雷達(dá)成像處理

1、v1 緒論緒論v2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)發(fā)射機(jī)v3 雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)v4 雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備v5 雷達(dá)作用距離雷達(dá)作用距離v6 目標(biāo)距離、角度測(cè)量目標(biāo)距離、角度測(cè)量v7 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速教材：雷達(dá)原理（第三版）丁鷺飛等Skolnik主編(王軍等譯)，雷達(dá)手冊(cè)(第二版)，電子工業(yè) 出版社，2003 。Skolnik主編(左群聲等譯)，雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論(第三版),電子 工業(yè)出版社,2007鄭新等,雷達(dá)發(fā)射機(jī)技術(shù) ，電子工業(yè)出版社，2006 。 戈穩(wěn)等,雷達(dá)接收機(jī)技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2005。吳順君等,雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2008。嚴(yán)

2、利華等，機(jī)載雷達(dá)原理與系統(tǒng)，航空工業(yè)出版社，2010vradarradar的音譯，的音譯，Radio dio Detection etection and nd Ranging anging 的縮的縮寫。無線電探測(cè)和測(cè)距。寫。無線電探測(cè)和測(cè)距。v定義：能夠發(fā)射電磁波定義：能夠發(fā)射電磁波, ,并能通過接收目標(biāo)對(duì)電磁并能通過接收目標(biāo)對(duì)電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的一種裝置。波的反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的一種裝置。v特點(diǎn)：能主動(dòng)、遠(yuǎn)距離、全天候、全天時(shí)獲取目標(biāo)特點(diǎn)：能主動(dòng)、遠(yuǎn)距離、全天候、全天時(shí)獲取目標(biāo)信息。信息。（1）雷達(dá)檢測(cè)判斷目標(biāo)是否存在（2）目標(biāo)定位參數(shù)提?。ü乐担?）目標(biāo)

3、跟蹤對(duì)目標(biāo)信息的連續(xù)測(cè)量（4）目標(biāo)識(shí)別判斷是目標(biāo)是什么（5）目標(biāo)成像獲取目標(biāo)的結(jié)構(gòu)形狀斜距斜距R R : : 雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離OP方位方位 : : 目標(biāo)斜距目標(biāo)斜距R R在水平面上的投影在水平面上的投影OB與某一起始方向與某一起始方向 ( (正北、正北、 正南或其它參考方向正南或其它參考方向) )在水平面上的夾角。在水平面上的夾角。 仰角仰角： 斜距斜距R R與它在水平面上的投影與它在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角在鉛垂面上的夾角, , 有時(shí)也稱為傾角或高低角。有時(shí)也稱為傾角或高低角。R為目標(biāo)到雷達(dá)的單程距離，為目標(biāo)到雷達(dá)的單程距離，tR為電磁波往返于目標(biāo)與雷達(dá)為電

4、磁波往返于目標(biāo)與雷達(dá)之間的時(shí)間間隔，之間的時(shí)間間隔，c為電磁波的傳播速率為電磁波的傳播速率(3108米米/秒秒)舉例舉例:tR=1us, R=150m發(fā)射機(jī)接收機(jī)R R2Rtc R12Rct21R2R121221 2RRttRRccc發(fā)射機(jī)接收機(jī)R1 1R12Rtc2R22Rtcr12c發(fā)射機(jī) tp脈沖寬度：脈沖間隔： tp，脈沖重復(fù)頻率：PRF=1/tp占空因子（工作比）： D=/ tp接收機(jī)發(fā)射機(jī) tptR接收機(jī)tRtp+tRup1=22 PRFcRct min1()2sRct最小可測(cè)距離最小可測(cè)距離收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間(recovery time)最大可測(cè)距離max12tot

5、Rc PRTtdead time090180270360090180 090180 2sin2aRR 將角度分辨率轉(zhuǎn)化為切向（方位向）分辨率aRaaRRD2rdvf 當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)， ，回波載頻變，回波載頻變大，大， 。目標(biāo)背離雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，。目標(biāo)背離雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 回波載頻回波載頻減小，減小， 。0rv 0df 0rv 0df 多普勒頻率與目標(biāo)和雷達(dá)之間相對(duì)速度的關(guān)系多普勒頻率與目標(biāo)和雷達(dá)之間相對(duì)速度的關(guān)系:2 cosdvf2rdvf2rdvf雷達(dá)地雜波抑制（雷達(dá)地雜波抑制（MTI, MTD雷達(dá)）雷達(dá)）改善雷達(dá)方位分辨率（改善雷達(dá)方位分辨率（SAR）提高目標(biāo)識(shí)別率（利

6、用微多普勒特性，檢測(cè)直升提高目標(biāo)識(shí)別率（利用微多普勒特性，檢測(cè)直升機(jī)、生命體等目標(biāo)）機(jī)、生命體等目標(biāo)） 設(shè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率為Pt,當(dāng)用各向均勻輻射的天線發(fā)射時(shí), 距雷達(dá)R遠(yuǎn)處任一點(diǎn)的功率密度等于功率被假想的球面積4R2所除, 即 1S214 RPStRPt實(shí)際雷達(dá)總是使用定向天線將發(fā)射機(jī)功率集中輻射于某些方向上。天線增益G用來表示相對(duì)于各向同性天線, 實(shí)際天線在輻射方向上功率增加的倍數(shù)。 因此當(dāng)發(fā)射天線增益為G時(shí), 距雷達(dá)R處目標(biāo)所照射到的功率密度為 124tPGSRRPt目標(biāo)截獲了一部分照射功率并將它們重新輻射于不同的方向。 用雷達(dá)截面積來表示被目標(biāo)截獲入射功率后再次輻射回雷達(dá)處功率的大小,

7、或用下式表示在雷達(dá)處的回波信號(hào)功率密度: 的大小隨具體目標(biāo)而異, 它可以表示目標(biāo)被雷達(dá)“看見”的尺寸。雷達(dá)接收天線只收集了回波功率的一部分, 設(shè)天線的有效接收面積為A, 則雷達(dá)收到的回波功率Pr為 22212444RRGPRSSt224(4 )trPGAPASR當(dāng)接收到的回波功率Pr等于最小可檢測(cè)信號(hào)Smin時(shí), 雷達(dá)達(dá)到其最大作用距離Rmax, 超過這個(gè)距離后, 就不能有效地檢測(cè)到目標(biāo)。 1/4max2min(4)tPGARS考慮到天線增益與孔徑之間的如下關(guān)系：24 AGmin24(4 )trPGAPSR目標(biāo)可檢測(cè)條件：目標(biāo)可檢測(cè)條件：1/422max3min(4)tPGRS 1/42max

8、2min4tPARS或者發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)收發(fā)開關(guān)收發(fā)開關(guān) 天線天線同步器同步器顯示器顯示器發(fā)射機(jī)：提供大功率的射頻信號(hào)天 線 ：輻射大功率射頻信號(hào)和接收微弱的目標(biāo)回波信號(hào)接收機(jī)：對(duì)接收到的微弱回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、變頻處理顯示器：顯示雷達(dá)所獲取的的目標(biāo)信息和情報(bào)S波段全固態(tài)發(fā)射機(jī)作用：發(fā)射和接收雷達(dá)信號(hào)發(fā)射模式發(fā)射模式 天線把來自發(fā)射機(jī)的高功率信號(hào)輻射到自由空間中，并把能量聚積在一定的角域范圍內(nèi)。接收模式接收模式 天線從一定角域范圍內(nèi)接收雷達(dá)目標(biāo)發(fā)射回來的微弱信號(hào)。雷聲公司生產(chǎn)的ALR-67(V)3雷達(dá)雷達(dá)警戒接收機(jī)接收機(jī) 接收機(jī)保護(hù)器低噪聲高頻放大器混頻器中頻放大器(匹配濾波器)檢

9、波器視 頻放大器至終端設(shè)備本振高 頻 部 分高頻輸入顯示器顯示器電磁波頻譜中，雷達(dá)使用頻率范圍電磁波頻譜中，雷達(dá)使用頻率范圍甚低頻(超長(zhǎng)波)低頻(長(zhǎng)波)中頻(中波)高頻(短波)甚高頻(超短波)特高頻(分米波)超高頻(厘米波)極高頻(毫米波)亞毫米波100 km10 km1 km100 m10 m1 m10 cm1 cm1 mm0.1 mm雷達(dá)頻率廣播段紅外線音頻視頻微波段頻率3 kHz30 kHz300 kHz3 MHz30 MHz300 MHz3 GHz30 GHz300 GHz3000 GHz波長(zhǎng)雷達(dá)頻段的表示雷達(dá)頻段的表示 （最初為保密，后來（最初為保密，后來IEEE標(biāo)準(zhǔn)化）標(biāo)準(zhǔn)化）10

10、cm5cm3cm 常用雷達(dá)工作頻率范圍：常用雷達(dá)工作頻率范圍：220MHz35GHz。更低到。更低到2MHz (地波超視距雷達(dá)地波超視距雷達(dá)) ，更高到，更高到94GHz(毫米波雷達(dá)毫米波雷達(dá))。物理尺寸物理尺寸發(fā)射功率發(fā)射功率波束寬度波束寬度大氣衰減大氣衰減f軍用雷達(dá)軍用雷達(dá)v按所在平臺(tái)分：地面雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)，艦載雷達(dá)，地面雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)，艦載雷達(dá)，星載雷達(dá)，車載雷達(dá)。星載雷達(dá)，車載雷達(dá)。v地面雷達(dá)按功能分：空中監(jiān)視雷達(dá)，目標(biāo)引導(dǎo)與空中監(jiān)視雷達(dá)，目標(biāo)引導(dǎo)與指示雷達(dá)、衛(wèi)星與導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)、超視距雷達(dá)、指示雷達(dá)、衛(wèi)星與導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)、超視距雷達(dá)、火控雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)，精密跟蹤測(cè)量雷達(dá)等?；鹂乩走_(dá)、

11、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)，精密跟蹤測(cè)量雷達(dá)等。v機(jī)載雷達(dá)有：機(jī)載預(yù)警雷達(dá)，機(jī)載火控雷達(dá)，轟機(jī)載預(yù)警雷達(dá)，機(jī)載火控雷達(dá)，轟炸雷達(dá)，測(cè)高雷達(dá)，氣象雷達(dá)，空中偵察雷達(dá)等。炸雷達(dá)，測(cè)高雷達(dá)，氣象雷達(dá)，空中偵察雷達(dá)等。民用雷達(dá)民用雷達(dá)v空中交通管制雷達(dá)，內(nèi)河與港口管制雷達(dá)，氣象空中交通管制雷達(dá)，內(nèi)河與港口管制雷達(dá)，氣象雷達(dá)等，還有飛機(jī)上的導(dǎo)航雷達(dá)，宇宙航行中的雷達(dá)等，還有飛機(jī)上的導(dǎo)航雷達(dá)，宇宙航行中的飛船對(duì)接交會(huì)，星體上著陸用雷達(dá)以及遙感雷達(dá)飛船對(duì)接交會(huì)，星體上著陸用雷達(dá)以及遙感雷達(dá)等，還有探地雷達(dá)，汽車防撞雷達(dá)，公路上車速等，還有探地雷達(dá)，汽車防撞雷達(dá)，公路上車速測(cè)量雷達(dá)等等。測(cè)量雷達(dá)等等。v按信號(hào)形式可分為：

12、脈沖雷達(dá)，連續(xù)波雷達(dá)，脈沖壓縮雷達(dá)，脈沖多脈沖雷達(dá)，連續(xù)波雷達(dá)，脈沖壓縮雷達(dá)，脈沖多普勒雷達(dá)，噪聲雷達(dá)，頻率捷變雷達(dá)等。普勒雷達(dá)，噪聲雷達(dá)，頻率捷變雷達(dá)等。v按角跟蹤方式可分為： 單脈沖雷達(dá)，圓錐掃描雷達(dá)，隱蔽錐掃雷達(dá)。單脈沖雷達(dá)，圓錐掃描雷達(dá)，隱蔽錐掃雷達(dá)。v按測(cè)量目標(biāo)參量可分為： 兩坐標(biāo)雷達(dá)，三坐標(biāo)雷達(dá)，測(cè)高雷達(dá)，測(cè)速雷達(dá)，兩坐標(biāo)雷達(dá)，三坐標(biāo)雷達(dá)，測(cè)高雷達(dá)，測(cè)速雷達(dá)，目標(biāo)識(shí)別雷達(dá)。目標(biāo)識(shí)別雷達(dá)。v按天線掃描方法分：按天線掃描方法分：v 機(jī)械掃描雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)，頻掃雷達(dá)。機(jī)械掃描雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)，頻掃雷達(dá)。v按信號(hào)處理方式分：按信號(hào)處理方式分：v 相參雷達(dá)，非相參雷達(dá)，動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)，合相

13、參雷達(dá)，非相參雷達(dá)，動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)，合成孔徑雷達(dá)，逆合成孔徑雷達(dá)，各種分集雷達(dá)等。成孔徑雷達(dá)，逆合成孔徑雷達(dá)，各種分集雷達(dá)等。任務(wù)：用于發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略轟炸機(jī)、洲際導(dǎo)彈。波段：超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)，用以減少大氣吸收的損耗。作用距離：幾千公里。功率：兆瓦任務(wù)：用于發(fā)現(xiàn)飛機(jī)波段：主要是L和S波段作用距離 ：公里功率：兆瓦v任務(wù)：用于殲擊機(jī)的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)任務(wù)：用于殲擊機(jī)的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)v波段：波段：X、L和和S波段波段v作用距離：幾百公里作用距離：幾百公里v功率：兆瓦功率：兆瓦火控雷達(dá)火控雷達(dá)v 任務(wù)：用于跟蹤海面或空中目標(biāo)，為武器指揮控制系統(tǒng)提任務(wù)：用于跟蹤海面或空中目標(biāo)，為武器指揮控制系

14、統(tǒng)提供目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。供目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。v 波段：波段：Ka、波段、波段v 作用距離：幾十到上百公里作用距離：幾十到上百公里v 功率：幾十到幾百功率：幾十到幾百kW雷達(dá)先驅(qū)雷達(dá)先驅(qū) 1865年，年，Maxwell 推導(dǎo)推導(dǎo)了主宰電磁波現(xiàn)象的麥克斯了主宰電磁波現(xiàn)象的麥克斯韋爾方程。他從數(shù)學(xué)上指出，韋爾方程。他從數(shù)學(xué)上指出，震蕩的電荷產(chǎn)生電磁場(chǎng)，且震蕩的電荷產(chǎn)生電磁場(chǎng)，且該電磁場(chǎng)以光速傳播，他同該電磁場(chǎng)以光速傳播，他同時(shí)指出，可見光只是電磁能時(shí)指出，可見光只是電磁能量所具有的頻譜的很小一部量所具有的頻譜的很小一部分分1886年，Hertz進(jìn)一步擴(kuò)展了Maxwell的光學(xué)電磁場(chǎng)理論。Hertz通過實(shí)驗(yàn)證

15、明了電可以以電磁波的形式發(fā)射，并且其傳播速度等于光速，同時(shí)還具有一些其它的性質(zhì)。這直接導(dǎo)致后來無線電通訊、電視、雷達(dá)等的發(fā)明。1889年，他試驗(yàn)演示了無線電波碰到物體會(huì)產(chǎn)生反射。1887年，Hertz在從事無線電研究過程中，還意外發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。雷達(dá)先驅(qū)雷達(dá)先驅(qū)早期的聲音探測(cè)預(yù)警早期的聲音探測(cè)預(yù)警雷達(dá)用于探測(cè)飛機(jī)之前，采用這些聲音探測(cè)器來提供預(yù)警，最大作用距離可以達(dá)到公里。世界上第一部雷達(dá)世界上第一部雷達(dá)1904年，德國(guó)的Huelsmeyer申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“telemobiloscope”的專利。這是一個(gè)利用電波來探測(cè)遠(yuǎn)處金屬物體的發(fā)射機(jī)接收機(jī)系統(tǒng)。Telemobiloscope設(shè)計(jì)用來防止輪

16、船之間的碰撞。他的這一想法最初產(chǎn)生于看到一位因輪船相撞失去兒子而悲痛欲絕的母親世界上第一部作戰(zhàn)雷達(dá)世界上第一部作戰(zhàn)雷達(dá)英國(guó)的chain Home 雷達(dá)是第一個(gè)完整的防空系統(tǒng)，也是真正用于作戰(zhàn)的第一部雷達(dá)，它用來對(duì)高空飛行的飛機(jī)探測(cè)和測(cè)距。早期的機(jī)載雷達(dá)早期的機(jī)載雷達(dá)螺旋槳飛機(jī)上的雷達(dá)天線噴氣式飛機(jī)上的雷達(dá)天線，可用于夜間作戰(zhàn)1940年，麻省理工學(xué)院年，麻省理工學(xué)院(MIT)建立了輻射實(shí)建立了輻射實(shí)驗(yàn)室，主要從事雷達(dá)研究。在最初年時(shí)間里，驗(yàn)室，主要從事雷達(dá)研究。在最初年時(shí)間里，美國(guó)投入億美元對(duì)飛機(jī)截獲、導(dǎo)航、火控美國(guó)投入億美元對(duì)飛機(jī)截獲、導(dǎo)航、火控等雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行研究。據(jù)稱其投資強(qiáng)度和研制等雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行研究。據(jù)稱其投資強(qiáng)度和研制原子彈的投資幾乎一樣。原子彈的投資幾乎一樣。二戰(zhàn)中的雷達(dá)二戰(zhàn)中的雷達(dá) 用雷達(dá)控制高射炮擊落一架飛機(jī)平均由用雷達(dá)控制高射炮擊落一架飛機(jī)平均由5000發(fā)降發(fā)降為為50發(fā)，命中率提高發(fā)，命中率提高100倍。倍。被譽(yù)為“天之驕子”標(biāo)志性成果標(biāo)志性成果1939年,英國(guó)人發(fā)明了高功率微波磁控管，高功率微波器件的出現(xiàn)，大大促進(jìn)了雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。從此，可克服VHF頻段的局限，開發(fā)出窄波束、寬帶寬，工作于L和S波段的大型