雷達(dá)原理讀書(shū)筆記

1、雷達(dá)原理(Radar Principles )一讀書(shū)“筆記”姓名：林中朝學(xué)號(hào)：07074033西安電子科技大學(xué)2010-11-1雷達(dá)的簡(jiǎn)介雷達(dá)基本工作原理如圖1-1,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，再定向輻射于大氣中，如果 目標(biāo)位于定向天線波束內(nèi)，截取一部分電磁能，再將這些截取能量向各方向散射，部分能量進(jìn)入到雷 達(dá)接收機(jī)。接收機(jī)將散射回波信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理送終端顯示!信咽理機(jī)!1R顯示器圖1-1雷達(dá)的原理及基本組成基本雷達(dá)方程1、距離R處任一點(diǎn)處的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率密度:S2 = S1熹黑2康,Pt雷達(dá)發(fā)射功率。PtG4二 R22、對(duì)于定向天線，考慮到天線增益 G表示相對(duì)于各向同性

2、天線，則 S= 3、以目標(biāo)為圓心，雷達(dá)處散射的功率密度：& =6券=景.券, （T雷達(dá)散射截面積。4、雷達(dá)天線接收面積人,收到功率Pr= AS2 =號(hào)：.（4二）2R4Rmax =PtGAe- 11/4（4 二）4n5、最大測(cè)量距離：當(dāng)雷達(dá)接收功率為接收機(jī)最小檢測(cè)功率（即臨界靈敏度）時(shí) P=&in時(shí),雷達(dá)的基本組成如圖1.2所示:1.2脈沖雷達(dá)基本組成框圖1、天線：輻射能量和接收回波（單基地脈沖雷達(dá)），（天線形狀，波束形狀，掃描方式）。2、收發(fā)開(kāi)關(guān)：收發(fā)隔離。3、發(fā)射機(jī)：直接振蕩式（如磁控管振蕩器），功率放大式（如主振放大式），（穩(wěn)定，產(chǎn)生復(fù)雜波形，可相參處理）。4、接收機(jī)：超外差，高頻放大，

3、混頻,中頻放大，檢波，視頻放大等。（接收機(jī)部分也進(jìn)行一些信號(hào)處理，如匹配濾波等），接收機(jī)中的檢 波器通常是包絡(luò)檢波，對(duì)于多普勒處理則采用相位檢波器。5、信號(hào)處理：消除不需要的信號(hào)及干擾而通過(guò)或加強(qiáng)由目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號(hào)，通常在檢測(cè)判決之前 完成（MTI,多普勒濾波器組，脈沖壓縮），許多現(xiàn)代雷達(dá)也在檢測(cè)判決之后完成。6、顯示器（終端）：原始視頻，或經(jīng)過(guò)處理的信息。7、同步設(shè)備（視頻綜合器）：是雷達(dá)機(jī)的頻率和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（只有功率放大式（主振放大式）才有）二、雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成一、任務(wù)：產(chǎn)生大功率的特定調(diào)制的電磁振蕩即射頻信號(hào)。1、振幅調(diào)制： CW pulse : width , re

4、peat frequency2、頻率調(diào)制：fixed freq 頻率分集 freq coded LFM頻率捷變3、相位調(diào)制：隨機(jī)相位相位相參相位編碼二、分類與組成1、單級(jí)振蕩式：大功率電磁振蕩產(chǎn)生與調(diào)制同時(shí)完成(一個(gè)器件) 電源 圖2-1單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)(D定時(shí)器提供以為間隔的脈沖觸發(fā)信號(hào)(2)脈沖調(diào)制器：在觸發(fā)脈沖信號(hào)激勵(lì)下產(chǎn)生脈寬為 P的大功率視頻脈沖信號(hào)。(3)功率射頻振蕩器：產(chǎn)生大功率射頻信號(hào)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，廉價(jià)，高效，難以產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制，頻率穩(wěn)定性差，10-1002、主振放大式(主控振蕩器加上射頻放大鏈)：先產(chǎn)生小功率的CW振蕩，再分多級(jí)進(jìn)行調(diào)制和放大。圖2-2主振放大式發(fā)射機(jī)(1)定時(shí)

5、器：給三個(gè)脈沖調(diào)制器提供不同時(shí)間，不同寬度的觸發(fā)脈沖信號(hào)(2)固體微波源：是高穩(wěn)定度的 CW振蕩器，在脈沖調(diào)制下形成輸出脈沖(3)中間放大器：在微波源脈沖到達(dá)后很短時(shí)間處于放大狀態(tài)，在微波脈沖結(jié)束后退出放大狀態(tài), 受脈沖控制(4)出功率放大器：產(chǎn)生大功率的脈沖射頻信號(hào)特點(diǎn)：調(diào)制準(zhǔn)確，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜調(diào)制，系統(tǒng)復(fù)雜，昂貴，效率低 。三、雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)接收機(jī)的任務(wù)和基本組成-i、 任務(wù)不失真的放大所需的微弱信號(hào)，抑制不需要的其他信號(hào)(噪聲、干擾等)二、超外差雷達(dá)接收機(jī)的組成優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、增益高、選擇性好、適應(yīng)性廣。圖3-1超外差式雷達(dá)接收機(jī)簡(jiǎn)化框圖1、高頻部分：(1) T/R及保護(hù)器：發(fā)射機(jī)工作

6、時(shí)，使接收機(jī)輸入端短路，并對(duì)大信號(hào)限幅保護(hù)(2)低噪聲高放：提高靈敏度，降低接收機(jī)噪聲系數(shù)，熱噪聲增益。(3) Mixer, LD, AFC保證本振頻率與發(fā)射頻率差頻為中頻，實(shí)現(xiàn)變頻。2、中頻部分及AGC(1)匹配濾波：(S/N)0maxAGC auto gain control.3、視頻部分：(1)檢波：包絡(luò)檢波，同步(頻)檢波(正交兩路)，相位檢波。(2)放大：線形放大，對(duì)數(shù)放大，動(dòng)態(tài)范圍。雷達(dá)接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)1、靈敏度Gm.：用最小可檢測(cè)信號(hào)功率 Gm.表示，檢測(cè)靈敏度，給定虛警概率Pfa,達(dá)到指定檢測(cè)概率Pd時(shí)的輸入端的信號(hào)功率：Smin =6 | Pfa =const, Pd =

7、const保證下面靈敏所需接收機(jī)gain=120-160 dB , min =-120-140dbw主要由中頻完成。2、工作頻帶寬度：指瞬時(shí)工作頻率范圍，頻率捷變雷達(dá)要求的接收機(jī)工作頻帶寬度：10-20%。3、動(dòng)態(tài)范圍：表示接收機(jī)能夠正常工作所允許的輸入信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍，過(guò)載時(shí)的| Smin ,80-120dB。1 4、中頻的選擇與濾波特性：f0-AfR ,中頻選擇通常選擇30M500M抑制鏡頻.實(shí)際與發(fā)射波形 特性，接收機(jī)工作帶寬有關(guān)。5、工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度：指當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，接收機(jī)性能參數(shù)受到影響的程度，頻率穩(wěn)定度，信號(hào)處理，采取頻率穩(wěn)定度、相位穩(wěn)定度提高的本振，“穩(wěn)定本振”。6、抗干

8、擾能力：雜波干擾（MTI, MTD 、有源干擾、彳貿(mào)目標(biāo)干擾。7、微電子化和模塊化結(jié)構(gòu)。MMIC微波單片集成電路、IMIC中頻單片集成電路、ASIC專用集成電路。四、雷達(dá)的終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)的終端顯示器一、顯示器的主要類型(完成任務(wù)分類)1、距離顯示器：圖4.1顯示目標(biāo)的斜距坐標(biāo)，用光點(diǎn)在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的振幅來(lái)表示目標(biāo)回波的大 小，所以又稱為偏轉(zhuǎn)調(diào)制顯示器。A顯：直線掃掠，掃掠線長(zhǎng)度和雷達(dá)的距離量程相對(duì)應(yīng)，直線的起始點(diǎn)為雷達(dá)，回波距離點(diǎn)的長(zhǎng)度表示距離，有距離刻度。A/R顯：A顯同上，R顯上A的某一段進(jìn)行放大。J顯：圓周掃掠，頂端為雷達(dá)圓弧長(zhǎng)表示距離，讀數(shù)精度提高 九倍。2、平面顯示器： 圖

9、4.2 ,又稱PPI(Plan position indicator) 顯，顯示斜距、方位，是二維顯示 器，用亮點(diǎn)來(lái)顯示坐標(biāo)，屬亮度調(diào)制顯示器。P顯：圓心為雷達(dá)，徑長(zhǎng)表示距離，頂向方位為正北，圓周角表方位，順時(shí)針?lè)较?。偏心式P顯：移動(dòng)原點(diǎn)，使放大給定方向。以上兩種均為極坐標(biāo)。B式顯示：直角坐標(biāo)，常用微 B式顯示，距離和方位只顯示一段。3、高度顯示器：RHI顯示：水平距離和高度、仰角，雷達(dá)在左下方。.情況顯示器：一次信息：雷達(dá)二次信息：表格數(shù)據(jù)、特征符號(hào)、地圖等。.光柵掃描雷達(dá)顯示器：數(shù)字顯示技術(shù)的應(yīng)用。既能顯示目標(biāo)回波的二次信息，也能顯示各種二次信息以及背景地圖圖4-2平面顯示器圖像五、雷達(dá)方

10、程理想無(wú)損耗自由空間傳播的單基地雷達(dá)方程1、收發(fā)不同天線時(shí),Pr =Pt Gt 二224 二 R2 4 二 R2ArPt G 二 Ar(4 二)2 R41R .Pt Gt 二 ARmax 一 2 o (4 ) Smin2.收發(fā)共天線時(shí),A At A AGrP G4 二 R24 二 R2ArArGt24 二Ft Gt2 二 2 IRmax = (-tF-)4(4 二)Smin=(V1(4 - t)S min雷達(dá)實(shí)際作用距離受目標(biāo)后向散射截面積、Smin、噪聲和其他干擾的影響，具有不確定性,服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。六、多普勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用多普勒效應(yīng)1、雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波的情況發(fā)射信號(hào)：S = Acos

11、( ot )2R回波：S(t) = KS(tt.)= KAcosMo(t tr)+中,tr=一C2R 2-若目標(biāo)固定、固定相位差：Wotr =2二f .絲.=J 2RC若目標(biāo)以勻速 Vr 運(yùn)動(dòng)：r 二-Wot 2R=4(Ro-Vrt)=2 2(Ro-Vrt) 1C c,、2R(t)1 d r 2R=R0Vrt, tr(t) = -Z ， =丁二二二1 C2 二 dt ,同相fd 0 ,反相fd 02、窄帶信號(hào)時(shí)的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號(hào)窄帶表示：S(t) = Reu(t)ejWot回波信號(hào)表示:Sr(t) = KS(t -tr) =ReKu(t -tr)ejWo(t,r)目標(biāo)不動(dòng)時(shí)：復(fù)包絡(luò)有一固定遲延。而高頻則有一固定相位差2勻速運(yùn)動(dòng)：tr =2R(t)/C =g(Ro -Vrt)即：復(fù)包絡(luò)滯后tr,而高頻相位差 邛=-Wotr =-2n(2/n)(Ro-Vrt)一時(shí)間函數(shù)d 2若為常數(shù)，邛(t)引起的頻路差為：fd=，,J=EVr,多普勒頻率2 - dt -(V運(yùn)動(dòng)時(shí)，回波時(shí)間得嚴(yán)格推導(dǎo))若目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與雷達(dá)和目標(biāo)連線夾角為 a ,目標(biāo)速度為V o則徑向速度Vr =VCOS：多普勒信息的提取fd與fo相比很小，fd /fo=2Vr/C提取fd要用差分差拍方法。即：fr、fd的差值連續(xù)波多普勒雷達(dá)相干檢波器取出相位變化信