雷達(dá)原理及測試方法

1、雷達(dá)原理及測試方案1雷達(dá)組成和測量原理雷達(dá)(Radar)是RadioDetectionandRanging的縮寫，原意“無線電探測和測距”即用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們在空間的位置?，F(xiàn)代雷達(dá)的任務(wù)不僅是測量目標(biāo)的距離、方位和仰角，而且還包括測量目標(biāo)速度，以及從目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息。1.1雷達(dá)組成圖1雷達(dá)簡單組成框圖圖2雷達(dá)主要組成框圖雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理和顯示設(shè)備組成，基本組成框圖如圖1所示。通常雷達(dá)工作頻率范圍為2MHz35GHz,其中超視距雷達(dá)工作頻率為2一30MHz,工作頻率為100一1000MHz范圍一般為遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)，工作頻率為1_4GHz范圍一般為

2、中程雷達(dá)，工作頻率在4GHz以上一般為近程雷達(dá)。老式雷達(dá)發(fā)射波形簡單，通常為脈沖寬度為t、重復(fù)頻率為T的高頻脈沖串。天線采T用機(jī)械天線，接收信號處理非常簡單。這種雷達(dá)存在的問題是抗干擾能力非常差，無法在復(fù)雜環(huán)境下使用。由于航空、航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等采用雷達(dá)作為探測和控制手段，對雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨力及多目標(biāo)測量要求，新一代雷達(dá)對雷達(dá)原有技術(shù)作了相當(dāng)大的改進(jìn)，其中頻率捷變和線性相位信號、采用編碼擴(kuò)頻的低截獲概率雷達(dá)技術(shù)、動態(tài)目標(biāo)顯示和脈沖多普勒技術(shù)是非常重要的新技術(shù)。表1雷達(dá)頻率分段波段名稱頻率分配雷達(dá)頻段HF230超視距雷達(dá)VHF/UHF100一10

3、00MHz420450MHz890940MHz遠(yuǎn)程雷達(dá)L廠2GHz1.2151.4GHz中程雷達(dá)S2一4GHz2.32.5GHz2.73.7GHz中/近程雷達(dá)C4一8GHz5.255.925GHz近程雷達(dá)X8一12GHz13.414GHz15.717.7GHz近程雷達(dá)Ku1218GHz13.414GHz15.717.7GHzK1827GHz24.0524.25GHzKa2740GHz33.436GHz1.2雷達(dá)測量原理1)目標(biāo)斜距的測量圖3雷達(dá)接收時(shí)域波形在雷達(dá)系統(tǒng)測試中需要測試?yán)走_(dá)到目標(biāo)的距離和目標(biāo)速度，雷達(dá)到目標(biāo)的距離是由電磁波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間來確定，雷達(dá)接收波形參見圖3，雷達(dá)到達(dá)目

4、標(biāo)的距離R為：R=0.5xcxt式（2）r式中c=3x108m/s,t為來回傳播時(shí)間r2）目標(biāo)角位置的測量目標(biāo)角指方位角或仰角，這兩個角位置基本上是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)。雷達(dá)天線將電磁能匯集在窄波束內(nèi)，當(dāng)天線對準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，回波信號最強(qiáng)。回波的角位置還可以用測量兩個分離接收天線收到信號的相位差來決定。3）相對速度的測量圖4多普勒雷達(dá)回波信號頻譜由于多普勒效應(yīng)，從運(yùn)動目標(biāo)反射回來的回波信號頻率與發(fā)射信號頻率相比，增加了個多普勒頻率偏移成分，圖4是多普勒雷達(dá)回波信號頻譜。測量回波信號的多普勒頻移,可得到目標(biāo)速度信息V:rV=0.5xf/A式（3）rd式中為f為多普勒頻移，久為雷達(dá)信號波長。目標(biāo)面對雷

5、達(dá)飛行，多普勒頻率為正，d當(dāng)目標(biāo)背向雷達(dá)飛行，多普勒頻率為負(fù)。UHF頻段f為多普勒頻移在10Hz100Hz范圍，HF頻段多普勒頻移1Hz_10Hz，我們d可以估算UHF頻段多普勒雷達(dá)頻率準(zhǔn)確度約在10-8_10-9,HF頻段多普勒雷達(dá)頻率準(zhǔn)確度約在10-7_10-8，此時(shí)AWG需要外接標(biāo)頻。4）目標(biāo)尺寸和形狀當(dāng)雷達(dá)測量具有足夠高的分辨率，可以提供目標(biāo)尺寸的測量。當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)有相對運(yùn)動時(shí)，可以利用多普勒效應(yīng)切向距維的分辨率。此外，比較目標(biāo)對不同極化波的散射場，可以提供目標(biāo)形狀不對稱性的量度。復(fù)雜目標(biāo)的回波振幅隨時(shí)間會變化，1.3雷達(dá)探測能力基本雷達(dá)方程雷達(dá)能在多遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，由雷達(dá)方程來回答

6、。雷達(dá)方程將雷達(dá)作用距離和雷達(dá)發(fā)射、接收、天線和環(huán)境等因素連續(xù)起來。雷達(dá)能探測最遠(yuǎn)距離R如下：maxR=（PGA/（16n2S）1/4maxtemin式中P為發(fā)射機(jī)功率，G為天線增益，A為天線有效接收面積，為雷達(dá)回波功率截te面積，S為雷達(dá)最小可探測信號。min雷達(dá)方程可以正確反映雷達(dá)各參數(shù)對其檢測能力影響的程度，不能充分反映實(shí)際雷達(dá)的性能。因?yàn)樵S多影響作用距離的環(huán)境和實(shí)際因素在方程中沒有包括。1.4雷達(dá)分類軍用雷達(dá)主要分類：雷達(dá)種類特點(diǎn)應(yīng)用預(yù)警雷達(dá)（超遠(yuǎn)程雷達(dá)）數(shù)千公里，精度不高發(fā)現(xiàn)洲際導(dǎo)彈和戰(zhàn)略轟炸機(jī)搜索和警戒雷達(dá)600km以上，精度不高搜索飛機(jī)引導(dǎo)指揮雷達(dá)（機(jī)場調(diào)度、監(jiān)視雷達(dá)）多批次目標(biāo)

7、檢測，目標(biāo)三坐標(biāo)，目標(biāo)精度要求較高對殲擊機(jī)引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)，火控雷達(dá)幾十公里，精度很高控制火炮（地空導(dǎo)彈）對空瞄準(zhǔn)制導(dǎo)雷達(dá)精度較高、多批次目標(biāo)跟蹤測量飛機(jī)或?qū)椷\(yùn)動軌跡，控制導(dǎo)彈攻擊戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)發(fā)現(xiàn)坦克、車輛、人等運(yùn)動目標(biāo)機(jī)載截?fù)衾走_(dá)精度高測量和攻擊敵機(jī)機(jī)載護(hù)尾雷達(dá)精度低發(fā)現(xiàn)尾部有無敵機(jī)機(jī)載導(dǎo)航雷達(dá)精度較高顯示地面圖象，用于全天候?qū)Ш綗o線電高度儀連續(xù)波調(diào)頻雷達(dá)測量飛機(jī)離開地面或海面距離2雷達(dá)新技術(shù)由于航空、航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等采用雷達(dá)作為探測和控制手段，對雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨力及多目標(biāo)測量要求，新一代雷達(dá)對雷達(dá)原有技術(shù)作了相當(dāng)大的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在：a）

8、鎖相技術(shù)和高穩(wěn)定振蕩器；b）頻率捷變和線性相位；c）采用編碼擴(kuò)頻的低截獲概率雷達(dá)技術(shù)；d）動態(tài)目標(biāo)顯示和脈沖多普勒技術(shù)；e）電掃描與相控陣；f）數(shù)字信號處理與高速信號處理芯片；g）超高速集成電路與專用集成電路。般雷達(dá)測試除進(jìn)行頻率、功率、相位噪聲、噪聲系數(shù)等常規(guī)測試外，但是這樣測試都只是在較低層次上進(jìn)行射頻、微波部件測試，同時(shí)提供測試用雷達(dá)信號形式非常簡單，不能滿足復(fù)雜雷達(dá)信號測試需求。更為重要的是，雷達(dá)在實(shí)際工作過程中接收到的信號并不是純凈的發(fā)射回波，它包含各種雜波和多普勒效應(yīng)，特別是在地形復(fù)雜或海面各種時(shí)，接收機(jī)接收到的雜波比需要探測的物體回波大的多，而這切目前沒有通用測量設(shè)備來生成雷達(dá)接

9、收機(jī)所接收到的實(shí)際波形。因此各個雷達(dá)研制單位投入大量人力、物力研制各種雷達(dá)模擬器，但這些模擬器往往受各種設(shè)計(jì)因素影響，只是實(shí)際雷達(dá)波形的簡化，并只考慮到典型的應(yīng)用，對復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境無法模擬。這樣無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)研制和使用過程中問題和隱患。因此我們需要尋找一種新的手段模擬實(shí)際環(huán)境下的雷達(dá)信號，Tektronix的AWG、WCA、TDS8000、TLA是解決這問題的有利工具。3雷達(dá)主要指標(biāo)3.1雷達(dá)主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)1）觀察空域2）觀察時(shí)間與數(shù)據(jù)率3）測量精度4）分辨率5）抗干擾能力6）觀察與跟蹤的目標(biāo)數(shù)7）數(shù)據(jù)的錄取與傳輸能力8）工作可靠性與可維修性9）工作環(huán)境條件10）抗核爆炸和抗轟炸能力11）

10、機(jī)動性能3.2雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)1）天饋線性能2）雷達(dá)信號形式3）發(fā)射機(jī)性能4）接收機(jī)性能5）測角方程6）雷達(dá)信號處理7）雷達(dá)數(shù)據(jù)處理能力3.3雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要指標(biāo)1）工作頻率2）輸出功率3）發(fā)射機(jī)效率4）信號穩(wěn)定度或頻譜純度3.4雷達(dá)接收機(jī)主要指標(biāo)1）靈敏度2）工作頻帶寬度3）動態(tài)范圍4）中頻的選擇和濾波特性5）工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性6）抗干擾能力4雷達(dá)的信號形式按雷達(dá)信號脈沖形式可分為連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)，絕大多數(shù)雷達(dá)為脈沖雷達(dá)。按不同信號調(diào)制形式分為脈沖壓縮雷達(dá)、噪聲雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等。按信號瞬時(shí)帶寬，雷達(dá)可分為窄帶雷達(dá)和寬帶雷達(dá)。雷達(dá)常用信號形式雷達(dá)信號時(shí)域波形雷達(dá)信號頻譜雷達(dá)信號頻譜

11、不同參數(shù)頻譜典型C波段本振相位噪聲4建議的Tektronix雷達(dá)測試解決方案4.1TDS8000和TDS7000用于時(shí)域波形脈沖信號時(shí)域波形FFT分析TDS8000與Agilent86100比較TDS800086100AD采樣分辨率14bit12bit時(shí)間間隔準(zhǔn)確度21ps/d8ps+0.001%20ps/d1ps+1%8ps+0.1%4.2AWG用于信號模擬（略）4.3WCA用于矢量分析WCA380與Agilent89610WCA330/38089600系列通道/頻段多通道（RF、I/Q、基帶）WCA330:DC-3GHzWCA380:DC-8GHz89641A:DC6GHz單通道89640A:DC2.7GHz單通道89610A:DC40MHz單通道（可選雙通道）AD采樣分辨率14bit25.6Msps12bit40.96*2Msps12bit100或95Msps線性調(diào)頻矢量圖CW調(diào)制矢量圖4.