表達(dá)式為 ：傅里葉變換可求得信號(hào)頻譜Si（）由H()=S*() 可得匹配濾波器的傳輸函數(shù)H()Ø 單個(gè)矩形中頻脈沖及其匹配濾波器特性(a) 矩形脈沖波形; (b) 矩形高頻脈沖頻譜; (c) 匹配濾波器特性 Ø 匹配濾波器輸出的最大信噪比為 Ø 理想匹配

25、濾波器的特性一般比較難于實(shí)現(xiàn), 例如對(duì)于單個(gè)矩形中頻脈沖來(lái)說(shuō), 圖 (c)所示的頻率特性H()就不易實(shí)現(xiàn)。 因此需要考慮它的近似實(shí)現(xiàn), 即采用準(zhǔn)匹配濾波器。 五、雷達(dá)作用距離 1、最大作用距離Rmax1） 當(dāng)Pr正好等于Si min時(shí), 就可得到雷達(dá)檢測(cè)該目標(biāo)的最大作用距離Rmax，雷達(dá)距離方程的兩種基本形式：llPt為雷達(dá)發(fā)射功率, Gt為雷達(dá)天線的增益， Ar為雷達(dá)接收天線的有效接收面積（單基地脈沖雷達(dá)通常收發(fā)共用天線, 即Gt=Gr=G, At=Ar），為目標(biāo)的散射截面積，Si min為最小可檢測(cè)信號(hào)功率，為所用波長(zhǎng)2） 天線增益和有效面積之間有以下關(guān)系: 3） 雷達(dá)方程雖然給出了作用距

26、離和各參數(shù)間的定量關(guān)系, 但因未考慮設(shè)備的實(shí)際損耗和環(huán)境因素, 而且方程中還有兩個(gè)不可能準(zhǔn)確預(yù)定的量: 目標(biāo)有效反射面積和最小可檢測(cè)信號(hào)Si min, 因此它常用來(lái)作為一個(gè)估算的公式, 考察雷達(dá)各參數(shù)對(duì)作用距離影響的程度。 4） 接收信號(hào)處理框圖 用檢測(cè)因子Do表示的雷達(dá)方程為 ：上式中增加了帶寬校正因子CB1, 它表示接收機(jī)帶寬失配所帶來(lái)的信噪比損失, 匹配時(shí)CB=1；L表示雷達(dá)各部分損耗引入的損失系數(shù)；Fn為接收機(jī)的噪聲系數(shù)；T0為標(biāo)準(zhǔn)室溫, 一般取290K； 檢測(cè)因子Do= (S/N)o min5） 環(huán)境因素：大氣傳播影響（大氣衰減、大氣折射和雷達(dá)直視距離）、地面或水面反射對(duì)作用距離的影

27、響2、門(mén)限檢測(cè)檢測(cè)時(shí)門(mén)限電壓的高低影響以下兩種錯(cuò)誤判斷的多少: 有信號(hào)而誤判為沒(méi)有信號(hào)(漏警) 只有噪聲時(shí)誤判為有信號(hào)(虛警)應(yīng)根據(jù)兩種誤判的影響大小來(lái)選擇合適的門(mén)限。 1） 虛警概率Pfa虛警是指沒(méi)有信號(hào)而僅有噪聲時(shí), 噪聲電平超過(guò)門(mén)限值被誤認(rèn)為信號(hào)的事件。噪聲超過(guò)門(mén)限的概率稱虛警概率。包絡(luò)檢波器輸出端噪聲電壓振幅的概率密度函數(shù)為P（r） 2） 發(fā)現(xiàn)概率Pd發(fā)現(xiàn)概率就是信號(hào)加噪聲電壓超過(guò)門(mén)限的概率。 發(fā)現(xiàn)概率2、目標(biāo)的雷達(dá)截面積 (RCS)雷達(dá)是通過(guò)目標(biāo)的二次散射功率來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。為了描述目標(biāo)的后向散射特性, 在雷達(dá)方程的推導(dǎo)過(guò)程中, 定義了“點(diǎn)”目標(biāo)的雷達(dá)截面積。目標(biāo)的后向散射特性除與目標(biāo)

28、本身的性能有關(guān)外, 還與入射波的波長(zhǎng)、極化和視角有關(guān)。1） 點(diǎn)目標(biāo)特性與波長(zhǎng)的關(guān)系目標(biāo)的后向散射特性與波長(zhǎng)的關(guān)系最大, 常以相對(duì)于波長(zhǎng)的目標(biāo)尺寸來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)。為了討論目標(biāo)后向散射特性與波長(zhǎng)的關(guān)系, 比較方便的辦法是考察一個(gè)各向同性的球體。 因?yàn)榍蛴凶詈?jiǎn)單的外形, 而且理論上已經(jīng)獲得其截面積的嚴(yán)格解答, 其截面積與視角無(wú)關(guān), 因此常用金屬球來(lái)作為截面積的標(biāo)準(zhǔn), 用于校正數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 球體截面積與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖所示。當(dāng)球體周長(zhǎng)2r<<時(shí), 稱為瑞利區(qū), 這時(shí)的截面積正比于-4; 當(dāng)波長(zhǎng)減小到2r=時(shí)，就進(jìn)入振蕩區(qū), 截面積在極限值之間振蕩; 2r>>的區(qū)域稱為光學(xué)區(qū)

29、, 截面積振蕩地趨于某一固定值, 它就是幾何光學(xué)的投影面積r2。 目標(biāo)的尺寸相對(duì)于波長(zhǎng)很小時(shí)呈現(xiàn)瑞利區(qū)散射特性, 即-4。絕大多數(shù)雷達(dá)目標(biāo)都不處在這個(gè)區(qū)域中, 但氣象微粒對(duì)常用的雷達(dá)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是處在這一區(qū)域的(它們的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng))。處于瑞利區(qū)的目標(biāo), 決定它們截面積的主要參數(shù)是體積而不是形狀, 形狀不同的影響只作較小的修改即可。通常，雷達(dá)目標(biāo)的尺寸較云雨微粒要大得多, 因此降低雷達(dá)工作頻率可減小云雨回波的影響而又不會(huì)明顯減小正常雷達(dá)目標(biāo)的截面積。 實(shí)際上大多數(shù)雷達(dá)目標(biāo)都處在光學(xué)區(qū)。光學(xué)區(qū)名稱的來(lái)源是因?yàn)槟繕?biāo)尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí), 如果目標(biāo)表面比較光滑, 那么幾何光學(xué)的原理可以用來(lái)確定目標(biāo)雷達(dá)截面

30、積。按照幾何光學(xué)的原理, 表面最強(qiáng)的反射區(qū)域是對(duì)電磁波波前最突出點(diǎn)附近的小的區(qū)域, 這個(gè)區(qū)域的大小與該點(diǎn)的曲率半徑成正比。曲率半徑越大，反射區(qū)域越大, 這一反射區(qū)域在光學(xué)中稱為“亮斑”?？梢宰C明, 當(dāng)物體在“亮斑”附近為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱時(shí), 其截面積為2, 故處于光學(xué)區(qū)球體的截面積為r2, 其截面積不隨波長(zhǎng)變化。 在光學(xué)區(qū)和瑞利區(qū)之間是振蕩區(qū), 這個(gè)區(qū)的目標(biāo)尺寸與波長(zhǎng)相近, 在這個(gè)區(qū)中，截面積隨波長(zhǎng)變化而呈振蕩, 最大點(diǎn)較光學(xué)值約高5.6dB, 而第一個(gè)凹點(diǎn)的值又較光學(xué)值約低5.5dB。實(shí)際上雷達(dá)很少工作在這一區(qū)域。 2） 目標(biāo)特性與極化的關(guān)系目標(biāo)的散射特性通常與入射場(chǎng)的極化有關(guān)。先討論天線幅射線極化

31、的情況。照射到遠(yuǎn)區(qū)目標(biāo)上的是線極化平面波, 而任意方向的線極化波都可以分解為兩個(gè)正交分量, 即垂直極化分量和水平極化分量, 分別用ETH和ETV表示在目標(biāo)處天線所幅射的水平極化和垂直極化電場(chǎng), 其中上標(biāo)T表示發(fā)射天線產(chǎn)生的電場(chǎng), 下標(biāo)H和V分別代表水平方向和垂直方向。一般, 在水平照射場(chǎng)的作用下, 目標(biāo)的散射場(chǎng)E將由兩部分(即水平極化散射場(chǎng)ESH, 和垂直極化散射場(chǎng)ESV)組成, 并且有 ；式中，HH表示水平極化入射場(chǎng)產(chǎn)生水平極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)；HV表示水平極化入射場(chǎng)產(chǎn)生垂直極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)。 同理, 在垂直照射場(chǎng)作用下, 目標(biāo)的散射場(chǎng)也有兩部分: 式中, VH表示垂直極化入射場(chǎng)產(chǎn)生水平

32、極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)； VV表示垂直極化入射場(chǎng)產(chǎn)生垂直極化散射場(chǎng)的散射系數(shù)。顯然, 這四種散射成分中, 水平散射場(chǎng)可被水平極化天線所接收, 垂直散射場(chǎng)可被垂直極化天線所接收, 所以有 ，式中ErH, ErV分別表示接收天線所收到的目標(biāo)散射場(chǎng)中的水平極化成分和垂直極化成分，可得出散射矩陣：散射矩陣還可以表示成如下形式： ，由于雷達(dá)截面積嚴(yán)格表示應(yīng)該是一個(gè)復(fù)數(shù), 其中等表示散射矩陣單元的幅度, HH表示相對(duì)應(yīng)的相位。 天線的互易原理告訴我們, 不論收發(fā)天線各采用什么樣的極化, 當(dāng)收發(fā)天線互易時(shí), 可以得到同樣效果。 特殊情況, 比如發(fā)射天線是垂直極化, 接收天線是水平極化, 當(dāng)發(fā)射天線作為接收而接

33、收天線作為發(fā)射時(shí), 效果相同, 可知HV=VH, 說(shuō)明散射矩陣交叉項(xiàng)具有對(duì)稱性。 散射矩陣表明了目標(biāo)散射特性與極化方向的關(guān)系, 因而它和目標(biāo)的幾何形狀間有密切的聯(lián)系。 同理，如果我們采用相同極化的圓極化天線作為發(fā)射和接收天線, 那么對(duì)于一個(gè)近似為球體的目標(biāo), 接收功率很小或?yàn)榱恪?我們知道， 氣象微粒如雨等就是球形或橢圓形, 為了濾除雨回波的干擾, 收發(fā)天線常采用同極化的圓極化天線。 不管目標(biāo)是否對(duì)稱, 根據(jù)互易原理，都有LR=RL。 3） 復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積諸如飛機(jī)、艦艇、地物等復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積, 是視角和工作波長(zhǎng)的復(fù)雜函數(shù)。尺寸大的復(fù)雜反射體常常可以近似分解成許多獨(dú)立的散射體, 每一

34、個(gè)獨(dú)立散射體的尺寸仍處于光學(xué)區(qū), 各部分沒(méi)有相互作用, 在這樣的條件下，總的雷達(dá)截面積就是各部分截面積的矢量和： 這里，k是第k個(gè)散射體的截面積；dk是第k個(gè)散射體與接收機(jī)之間的距離, 這一公式對(duì)確定散射器陣的截面積有很大的用途。 各獨(dú)立單元的反射回波由于其相對(duì)相位關(guān)系, 可以是相加, 給出大的雷達(dá)截面積, 也可能相減而得到小的雷達(dá)截面積。對(duì)于復(fù)雜目標(biāo)，各散射單元的間隔是可以和工作波長(zhǎng)相比的, 因此當(dāng)觀察方向改變時(shí), 在接收機(jī)輸入端收到的各單元散射信號(hào)間的相位也在變化, 使其矢量和相應(yīng)改變, 這就形成了起伏的回波信號(hào)。 復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積是視角的函數(shù), 通常雷達(dá)工作時(shí), 精確的目標(biāo)姿態(tài)及視角

35、是不知道的, 因?yàn)槟繕?biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí), 視角隨時(shí)間變化。因此, 最好是用統(tǒng)計(jì)的概念來(lái)描述雷達(dá)截面積， 所用統(tǒng)計(jì)模型應(yīng)盡量和實(shí)際目標(biāo)雷達(dá)截面積的分布規(guī)律相同。 大量試驗(yàn)表明, 大型飛機(jī)截面積的概率分布接近瑞利分布, 當(dāng)然也有例外, 小型飛機(jī)和各種飛機(jī)側(cè)面截面積的分布與瑞利分布差別較大。導(dǎo)彈和衛(wèi)星的表面結(jié)構(gòu)比飛機(jī)簡(jiǎn)單, 它們的截面積處于簡(jiǎn)單幾何形狀與復(fù)雜目標(biāo)之間, 這類(lèi)目標(biāo)截面積的分布比較接近對(duì)數(shù)正態(tài)分布。船舶是復(fù)雜目標(biāo), 它與空中目標(biāo)不同之處在于海浪對(duì)電磁波反射產(chǎn)生多徑效應(yīng), 雷達(dá)所能收到的功率與天線高度有關(guān), 因而目標(biāo)截面積也和天線高度有一定的關(guān)系。在多數(shù)場(chǎng)合, 船舶截面積的概率分布比較接近對(duì)數(shù)正態(tài)分布。 六、測(cè) 距 測(cè)量目標(biāo)的距離是雷達(dá)的基本