雷達原理復(fù)習(xí).doc

第一章 緒論1、 雷達的任務(wù)：測量目標(biāo)的距離、方位、仰角、速度、形狀、表面粗糙度、介電特性。雷達是利用目標(biāo)對電磁波的反射現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置。當(dāng)目標(biāo)尺寸小于雷達分辨單元時，則可將其視為“點”目標(biāo)，可對目標(biāo)的距離和空間位置角度定位。目標(biāo)不是一個點，可視為由多個散射點組成的，從而獲得目標(biāo)的尺寸和形狀。采用不同的極化可以測定目標(biāo)的對稱性。任一目標(biāo)P所在的位置在球坐標(biāo)系中可用三個目標(biāo)確定：目標(biāo)斜距R，方位角，仰角在圓柱坐標(biāo)系中表示為：水平距離D，方位角，高度H目標(biāo)斜距的測量：測距的精度和分辨力力與發(fā)射信號的帶寬有關(guān)，脈沖越窄，性能越好。目標(biāo)角位置的測量：天線尺寸增加，波束變窄，測角精度和角分辨力會提高。相對速度的測量:觀測時間越長，速度測量精度越高。目標(biāo)尺寸和形狀：比較目標(biāo)對不同極化波的散射場，就可以提供目標(biāo)形狀不對稱性的量度。2、 雷達的基本組成：發(fā)射機、天線、接收機、信號處理機、終端設(shè)備3、 雷達的工作頻率：220MHZ-35GHZ。L波段代表以22cm為中心，1-2GHZ;S波段代表10cm，2-4GHZ；C波段代表5cm，4-8GHZ；X波段代表3cm，8-12GHZ；Ku代表2.2cm，12-18GHZ；Ka代表8mm，18-27GHZ。 第二章 雷達發(fā)射機1、 雷達發(fā)射機的認(rèn)為是為雷達系統(tǒng)提供一種滿足特定要求的大功率發(fā)射信號，經(jīng)過饋線和收發(fā)開關(guān)并由天線輻射到空間。雷達發(fā)射機可分為脈沖調(diào)制發(fā)射機：單級振蕩發(fā)射機、主振放大式發(fā)射機；連續(xù)波發(fā)射機。2、單級振蕩式發(fā)射機組成：大功率射頻振蕩器、脈沖調(diào)制器、電源 觸發(fā)脈沖 脈沖調(diào)制器 大功率射頻振蕩器 收發(fā)開關(guān) 電源 高壓電源 接收機主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，比較輕便，效率較高，成本低；缺點：頻率穩(wěn)定性差，難以產(chǎn)生復(fù)雜的波形，脈沖信號之間的相位不相等3、 主振放大式發(fā)射機：射頻放大鏈、脈沖調(diào)制器、固態(tài)頻率源、高壓電源。射頻放大鏈?zhǔn)前l(fā)射機的核心，主要有前級放大器、中間射頻功率放大器、輸出射頻功率放大器射頻輸入 前級放大器 中間射頻放大器 輸出射級放大器 射頻輸出 固態(tài)頻率源 脈沖調(diào)制器 脈沖調(diào)制器 高壓電源 高壓電源 電源脈沖調(diào)制器：軟性開關(guān)調(diào)制器、剛性開關(guān)調(diào)制器、浮動板調(diào)制器4、 現(xiàn)代雷達對發(fā)射機的主要要求：發(fā)射全相參信號；具有很高的頻域穩(wěn)定度；能夠產(chǎn)生復(fù)雜信號波形；適用于寬帶的頻率捷變雷達；全固態(tài)有源相控陣發(fā)射機5、 發(fā)射機的主要性能指標(biāo)：l 工作頻率和瞬時帶寬：雷達發(fā)射機的頻率是按照雷達的用途確定的。瞬時帶寬是指輸出功率變化小于1bB的工作頻帶寬度。l 輸出功率：雷達發(fā)射機的輸出功率直接影響雷達的威力范圍以及抗干擾的能力。雷達發(fā)射機的輸出功率可分為峰值功率和平均功率。是指脈沖期間射頻振蕩的平均功率；是指脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出功率的平均值。 =l 信號形式與脈沖波形：按調(diào)制方式可將信號分為規(guī)則波形與隨機信號；理想矩形脈沖的主要參數(shù)是脈沖幅度和脈沖寬度，實際的信號都具有上升邊和下降邊，還有頂部波動和頂部傾斜。l 信號的穩(wěn)定度和頻譜純度：信號的穩(wěn)定性是指信號的各項參數(shù)，即信號的振幅、頻率、脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率是否隨時間變化的程度。不穩(wěn)定量可以分為確定的不穩(wěn)定量：由電源的波紋、脈沖調(diào)制波形的頂部波形和外界有規(guī)律的機械振動產(chǎn)生；隨機的不穩(wěn)定量：由發(fā)射管的噪聲、調(diào)制脈沖的隨機起伏，用統(tǒng)計的方法分析。對于離散型的寄生輸出，信號的頻譜純度為該離散分量的單邊帶功率與信號功率之比；對于寄生型輸出，信號的頻譜純度定義為以偏離載頻若干赫茲的傅里葉頻率上每單位的單邊帶功率與信號功率之比。l 發(fā)射機的效率：發(fā)射機的效率通常指發(fā)射機輸出射頻功率與輸入供電或發(fā)電機的輸入功率之比。6、 固態(tài)雷達發(fā)射機：固態(tài)發(fā)射機由多個功率放大器組件直接合成，或者在空間合成得到需要的輸出功率。固態(tài)發(fā)射機的分類：集中合成式全固態(tài)發(fā)射機；分布式空間合成相控陣?yán)走_發(fā)射機優(yōu)點：不需要陰極加熱，壽命長；具有很高的可靠性；體積小、重量輕；工作頻帶寬、效率高；系統(tǒng)設(shè)計和運用靈活；維護方便成本較低。微波單片集成收發(fā)組件的優(yōu)點：成本低；高可靠性；電路的一致性好、成品率高；尺寸小、重量輕。 第三章 雷達接收機1、 雷達接收機的主要功能是：對雷達天線接收到的微弱信號進行預(yù)選、放大、變頻、濾波、解調(diào)、數(shù)字化處理，同時抑制外部的干擾、雜波以及機內(nèi)噪聲，使回波信號盡可能多的保持目標(biāo)信息，以便進一步進行信號處理和數(shù)據(jù)處理。一般來說，雷達探測的飛機、船只、地面車輛和人員反射回來的回波是有用信號；地面、海面、云雨、鳥群等反射的回波為雜波；干擾是指各種有源干擾和無源干擾。雷達接收機主要由微波電路、模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)字信號處理組成。雷達系統(tǒng)一般采用超外差接收機：接收機前端：包括接收機保護器；射頻放大器；射頻濾波器，抑制進入接收機的干擾，置于放大器前，對雷達接收機的抗干擾和抗過載能力有好處，但是增加了接收機的噪聲，置于放大器之后，對接收機的靈敏度和噪聲系數(shù)有好處，但是抗干擾能力和抗過載能力變差；混頻器2、雷達接收機的基本組成：接收機前端、中頻接收機、頻率源。接收機前端一般采用二次變頻，因為對于具有一定射頻帶寬的雷達接收機，一次變頻的鏡像頻率一般會落在信號頻率帶寬之內(nèi)，只有通過提高中頻頻率才能使鏡像頻率落在信號頻帶范圍外。鏡像頻率的信號和噪聲是不需要的，會使接收機的噪聲系數(shù)變高，必須通過射頻濾波器濾掉?；蛘咧苯硬捎苗R像抑制混頻器。中頻接收機：為具有對數(shù)放大和“零中頻”的中頻接收機，包括匹配濾波器頻率源：具有一定頻域穩(wěn)定度的本機振蕩器；相干振蕩器；自動頻率控制。頻率合成器是全相參頻率源的核心部分，可以用直接合成和間接合成的方法實現(xiàn)。3、雷達接收機的主要質(zhì)量指標(biāo)：l 靈敏度和噪聲系數(shù)：靈敏度表示接收機接收微弱信號的能力。噪聲系數(shù)F的定義是：接收機輸入端的信號噪聲功率比與輸出端的信號噪聲功率比的比值，其表達式為： 接收機靈敏度與噪聲系數(shù)的關(guān)系為： l 接收機的工作頻帶寬度和濾波特性：接收機的工作頻帶寬度表示接收機的瞬時工作頻率范圍。接收機的工作頻帶較寬時，必須選擇較高的中頻，以減少混頻器輸出的寄生響應(yīng)對接收機性能的影響。接收機的濾波特性主要取決于中頻頻率的選擇和中頻部分的頻率特性。如果中頻濾波特性的帶寬大于回波信號的帶寬，則過多的噪聲進入接收機，反之，信號的能量將會損失，使得接收機輸出的信噪比減小l 動態(tài)范圍和增益：動態(tài)范圍表示接收機工作時允許的輸入信號強度的變化范圍。所允許的最小輸入信號強度通常取最小可檢測信號，而所允許的最大的輸入信號強度則根據(jù)正常工作的要求定。當(dāng)輸入的信號過大時，接收機將發(fā)生過載飽和，從而使較小的目標(biāo)回波顯著減小。接收機的增益表示對回波信號的放大能力，通常表示為輸出信號功率與輸入信號功率之比。l 頻率源的頻率穩(wěn)定性和頻譜純度：短期頻率穩(wěn)定度通常用單邊帶相位噪聲功率密度來表示。頻譜純度主要是頻率源的雜波抑制度和諧波抑制度。l 幅度和相位的穩(wěn)定性l 正交鑒相器的正交度：模擬正交鑒相器和數(shù)字正交鑒相器。正交鑒相器的正交度表示鑒相器保持信號幅度和信號信息的準(zhǔn)確程度。模擬正交鑒相器指相干振蕩器的頻率與中頻信號的中心頻率相等，使其差頻為零；可以處理較寬的基帶信號，難以實現(xiàn)I、Q通道良好的幅度平衡和相位正交；數(shù)字鑒相器的工作原理是直接用A/D變換器對中頻信號，然后進行I/Q分離。全數(shù)字化處理，可以實現(xiàn)很高的I/Q幅度平衡和相位正交，工作穩(wěn)定性好。l A/D變化器的技術(shù)參數(shù)l 抗干擾能力l 頻率源和發(fā)射激勵性能：從頻域角度，主要檢測波形和發(fā)射激勵信號的頻譜特性；從時域角度信號的質(zhì)量主要是調(diào)制信號的前沿、后沿和頂部起伏，以及調(diào)制載波的頻率和相位特性。4、 接收機的噪聲系數(shù)和靈敏度接收機的噪聲來源主要分為兩種：內(nèi)部噪聲，主要由接收機中的饋電、放電保護器、高頻放大器或混頻器產(chǎn)生，在時間上是連續(xù)的，相位和幅度是隨機的；外部噪聲是 由雷達天線進入接收機的各種人為干擾、天電干擾、工業(yè)干擾、宇宙干擾和天線熱噪聲。電阻熱噪聲：是由于導(dǎo)體中自由電子的無規(guī)則熱運動形成的。電阻產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值為 額定噪聲功率：當(dāng)負載阻抗與噪聲源內(nèi)阻抗匹配時，噪聲源輸出最大的噪聲功率 天線噪聲：包括天線的熱噪聲和宇宙噪聲，前者是由天線周圍介質(zhì)微粒的熱運動產(chǎn)生的噪聲，后者是由太陽以及銀河系產(chǎn)生的噪聲，這種起伏噪聲被天線吸收后進入接收機就呈現(xiàn)為天線的熱起伏噪聲 天線噪聲溫度取決于天線方向圖中各輻射源的噪聲溫度，他與波瓣仰角和工作頻率f有關(guān)。噪聲帶寬：把不均勻的噪聲功率譜等效為在一定頻帶內(nèi)是均勻的功率譜，這個頻帶為等效噪聲功率譜帶寬。 5、 噪聲系數(shù)和噪聲溫度：噪聲系數(shù)的定義是接收機的輸入信號噪聲功率比與輸出信號噪聲功率比的比值。它表示由于接收機內(nèi)部噪聲的影響，使接收機輸出端額信噪比其輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。 噪聲系數(shù)只適用于接收機的線性電路和準(zhǔn)線性電路；為保證噪聲系數(shù)具有單值確定性，規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻在室溫290K時產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn)；噪聲系數(shù)是沒有單位的數(shù)值用分貝表示；噪聲系數(shù)的概念與定義可以推廣到任何無源或有源的四段網(wǎng)咯。等效噪聲溫度把接收機內(nèi)部噪聲看成理想接收機的天線電阻在溫度時所產(chǎn)生的 級聯(lián)電路的噪聲系數(shù)： 接收機的靈敏度：表示接收機接收微弱信號的能力。 第四章 雷達終端1、 雷達終端的基本內(nèi)容：目標(biāo)數(shù)據(jù)的錄取、數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)狀態(tài)的現(xiàn)實。任務(wù)是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，測定目標(biāo)的位置坐標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)回波的特點及其變化關(guān)系來判斷目標(biāo)的性質(zhì)。2、 雷達坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)。一維顯示、二維顯示。采用的顯示器件：陰極射線管、平板顯示器。掃描方式：直線掃描、徑向掃描、圓周掃描，隨機掃描方式、光柵掃描一次顯示顯示目標(biāo)的距離、方位、仰角、高度、位置為模擬顯示，二次顯示顯示目標(biāo)的高度、速度、航線，以數(shù)字顯示為主。主要類型：距離顯示器、平面顯示器、高度顯示器、情況顯示器、綜合顯示器l 距離顯示器：一維顯示，用屏幕上的光點距參考面的水平偏移量表示目標(biāo)的斜距，光點的垂直距離表示目標(biāo)回波的強度。A型顯示器采用直線掃描方式；A/R型顯示器采用雙蹤直線掃描方式；J型顯示器采用圓周顯示器，主波與回波沿順時針方向掃略弧線的長度對應(yīng)目標(biāo)的斜距。l 平面顯示器：用屏幕上的光點的位置表示目標(biāo)的坐標(biāo)位置，光點的量度表示目標(biāo)回波的強度。PPI顯示器。l 高度顯示器：E型顯示器。雷達顯示器的質(zhì)量指標(biāo)：顯示器的類型；顯示的目標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)量、種類和量程；對坐標(biāo)的分辨力；顯示器的量度和對比度；圖像的重復(fù)頻率；顯示圖像的失真和誤差；其他指標(biāo)：體積、重量、工作溫度。距離顯示器：A型顯示器：畫面上有發(fā)射脈沖，近區(qū)地物回波，目標(biāo)回波。組成：掃面電路的形成，視頻放大，距標(biāo)、距離刻度的形成A/R顯示器：發(fā)射脈沖、近區(qū)地物回波、兩個目標(biāo)回波 第五章 雷達作用距離雷達方程：設(shè)雷達發(fā)射功率為，雷達天線的增益為，則在自由空間工作時，距離雷達天線R的目標(biāo)處的功率密度為假設(shè)目標(biāo)可以將接受到的功率無損失的輻射出來，則可得到二次輻射功率：又假設(shè)P2均勻輻射，則在接受天線處收到的回波功率為如果雷達接收天線的有效截面積為Ar，則在雷達接收處接受到的回波功率為Pr，而天線增益和有效面積之間有以下關(guān)系： 單基地脈沖雷達通常是收發(fā)公用天線雷達方程雖然給出了作用距離和各參數(shù)之間的定量關(guān)系，但是未考慮到設(shè)備的實際損耗和環(huán)境因素，而且方程中有兩個不可能預(yù)測的量：目標(biāo)有效發(fā)射面積、最小可檢測信號。目標(biāo)的雷達截面積：定義為目標(biāo)處每單位入射功率密度在接收機每單位立體角內(nèi)產(chǎn)生的反射功率乘以4，導(dǎo)電性良好各向同性的球體，它的截面積等于該球體的幾何投影面積，等效的意思是該球體