雷達(dá)原理讀書(shū)筆記

.雷達(dá)原理（Radar Principles） 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 一、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 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：,雷達(dá)發(fā)射功率。2、對(duì)于定向天線，考慮到天線增益G，表示相對(duì)于各向同性天線，則 3、以目標(biāo)為圓心，雷達(dá)處散射的功率密度：, 雷達(dá)散射截面積。4、雷達(dá)天線接收面積，收到功率.5、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)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，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，repeat 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）圖2-1 單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)（1）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，。2、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)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)和基本組成一、 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：（2）AGC：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：用最小可檢測(cè)信號(hào)功率 表示，檢測(cè)靈敏度，給定虛警概率 ，達(dá)到指定檢測(cè)概率時(shí)的輸入端的信號(hào)功率： =|=const，=const保證下面靈敏所需接收機(jī)gain=120-160 dB，-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 |，80-120 dB。4、中頻的選擇與濾波特性： ，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、抗干擾能力：雜波干擾（MTI，MTD） 、有源干擾、假目標(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 倍。2、平面顯示器： 圖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)较颉?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。4.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。 5.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4-1 三種距離顯示器的畫(huà)面圖4-2 平面顯示器圖像五、雷達(dá)方程理想無(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)，2. 收發(fā)共天線時(shí)，雷達(dá)實(shí)際作用距離受目標(biāo)后向散射截面積 、 、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)：回 波： ， 若目標(biāo)固定、固定相位差：若目標(biāo)以勻速運(yùn)動(dòng)：=， ，同相 ，反相2、窄帶信號(hào)時(shí)的多普勒效應(yīng) 發(fā)射信號(hào)窄帶表示：回波信號(hào)表示： 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 勻速運(yùn)動(dòng)： 即：復(fù)包絡(luò)滯后，而高頻相位差 時(shí)間函數(shù) 若為常數(shù)，引起的頻路差為：， 多普勒頻率 （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 ，目標(biāo)速度為 v 。則徑向速度多普勒信息的提取 與 相比很小， 提取 要用差分差拍方法。即：、 的差值 連續(xù)波多普勒雷達(dá)