雷達(dá)原理復(fù)習(xí)

第一章第一章緒論雷達(dá)原理2二、雷達(dá)的任務(wù)Radar--

Radiodetectionandranging（無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距）雷達(dá)回波中的可用信息

斜距；空間角度定位（方位角、俯仰角）；徑向速度；目標(biāo)特征（大小、形狀、表面粗糙度及介電特性）D=R

cosβ，H=Rsinβ第一章緒論雷達(dá)原理3測(cè)距第一章緒論雷達(dá)原理4測(cè)角

天線的方向性方位角、俯仰角

天線波束軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)回波信號(hào)最強(qiáng)測(cè)速當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)站之間存在相對(duì)速度時(shí)，目標(biāo)回波載頻相對(duì)發(fā)射信號(hào)載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移多普勒頻移第一章緒論雷達(dá)原理5目標(biāo)尺寸和形狀雷達(dá)足夠高的分辨力目標(biāo)尺寸測(cè)量

距離維已達(dá)到，切向距離維用多普勒頻率維達(dá)到

（SAR雷達(dá)成像）三、雷達(dá)方程設(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4πR2所除考慮到天線增益G在輻射方向上功率增加的倍數(shù)，距雷達(dá)R處目標(biāo)所照射到的功率密度為

第一章緒論雷達(dá)原理6在雷達(dá)處的回波信號(hào)功率密度:雷達(dá)截面積σ為被目標(biāo)截獲入射功率后再次輻射回雷達(dá)處功率的大小。設(shè)雷達(dá)天線的有效接收面積為Ae,則雷達(dá)收到的回波功率Pr為接收到的回波功率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第一章緒論雷達(dá)原理71.2、雷達(dá)基本組成發(fā)射機(jī)天線目標(biāo)接收機(jī)數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理顯示器（控制系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)）第一章緒論雷達(dá)原理8第一章緒論雷達(dá)原理91.3雷達(dá)的工作頻率常用工作頻率范圍：220MHz—35GHz

（超視距雷達(dá)2MHz、毫米波雷達(dá)94GHz）第一章緒論雷達(dá)原理10米波段（HF,VHF,UHF）

早期雷達(dá)頻段，體系簡(jiǎn)單，輻射功率高，造價(jià)低，受氣象影響小，應(yīng)用于對(duì)空警戒雷達(dá)、電離層探測(cè)，超視距雷達(dá)等。缺點(diǎn)：目標(biāo)角分力低，體積大分米波段（L，S）

具有較好的角度分辨力，外部噪聲干擾小，天線設(shè)備適中，應(yīng)用于對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)。第一章緒論雷達(dá)原理11C波段介于厘米波和分米波段之間，用于對(duì)目標(biāo)的監(jiān)視和跟蹤，應(yīng)用于艦載雷達(dá)，對(duì)氣象因素有一定影響。厘米波段（X,Ku,K,Ka）

用于火控系統(tǒng)，體積小，精度高，可得到足夠的信號(hào)帶寬。應(yīng)用于機(jī)載火控雷達(dá)、機(jī)載氣象雷達(dá)、機(jī)載多普勒導(dǎo)航雷達(dá)、地面炮瞄雷達(dá)等

缺點(diǎn)：功率小，測(cè)距近，氣象因素影響大，外部噪聲干擾大。毫米波段天線尺寸小，目標(biāo)定位精度高，分辨力高，信號(hào)頻帶寬、抗電磁波干擾性能好。

缺點(diǎn)：比厘米波段輻射功率更小，外部噪聲干擾影響大，受大氣衰減影響顯著。僅工作在受氣象因素影響較小的區(qū)間激光波段

具有良好的距離和角度分辨力，應(yīng)用于測(cè)距和測(cè)繪系統(tǒng)中。波長(zhǎng)短，應(yīng)用于大氣成分的探測(cè)。缺點(diǎn)：功率小，波束窄，探測(cè)周期長(zhǎng)，不能在復(fù)雜氣象條件下使用。第二章第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理132.1雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成定義：雷達(dá)是利用物體反射電磁波的特性來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定目標(biāo)的距離、方位、高度和速度等參數(shù)的。發(fā)射機(jī)發(fā)射一種特定的大功率無(wú)線電信號(hào)，為雷達(dá)提供一個(gè)載波受到調(diào)制的大功率射頻信號(hào),經(jīng)饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由天線輻射出去。特點(diǎn)：體積大；重量重；成本高；消耗功率大為何發(fā)射機(jī)功率如此之大？雷達(dá)距離4次方與功率、天線孔徑面積成正比。發(fā)展：雷達(dá)發(fā)射機(jī)伴隨著二次世界大戰(zhàn)初出現(xiàn)的第一批搜索雷達(dá)的應(yīng)用而誕生。(真空三極管發(fā)射機(jī)，工作頻率限于VHF和UHF)在隨后的年代相繼出現(xiàn)了速調(diào)管（美國(guó)人Varian兄弟發(fā)明），磁控管（英國(guó)人Radall和Boot發(fā)明），行波管(RudolphKompfiner博士發(fā)明）等微波電子管，并付之實(shí)用。促使雷達(dá)發(fā)射機(jī)在微波頻段獲得大發(fā)展。近年來(lái)應(yīng)用微波單片集成電路（MMIC）和優(yōu)化設(shè)計(jì)的微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將多個(gè)微波功率器件、低噪聲接收器件等組合成固態(tài)發(fā)射模塊，逐步代替微波電子管發(fā)射機(jī)。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理14微波三級(jí)管、微波四級(jí)管單級(jí)振蕩式

脈沖調(diào)制（組成簡(jiǎn)單、成本磁控管振蕩式（可工作在多個(gè)波段，結(jié)雷達(dá)發(fā)射機(jī)低，頻穩(wěn)低，非全構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低）

相參）

主振放大式（頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)脈壓）

（成本高、組成復(fù)雜、效率較低）

第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理15一、單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)波形

，非全相參系統(tǒng)

（脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器，每個(gè)射頻脈沖的初始相位由振蕩器的噪聲決定）第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理16二、主振放大式發(fā)射機(jī)主控振蕩器+射頻放大鏈第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理17固態(tài)頻率源提供發(fā)射信號(hào)頻率fRF,本振信號(hào)頻率fL，中頻相干振蕩頻率fCOHO，定時(shí)觸發(fā)脈沖fr，時(shí)鐘頻率fCLK，這些信號(hào)頻率受高穩(wěn)定的基準(zhǔn)源控制，他們之間有確定的相位關(guān)系，為全相參（全相干）信號(hào)。如果雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)、本振電壓、相參振蕩電壓和定時(shí)器的觸發(fā)脈沖均由同一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)提供，則這些信號(hào)之間保持相位相參性，該系統(tǒng)稱為全相參系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，發(fā)射全相參信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信號(hào)缺點(diǎn)：成本高、組成復(fù)雜、效率較低射頻放大管的選擇與多級(jí)射頻放大鏈設(shè)計(jì)質(zhì)量有關(guān)<1GHz，微波三級(jí)四級(jí)管（柵控管）；>1GHz，直線電子注微波管（O型管），正交場(chǎng)型微波管（M型管）第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理182.2雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)根據(jù)：雷達(dá)用途+使用性能（1）工作頻率選擇f考慮：由雷達(dá)用途確定。有時(shí)還需在幾個(gè)頻率上跳變或同時(shí)工作來(lái)提高系統(tǒng)工作性能和抗干擾能力；氣候影響；雷達(dá)測(cè)試精度、分辨率；雷達(dá)應(yīng)用環(huán)境等等。發(fā)射管種類的選擇與f有關(guān)

1GHz以下主要采用微波三極管、四級(jí)管（早期遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)VHF、UHF波段）1GHz以上采用磁控管、大功率速調(diào)管、行波管及前向波管（UHF、L、S、C、X）S波段大量采用全固態(tài)發(fā)射機(jī)，C、X波段從真空管向全固態(tài)發(fā)射機(jī)發(fā)展。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理19(2)輸出功率通常規(guī)定發(fā)射機(jī)送至天線輸入端的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。有時(shí)為了測(cè)量方便,也可以規(guī)定在指定負(fù)載上(饋線上一定的電壓駐波比)的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)的輸出功率決定于振蕩管的功率容量；主振放大式發(fā)射機(jī)則決定于輸出機(jī)（末級(jí)）發(fā)射管的功率容量脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率Pt：脈沖期間射頻振蕩的平均功率（非射頻正弦振蕩的最大瞬時(shí)功率）

平均功率Pav：脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出功率的平均值。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理20脈沖寬度為，脈沖重復(fù)周期為Tr

：峰值功率Pt：內(nèi)信號(hào)射頻振蕩平均功率，Pt和脈沖寬度一起決定了發(fā)射脈沖的傳送總能量。平均功率Pav：在Tr

內(nèi)平均功率，是雷達(dá)可能探測(cè)距離的關(guān)鍵因素。

式中的fr=1/Tr是脈沖重復(fù)頻率。τ/Tr=τfr稱作雷達(dá)的工作比D。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理21（3）

總效率

發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)的輸出功率與它的輸入總功率之比。因?yàn)榘l(fā)射機(jī)通常在整機(jī)中是最耗電和最需要冷卻的部分,有高的總效率,不僅可以省電,而且對(duì)于減輕整機(jī)的體積重量也很有意義。對(duì)于主振放大式發(fā)射機(jī),要提高總效率,特別要注意改善輸出級(jí)的效率。

第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理22（4）信號(hào)形式(調(diào)制形式)

第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理23

第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理24（5）信號(hào)穩(wěn)定度或頻譜純度

信號(hào)的穩(wěn)定度是指信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù),例如信號(hào)的振幅、頻率(或相位)、脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率等是否隨時(shí)間作不應(yīng)有的變化。信號(hào)參數(shù)的不穩(wěn)定：規(guī)律性、隨機(jī)性規(guī)律性：電源紋波、脈沖調(diào)制波形的頂部波形和外界有規(guī)律的機(jī)械振動(dòng)等隨機(jī)性：發(fā)射管的噪聲、調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏等可在時(shí)域或者頻域衡量信號(hào)不穩(wěn)定，在時(shí)域用信號(hào)某項(xiàng)參數(shù)的方差表示，（如振幅方差，相位方差，脈沖寬度方差…）。信號(hào)穩(wěn)定度在頻域中的表示稱為頻譜純度，指雷達(dá)信號(hào)在應(yīng)有的信號(hào)頻譜外的寄生輸出。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理25頻譜純度：雷達(dá)信號(hào)在應(yīng)有的信號(hào)頻譜之外的寄生輸出。（離散型，分布型）

離散型：該離散分量的單邊帶功率

與信號(hào)功率之比。（dB）

對(duì)應(yīng)于規(guī)律性不穩(wěn)定

分布型：以偏離載頻若干Hz的傅

里葉頻率上每單位頻帶的單邊帶

功率與信號(hào)功率之比（

dB/Hz

）

對(duì)應(yīng)于隨機(jī)性不穩(wěn)定第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理262.3單級(jí)振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)2.3.1單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)特點(diǎn)：只有一級(jí)射頻振蕩器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度差，難以產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)波形

，相位不相參第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理272.3.2主振放大式發(fā)射機(jī)1.具有很高的頻率穩(wěn)定度單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)中，信號(hào)載頻直接由大功率振蕩器決定。主振放大式發(fā)射機(jī)中，信號(hào)載頻的精度和穩(wěn)定度在低電平級(jí)決定，易采取穩(wěn)頻措施。在雷達(dá)整機(jī)要求有很高的頻率穩(wěn)定度的情況下,必須采用主振放大式發(fā)射機(jī)。2.發(fā)射相位相參信號(hào)相位相參性：兩個(gè)信號(hào)的相位之間存在確定的關(guān)系。單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器，每個(gè)脈沖的起始相位由振蕩器的噪聲決定，是隨機(jī)的。主振放大式發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制器控制射頻放大器，射頻脈沖間具有固定相位。（相參發(fā)射機(jī)）全相參系統(tǒng)：雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)、本振信號(hào)、相參振蕩信號(hào)和定時(shí)器觸發(fā)脈沖均由同一基準(zhǔn)信號(hào)提供，所有信號(hào)之間均保有相位相參性。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理283.適用于頻率捷變雷達(dá)基準(zhǔn)頻率振蕩器輸出的基準(zhǔn)信號(hào)頻率為F。發(fā)射信號(hào)（f0=NiF+MF）、穩(wěn)定本振（fL=NiF）、相參振蕩信號(hào)（fc=MF）、定時(shí)器觸發(fā)脈沖（fr=F/n）均由基準(zhǔn)信號(hào)F經(jīng)倍頻器、分頻器及頻率合成產(chǎn)生，信號(hào)間有確定的相位相參性，為全相參系統(tǒng)。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理29本振電壓頻率與發(fā)射信號(hào)頻率同步跳變。發(fā)射信號(hào)頻率f0可在N1F+MF、N2F+MF…NKF+MF之間跳變本振頻率fL相應(yīng)在N1F、N2F…NKF之間同步跳變。兩者之間嚴(yán)格保存固定差頻MF（接收機(jī)中頻），保證回波正確接收。4、能產(chǎn)生復(fù)雜波形第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理302.4固態(tài)發(fā)射機(jī)發(fā)展概況和特點(diǎn)

2.4.1發(fā)展概況固態(tài)發(fā)射機(jī)通常由幾十個(gè)甚至幾千個(gè)固態(tài)發(fā)射模塊組成，應(yīng)用先進(jìn)的微波單片集成電路（MMIC）和優(yōu)化設(shè)計(jì)的微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可將多個(gè)微波功率器件、低噪聲接收器等組合成固態(tài)發(fā)射模塊或固態(tài)收發(fā)模塊。與微波電子管發(fā)射機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要陰極加熱、壽命長(zhǎng)。(2)具有很高的可靠性。(3)體積小、重量輕。(4)工作頻帶寬、效率高。(5)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用靈活。(6)維護(hù)方便,成本較低。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理312.4.2固態(tài)高功率放大模塊大功率微波晶體管發(fā)展迅速,對(duì)固態(tài)發(fā)射模塊的性能和應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用；S波段以下:通常采用硅雙極晶體管；S波段以上:砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管(GaAsFET)。固態(tài)高功率放大器模塊應(yīng)用先進(jìn)的集成電路工藝和微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將多個(gè)大功率晶體管的輸出功率并行組合,輸出功率并行組合的主要要求是高功率和高效率。主要有兩種典型的輸出功率組合方式：空間合成輸出結(jié)構(gòu),主要用于相控陣?yán)走_(dá)；集中合成輸出結(jié)構(gòu)，可用于中小功率雷達(dá)或相控陣?yán)走_(dá)。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理32空間合成輸出結(jié)構(gòu)集中合成輸出結(jié)構(gòu)集中合成輸出結(jié)構(gòu)的固態(tài)高效模塊第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理332.4.3微波單片集成（MMIC）收發(fā)模塊

模塊化設(shè)計(jì)方法,將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件(線性放大器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開(kāi)關(guān)等)和無(wú)源器件(電阻、電容、電感、二極管和傳輸線等)制作在同一塊砷化鎵(GaAs)基片上,從而提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術(shù)性能,使成品的一致性好,尺寸小,重量輕。

收發(fā)模塊主要由功率放大器、低噪聲放大器、寬帶放大器、移相器、衰減器、限幅收發(fā)開(kāi)關(guān)和環(huán)行器等部件組成,具有高集成度、高可靠性和多功能特點(diǎn)。MMIC收發(fā)模塊已經(jīng)成為相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段,都有可供實(shí)用的微波單片集成收發(fā)模塊。第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理34MMIC收發(fā)模塊的主要優(yōu)點(diǎn)如下:(1)成本低(2)高可靠性（3）電路性能一致性好，成品率高，（4）尺寸小，重量輕2.4.4固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用L-S波段應(yīng)用更多，成本較低適用于高工作比（大時(shí)寬信號(hào)）雷達(dá)或者連續(xù)被雷達(dá)系統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用全固態(tài)高可靠性雷達(dá)中應(yīng)用連續(xù)波體制對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理35典型L波段相控陣發(fā)射/接收模塊L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機(jī)第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)雷達(dá)原理36用于連續(xù)波對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機(jī)第三章第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理38第三章雷達(dá)接收機(jī)3.1雷達(dá)接收機(jī)的組成和主要質(zhì)量指標(biāo)3.2接收機(jī)的噪聲系數(shù)和靈敏度3.3雷達(dá)接收機(jī)的高頻部分3.4本機(jī)振蕩器和自動(dòng)頻率控制3.5接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和增益控制3.6濾波和接收機(jī)帶寬第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理393.1雷達(dá)接收機(jī)的組成和主要質(zhì)量指標(biāo)任務(wù)：通過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波將天線上接收到得微弱高頻信號(hào)從噪聲和干擾中選擇出來(lái)，并經(jīng)過(guò)放大和濾波，送至顯示器、信號(hào)處理器或雷達(dá)終端設(shè)備。分類：超外差式、超再生式、晶體視放式、調(diào)諧高頻式。3.1.1超外差式雷達(dá)接收機(jī)組成優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、增益高、選擇性好、適用性廣組成：

(1)高頻部分,又稱為接收機(jī)“前端”,包括接收機(jī)保護(hù)器、低噪聲高頻放大器、混頻器和本機(jī)振蕩器;(2)中頻放大器,包括匹配濾波器;(3)檢波器和視頻放大器。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理40天線接收的射頻回波通過(guò)收發(fā)開(kāi)關(guān)加至接收機(jī)保護(hù)器，經(jīng)低噪高頻放大器后，送至混頻器與本振輸出混頻得到中頻信號(hào)，再由多級(jí)中頻放大和匹配濾波得到最大輸出信噪比，最后經(jīng)檢波器和視頻放大器送至終端顯示器。中頻放大器和匹配濾波后的處理方法：非相干處理：線性放大+包絡(luò)濾波相干處理：同步檢波得到同相（I路）和正交（Q路）信號(hào)，（振幅與相位信息）；

硬限幅放大+相位檢波，（相位信息）第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理41第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理423.1.2超外差式雷達(dá)接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)（1）靈敏度（2）工作頻帶寬度（帶寬）（3）動(dòng)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)定度（6）抗干擾能力（7）微電子化合模塊化結(jié)構(gòu)第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理43（1）靈敏度：接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。能接收的信號(hào)越微弱,則接收機(jī)的靈敏度越高,因而雷達(dá)的作用距離就越遠(yuǎn)。雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度通常用最小可檢測(cè)信號(hào)功率Simin來(lái)表示。受噪聲電平限制，提高接收機(jī)靈敏度須盡力減小噪聲電平，同時(shí)有足夠的增益。（2）工作頻帶寬度：接收機(jī)瞬時(shí)工作頻率范圍接收機(jī)的工作頻帶寬度主要決定于高頻部件(饋線系統(tǒng)、高頻放大器和本機(jī)振蕩器)的性能。接收機(jī)的工作頻帶較寬時(shí),必須選擇較高的中頻,以減少混頻器輸出的寄生響應(yīng)對(duì)接收機(jī)性能的影響。在復(fù)雜的電子對(duì)抗和干擾環(huán)境中,要求雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)具有較寬的工作帶寬,例如頻率捷變雷達(dá)要求接收機(jī)的工作頻帶寬度為(10~20)%。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理443.動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號(hào)強(qiáng)度變化的范圍，是接收機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)過(guò)載時(shí)的輸入功率與最小可檢測(cè)功率之比。過(guò)載：當(dāng)輸入信號(hào)太強(qiáng)時(shí),接收機(jī)將發(fā)生飽和而失去放大作用。最小輸入信號(hào)強(qiáng)度通常取為最小可檢測(cè)信號(hào)功率Simin,允許最大的輸入信號(hào)強(qiáng)度則根據(jù)正常工作的要求而定。為了保證對(duì)強(qiáng)弱信號(hào)均能正常接收,要求動(dòng)態(tài)范圍大,就需要采取一定措施,例如采用對(duì)數(shù)放大器、各種增益控制電路等抗干擾措施。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理454.中頻的選擇和濾波特性接收機(jī)中頻的選擇和濾波特性是接收機(jī)的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。中頻的選擇與發(fā)射波形的特性、接收機(jī)的工作帶寬以及所能提供的高頻部件和中頻部件的性能有關(guān)。在現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)中,中頻的選擇可以從30MHz到4GHz之間。中頻選擇在30MHz至500MHz適用于需在中頻增加某些信號(hào)處理部件，較高的中頻適用于寬頻帶工作的接收機(jī)。減小接收機(jī)噪聲的關(guān)鍵參數(shù)是中頻的濾波特性,如果中頻濾波特性的帶寬大于回波信號(hào)帶寬,則過(guò)多的噪聲進(jìn)入接收機(jī)。反之,如果所選擇的帶寬比信號(hào)帶寬窄,信號(hào)能量將會(huì)損失。這兩種情況都會(huì)使接收機(jī)輸出的信噪比減小。在白噪聲(即接收機(jī)熱噪聲)背景下,接收機(jī)的頻率特性為“匹配濾波器”時(shí),輸出的信號(hào)噪聲比最大。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理465.工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度工作穩(wěn)定性是指當(dāng)環(huán)境條件(例如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)等)和電源電壓發(fā)生變化時(shí),接收機(jī)的性能參數(shù)(振幅特性、頻率特性和相位特性等)受到影響的程度,希望影響越小越好。相參處理,對(duì)本機(jī)振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度有極高的要求(高達(dá)10-10或者更高),因此，必須采用頻率穩(wěn)定度和相位穩(wěn)定度極高的本機(jī)振蕩器,即簡(jiǎn)稱的“穩(wěn)定本振”。6.

抗干擾能力抗有源干擾和無(wú)源干擾是雷達(dá)系統(tǒng)的重要任務(wù)之一，雷達(dá)接收信號(hào)包括：目標(biāo)信號(hào)、干擾、雜波、噪聲，干擾嚴(yán)重影響對(duì)目標(biāo)的正常檢測(cè),甚至使整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)法工作。有源干擾：敵方施放的各種雜波干擾和鄰近雷達(dá)的異步脈沖干擾；無(wú)源干擾：從海浪、雨雪、地物等反射的雜波干擾和敵機(jī)施放的箔片干擾。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理477.微電子化和模塊化結(jié)構(gòu)現(xiàn)代有源相控陣?yán)走_(dá)和數(shù)字波束形成(DBF)系統(tǒng)中,通常需要幾十路甚至幾千路幅相一致性要求很嚴(yán)格的接收機(jī)通道，需采用微電子化和模塊化的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選方案是采用單片集成電路,包括微波單片集成電路(MMIC)、中頻單片集成電路(IMIC)和專用集成電路(ASIC)；主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕,另外，采用批量生產(chǎn)工藝可使芯片電路電性能一致性好，成本也比較低。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理483.2接收機(jī)噪聲系數(shù)和靈敏度3.2.1接收機(jī)的噪聲主要來(lái)源：內(nèi)部噪聲、外部噪聲內(nèi)部噪聲：主要由接收機(jī)中的饋線、放電保護(hù)器、高頻放大器或混頻器等產(chǎn)生，時(shí)間上連續(xù)，振幅和相位隨機(jī)，通常稱為“起伏噪聲”或簡(jiǎn)稱為“噪聲”。外部噪聲：由雷達(dá)天線進(jìn)入接收機(jī)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等，其中天線熱噪聲是一種起伏噪聲，影響最大。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理491.電阻熱噪聲由于導(dǎo)體中自由電子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)形成的噪聲，在導(dǎo)體中形成了起伏噪聲電流,在導(dǎo)體兩端呈現(xiàn)起伏電壓。根據(jù)奈奎斯特定律,電阻產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值：k為玻爾茲曼常數(shù),k=1.38×10-23J/K;T為電阻溫度,以絕對(duì)溫度(K)計(jì)量,對(duì)于室溫17℃,T=T0=290K;R為電阻的阻值;Bn為測(cè)試設(shè)備的通帶。電阻熱噪聲的功率譜密度p(f)是表示噪聲頻譜分布的重要統(tǒng)計(jì)特性：白噪聲：功率譜密度為常數(shù)的噪聲。電阻熱噪聲在無(wú)線電頻率范圍內(nèi)就是白噪聲。p(f

)=4kTR

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理502.額定噪聲功率信號(hào)電動(dòng)勢(shì)為Es而內(nèi)阻抗為Z=R+jX的信號(hào)源,當(dāng)其負(fù)載阻抗與信號(hào)源內(nèi)阻匹配,即其值為Z*=R-jX時(shí),信號(hào)源輸出的信號(hào)功率最大,此時(shí),輸出的最大信號(hào)功率稱為“額定”信號(hào)功率,用Sa表示,其值是

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理51同理,把一個(gè)內(nèi)阻抗為Z=R+jX的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)噪聲源,由電阻R產(chǎn)生的起伏噪聲電壓均方值,見(jiàn)圖3.5。假設(shè)接收機(jī)高頻前端的輸入阻抗Z*為這個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載,顯然,當(dāng)負(fù)載阻抗Z*與噪聲源內(nèi)阻抗Z匹配,即Z*=R-jX時(shí),噪聲源輸出最大噪聲功率,稱為“額定”噪聲功率,用No表示,其值為

重要結(jié)論:任何無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)輸出的

額定噪聲功率只與其溫度T和通帶Bn有關(guān)。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理523.天線噪聲是外部噪聲,包括天線的熱噪聲和宇宙噪聲，被天線吸收后進(jìn)入接收機(jī),就呈現(xiàn)為天線的熱起伏噪聲。天線的熱噪聲：由天線周圍介質(zhì)微粒的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；宇宙噪聲：由太陽(yáng)及銀河星系產(chǎn)生的噪聲。天線噪聲的大小用天線噪聲溫度TA表示,其電壓均方值為：RA為天線等效電阻，TA決定于接收天線方向圖中各輻射源的噪聲溫度，與波瓣仰角和工作頻率等因素有關(guān)。天線噪聲并非真正白噪聲，但在接收機(jī)通帶可近似為白噪聲。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理534.噪聲帶寬白噪聲,通過(guò)具有頻率選擇性的接收線性系統(tǒng)后,輸出的功率譜pno(f)就不再是均勻的。通常把這個(gè)不均勻的噪聲功率譜等效為在一定頻帶Bn內(nèi)是均勻的功率譜。這個(gè)頻帶Bn稱為“等效噪聲功率譜寬度”,一般簡(jiǎn)稱“噪聲帶寬”。H2(f0)為線性電路在諧振頻率f0處的功率傳輸系數(shù)。高中頻諧振電路的級(jí)數(shù)較多，可用信號(hào)帶寬B直接代替噪聲帶寬Bn。

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理543.2.2噪聲系數(shù)和噪聲溫度1.噪聲系數(shù)定義1:接收機(jī)輸入端信號(hào)噪聲比與輸出端信號(hào)噪聲比的比值。物理意義:由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的影響,使接收機(jī)輸出端的信噪比相對(duì)其輸入端的信噪比變差的倍數(shù)。

式中,Si為輸入額定信號(hào)功率;Ni為輸入額定噪聲功率(Ni=kT0Bn);So為輸出額定信號(hào)功率;No為輸出額定噪聲功率。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理55定義2：實(shí)際接收機(jī)輸出的額定噪聲功率No與“理想接收機(jī)”輸出的額定噪聲功率NiGa之比。式中，Ga為接收機(jī)的額定功率增益;NiGa是輸入端噪聲通過(guò)“理想接收機(jī)”后,在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率。實(shí)際接收機(jī)的輸出額定噪聲功率No由兩部分組成,其中一部分是NiGa(NiGa=kT0BnGa),另一部分是接收機(jī)內(nèi)部噪聲在輸出端所呈現(xiàn)的額定噪聲功率ΔN,即將No代入,得到：實(shí)際接收機(jī)總會(huì)有內(nèi)部噪聲(ΔN＞0),因此F＞1,只有當(dāng)接收機(jī)是“理想接收機(jī)”時(shí),才會(huì)有F=1。No=NiGa+ΔN=kT0BnGa+ΔN第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理56對(duì)噪聲系數(shù)作幾點(diǎn)說(shuō)明:①只適用于接收機(jī)的線性電路和準(zhǔn)線性電路,即檢波器以前部分。檢波器是非線性電路,而混頻器可看成是準(zhǔn)線性電路,因其輸入信號(hào)和噪聲都比本振電壓小很多,輸入信號(hào)與噪聲間的相互作用可以忽略。②為使噪聲系數(shù)具有單值確定性,規(guī)定輸入噪聲以天線等效電阻RA在室溫T0=290K時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲為標(biāo)準(zhǔn),噪聲系數(shù)只由接收機(jī)本身參數(shù)確定。③噪聲系數(shù)F是沒(méi)有單位的數(shù)值,通常用分貝表示④噪聲系數(shù)的概念與定義,可推廣到任何無(wú)源或有源的四端網(wǎng)絡(luò)。接收機(jī)的饋線、放電器、移相器等屬于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)。F=10lg

F(dB)

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理57圖中Ga為額定功率傳輸系數(shù)。由于具有損耗電阻,因此也會(huì)產(chǎn)生噪聲,求其噪聲系數(shù)。從網(wǎng)絡(luò)的輸入端向左看,是一個(gè)電阻為RA的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò),它輸出的額定噪聲功率為經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸,加于負(fù)載RL上的外部噪聲額定功率為從負(fù)載電阻RL向左看,也是一個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò),它是由信號(hào)源電阻RA和無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)組合而成的,同理,這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)輸出的額定噪聲功率仍為kT0Bn,它也就是無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)輸出的總額定噪聲功率,即

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理582.等效噪聲溫度接收機(jī)外部噪聲可用天線噪聲溫度TA來(lái)表示,如果用額定功率來(lái)計(jì)量,接收機(jī)外部噪聲的額定功率為:為比較內(nèi)部噪聲與外部噪聲的大小，把接收機(jī)內(nèi)部噪聲在輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率ΔN等效到輸入端來(lái)計(jì)算,這時(shí)內(nèi)部噪聲可以看成是天線電阻RA在溫度Te時(shí)產(chǎn)生的熱噪聲,即溫度Te稱為“等效噪聲溫度”或簡(jiǎn)稱“噪聲溫度”,此時(shí)接收機(jī)就變成沒(méi)有內(nèi)部噪聲的“理想接收機(jī)”。物理意義：把接收機(jī)內(nèi)部噪聲看成是“理想接收機(jī)”的天線電阻RA在溫度Te時(shí)所產(chǎn)生Te可放大差異，常用來(lái)表示低噪接收機(jī)和低噪器件的噪聲性能。NA=kTABn

ΔN=kTeBnGa

Te=(F-1)T0=(F-1)×290(K)第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理593.相對(duì)噪聲溫度——噪聲比相對(duì)噪聲溫度有時(shí)簡(jiǎn)稱為噪聲比tc,意義為實(shí)際輸出的中頻額定噪聲功率(FckT0BnGc)與僅由等效損耗電阻產(chǎn)生的輸出額定噪聲功率(kT0Bn)之比,

即Gc為混頻器的額定功率增益或額定功率傳輸系數(shù)。噪聲比tc表示有源四端網(wǎng)絡(luò)中除損耗電阻以外的其它噪聲源的影響程度。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理603.2.3級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)F1、F2和G1、G2分別表示第一、二級(jí)電路的噪聲系數(shù)和額定功率增益，為了計(jì)算總噪聲系數(shù)F0,先求實(shí)際輸出的額定噪聲功率No：No由兩部分組成:一部分是由第一級(jí)的噪聲在第二級(jí)輸出端呈現(xiàn)的額定噪聲功率No12,其數(shù)值為kT0BnF1G1G2,第二部分是由第二級(jí)所產(chǎn)生的噪聲功率ΔN2：可得兩級(jí)級(jí)聯(lián)電路的總噪聲系數(shù)No=kT0BnG1G2F0

ΔN2=(F2-1)kT0BnG2No=kT0BnG1G2F0=kT0BnG1G2F1+(F2-1)kT0BnG2

第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理61n級(jí)電路級(jí)聯(lián)時(shí)接收機(jī)總噪聲系數(shù)為重要結(jié)論:為了使接收機(jī)的總噪聲系數(shù)小,要求各級(jí)的噪聲系數(shù)小、額定功率增益高。而各級(jí)內(nèi)部噪聲的影響并不相同,級(jí)數(shù)越靠前,對(duì)總噪聲系數(shù)的影響越大?？傇肼曄禂?shù)主要取決于最前面幾級(jí),這是接收機(jī)要采用高增益低噪聲高放的主要原因。

典型雷達(dá)接收機(jī)的高、中頻部分：第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理62一般都采用高增益(GR≥20dB)低噪聲高頻放大器,可簡(jiǎn)化為：若接收機(jī)的噪聲性能用等效噪聲溫度Te表示,則它與各級(jí)噪聲溫度之間的關(guān)系為第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理633.2.4接收機(jī)靈敏度定義：接收機(jī)的靈敏度表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。要能檢測(cè)信號(hào),微弱信號(hào)的功率應(yīng)大于噪聲功率或者可以和噪聲功率相比。因此,靈敏度用接收機(jī)輸入端的最小可檢測(cè)信號(hào)功率Simin來(lái)表示。雷達(dá)終端檢測(cè)信號(hào)的質(zhì)量取決于信噪比，輸出信噪比So/No達(dá)到所需數(shù)值。接收機(jī)噪聲系數(shù)F0：輸入信號(hào)額定功率為：令So/No≥(So/No)min時(shí)對(duì)應(yīng)的接收機(jī)輸入信號(hào)功率為最小可檢測(cè)信號(hào)功率,即接收機(jī)實(shí)際靈敏度為第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理64把(So/No)min稱為“識(shí)別系數(shù)”,并用M表示：為了提高接收機(jī)的靈敏度,即減少最小可檢測(cè)信號(hào)功率Simin,

應(yīng)做到:①盡量降低接收機(jī)的總噪聲系數(shù)F0,所以通常采用高增益、低噪聲高放;②接收機(jī)中頻放大器采用匹配濾波器,以便得到白噪聲背景下輸出最大信號(hào)噪聲比;③式中的識(shí)別系數(shù)M與所要求的檢測(cè)質(zhì)量、天線波瓣寬度、掃描速度、雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率及檢測(cè)方法等因素均有關(guān)系。在保證整機(jī)性能的前提下,盡量減小M的數(shù)值。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理65臨界靈敏度：M=1時(shí)接收機(jī)的靈敏度：雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度以額定功率表示,并常以相對(duì)1mW的分貝數(shù)計(jì)值,即一般超外差接收機(jī)的靈敏度為-90~-110dBmW。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理66第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理673.5接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和增益控制動(dòng)態(tài)范圍：接收機(jī)能正常工作所容許的輸入信號(hào)強(qiáng)度范圍。

弱則無(wú)法檢測(cè)，強(qiáng)則接收機(jī)飽和過(guò)載。增益控制：為防止強(qiáng)信號(hào)引起過(guò)載，提高角跟蹤和抗干擾能力，需要增大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，雷達(dá)接收機(jī)有專門的抗過(guò)載電路，如自動(dòng)增益控制（AGC）、靈敏度時(shí)間控制、對(duì)數(shù)放大器等。3.5.1動(dòng)態(tài)范圍放大器:小信號(hào)，線性放大；信號(hào)過(guò)強(qiáng)，飽和。過(guò)載：信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)，放大器飽和，輸出電壓不再增大，反而減小，輸出-輸入振幅特性出現(xiàn)彎曲下降。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理68信號(hào)與寬脈沖干擾共同通過(guò)中頻放大器圖放大器飽和導(dǎo)致輸出電壓中的回波信號(hào)被丟失。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理69對(duì)于疊加在干擾上的回波信號(hào)來(lái)說(shuō),其放大量應(yīng)該用“增量增益”表示,它是放大器振幅特性曲線上某點(diǎn)的斜率只要接收機(jī)中某一級(jí)的增量增益Kd≤0，接收機(jī)就會(huì)發(fā)生過(guò)載,即丟失目標(biāo)回波信號(hào)。動(dòng)態(tài)范圍D：接收機(jī)抗過(guò)載性能的好壞,是當(dāng)接收機(jī)不發(fā)生過(guò)載時(shí)允許接收機(jī)輸入信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍。Pimin、Uimin為最小可檢測(cè)信號(hào)功率、電壓;Pimax、Uimax為接收機(jī)不發(fā)生過(guò)載所允許接收機(jī)輸入的最大信號(hào)功率、電壓。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理703.5.2增益控制(1).自動(dòng)增益控制(AGC)在跟蹤雷達(dá)中,為了保證對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)方向跟蹤,使天線正確地跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo),必須采用自動(dòng)增益控制(AGC)。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理71(2).瞬時(shí)自動(dòng)增益控制（IAGC）目的：使干擾電壓受到衰減(即要求控制電壓UC能瞬時(shí)地隨著干擾電壓而變化),而維持目標(biāo)信號(hào)的增益盡量不變。干擾電壓一般都很強(qiáng),所以中頻放大器不僅末級(jí)有過(guò)載的危險(xiǎn),前幾級(jí)也有可能發(fā)生過(guò)載。為了得到較好的抗過(guò)載效果,增大允許的干擾電壓范圍,可以在中放的末級(jí)和相鄰的前幾級(jí),都加上瞬時(shí)自動(dòng)增益控制電路。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理72（3）.近程增益控制(STC)近程增益控制電路又稱“時(shí)間增益控制電路”或“靈敏度時(shí)間控制(STC)電路”,它用來(lái)防止近程雜波干擾所引起的中頻放大器過(guò)載。近程增益控制的基本原理是:當(dāng)發(fā)射機(jī)每次發(fā)射信號(hào)之后,接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與干擾功率隨時(shí)間的變化規(guī)律相“匹配”的控制電壓UC,控制接收機(jī)的增益按此規(guī)律變化。所以近程增益控制電路實(shí)際上是一個(gè)使接收機(jī)靈敏度隨時(shí)間而變化的控制電路,它可以使接收機(jī)不致受近距離的雜波干擾而過(guò)載。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理733.6濾波和接收機(jī)帶寬3.6.1匹配濾波和準(zhǔn)匹配濾波（1）.匹配濾波器基本概念匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測(cè)信號(hào)的最佳線性濾波器,其輸出信噪比在某個(gè)時(shí)刻可以達(dá)到最大。如果已知輸入信號(hào)s(t),其頻譜為S(ω),則可以證明匹配濾波器的頻率特性為S*(ω)為頻譜S(ω)的共軛值;k為濾波器的增益常數(shù);t0是使濾波器實(shí)際上能夠?qū)崿F(xiàn)所必須的延遲時(shí)間,在t0時(shí)刻將有信號(hào)的最大輸出。匹配濾波器的脈沖響應(yīng)為式中，s*(t0-t)為輸入信號(hào)的鏡像,它與輸入信號(hào)s(t)的波形相同,但從時(shí)間t0開(kāi)始反轉(zhuǎn)。H(ω)=kS*(ω)exp(-jωt0)h(t)=ks*(t0-t)第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理74匹配濾波器的傳輸函數(shù)是輸入信號(hào)頻譜的復(fù)共軛值,匹配濾波器的脈沖響應(yīng)是輸入信號(hào)的鏡像函數(shù)。匹配濾波器在輸出端給出的最大瞬時(shí)信噪比為：式中N0是輸入噪聲的譜密度,它是匹配濾波器輸入端單位頻帶內(nèi)的噪聲功率;E是輸入信號(hào)能量:

H(ω)=S*(ω)h(t)=s*(-t)第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理75（2）單個(gè)矩形中頻脈沖的匹配濾波器設(shè)矩形脈沖的幅度為A,寬度為T,信號(hào)波形的表達(dá)式為:其頻譜：匹配濾波器的傳輸函數(shù)：匹配濾波器輸出的最大信噪比為：理想匹配濾波器的特性一般比較難于實(shí)現(xiàn),需要考慮近似實(shí)現(xiàn),即采用準(zhǔn)匹配濾波器。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理76第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理77

3.準(zhǔn)匹配濾波器準(zhǔn)匹配濾波器是指實(shí)際上容易實(shí)現(xiàn)的幾種典型頻率特性,用矩形、高斯形或其它形狀的頻率特性來(lái)作近似。適當(dāng)選擇該頻率特性的通頻帶,可獲得準(zhǔn)匹配條件下的“最大信噪比”。失配損失ρ：準(zhǔn)匹配濾波器輸出的最大信噪比與理想匹配濾波器輸出的最大信噪比之比值。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理78Bτ≈1.37時(shí),失配損失達(dá)到最大值ρmax≈0.82。這就是說(shuō),采用帶寬的矩形特性濾波器時(shí),這種準(zhǔn)匹配濾波器相對(duì)于理想匹配濾波器來(lái)說(shuō),其輸出信噪比損失僅約0.85dB,顯然這損失不大。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理79多卜勒頻移、接收機(jī)調(diào)諧誤差,導(dǎo)致回波頻譜與濾波器通帶之間產(chǎn)生某些偏差,因此雷達(dá)接收機(jī)的帶寬一般都要稍微超過(guò)最佳值，要求接收機(jī)帶寬略寬于最佳值，減小了信號(hào)的波形失真,降低從脈沖干擾中恢復(fù)工作所需要的時(shí)間。最佳帶寬脈寬積并非很臨界的,如果允許檢測(cè)能力再降低0.5dB,則帶寬可以偏離最佳值30%~50%。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理80

各種濾波器的帶通濾波特性第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理81各種濾波器的沖擊特性第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理82矩形通帶最有利于防止偏頻窄帶干擾，但沖擊響應(yīng)最長(zhǎng)，最不利于防止脈沖干擾高斯型通帶的頻域和時(shí)域的邊線最好，可同時(shí)有利于防止偏頻窄帶干擾和脈沖干擾。3.6.2接收機(jī)帶寬的選擇接收機(jī)帶寬影響接收機(jī)輸出信噪比和波形失真。最佳帶寬時(shí)，靈敏度最高，但波形失真大，需折中考慮警戒雷達(dá)（含引導(dǎo)雷達(dá)）接收機(jī)靈敏度要高,而對(duì)波形失真的要求不嚴(yán)格,要求接收機(jī)線性部分的輸出信噪比最大,即高、中頻部分的通頻帶應(yīng)取為最佳帶寬,考慮到發(fā)射信號(hào)頻率和本振頻率的漂移,需要加寬一個(gè)數(shù)值；視頻噪聲影響較小，視頻部分（含檢波器）的帶寬略大于最佳帶寬的一半即可。第三章雷達(dá)接收機(jī)雷達(dá)原理83跟蹤雷達(dá)（含精確測(cè)距雷達(dá)）波形失真小,其次才是要求接收機(jī)靈敏度高。因此要求接收機(jī)的總帶寬(含視頻部分帶寬)大于最佳帶寬,一般取為式中,τ為發(fā)射信號(hào)脈沖寬度。

第四章第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理854.1雷達(dá)終端顯示器雷達(dá)終端顯示器用來(lái)顯示雷達(dá)所獲得的目標(biāo)信息和情報(bào)，顯示的內(nèi)容包括目標(biāo)的位置及運(yùn)動(dòng)情況，目標(biāo)各種特征參數(shù)等。4.1.1顯示器的主要類型雷達(dá)終端顯示器根據(jù)完成的任務(wù)可分為:距離顯示器、平面顯示器、高度顯示器、情況顯示器和綜合顯示器、光柵掃描顯示器等。距離：斜距，A型、J型、A/R型平面：斜距和方位角，PPI、偏心PPI、B型、微B型高度：距離和仰角，E型情況和綜合，光柵掃描雷達(dá)顯示器第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理86（1）距離顯示器常用的距離顯示器有三種基本類型：(a)A型顯示器,(b)J型顯示器,(c)A/R型顯示器。

A型顯示器為直線掃掠,掃掠線起點(diǎn)與發(fā)射脈沖同步,掃掠線長(zhǎng)度與雷達(dá)距離量程相對(duì)應(yīng),主波與回波之間的掃掠線長(zhǎng)代表目標(biāo)的斜距。J型顯示器是圓周掃掠,它與A型顯示器相似,所不同的是把掃掠線從直線變?yōu)閳A周。目標(biāo)的斜距取決于主波與回波之間在順時(shí)針?lè)较驋呗泳€的弧長(zhǎng)。A/R型顯示器有兩條掃掠線。上面一條掃掠線和A型顯示器相同,下面一條是上面掃掠線中一小段的擴(kuò)展,擴(kuò)展其中有回波的一小段可以提高測(cè)距精度,它是從A型顯示器演變而來(lái)的。

(a)A型顯示器;(b)J型顯示器;(c)A/R顯示器第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理87（2）平面顯示器平面顯示器顯示雷達(dá)目標(biāo)的斜距和方位兩個(gè)坐標(biāo)，是二維顯示器。P顯：極坐標(biāo)顯示距離和方位，稱為全景顯示器或環(huán)視顯示器，PPI顯示器。偏心P顯:原點(diǎn)遠(yuǎn)離中心，局部放大某個(gè)方向。B型：直角坐標(biāo)顯示距離和方位，方位局部放大。微B型：斜距只取一段，二維局部放大。第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理88（3）高度顯示器用在測(cè)高雷達(dá)和地形跟隨雷達(dá)系統(tǒng)中,統(tǒng)稱為E式顯示器。橫坐標(biāo)表示距離,縱坐標(biāo)表示仰角或高度,表示高度者又稱為RHI顯示器。在測(cè)高雷達(dá)中主要用RHI顯示器。但在精密跟蹤雷達(dá)中常采用E式,并配合B顯使用。第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理894.情況顯示器和綜合顯示器情況顯示器和綜合顯示器是安裝在作戰(zhàn)指揮室和空中導(dǎo)航管制中心的自主式顯示裝置,它在數(shù)字式平面位置顯示器上提供一幅空中態(tài)勢(shì)的綜合圖像,并可在綜合圖像之上疊加雷達(dá)圖像。綜合顯示器的畫面,其中雷達(dá)圖像為一次信息,綜合圖像為二次顯示信息,包括表格數(shù)據(jù)、特征符號(hào)和地圖背景,例如河流、跑道、橋梁及建筑物等。第四章雷達(dá)終端顯示器和錄取設(shè)備雷達(dá)原理905.光柵掃描雷達(dá)顯示器數(shù)字式的光柵掃描雷達(dá)顯示器與雷達(dá)中心計(jì)算機(jī)和顯示處理專用計(jì)算機(jī)構(gòu)成一體,具有高亮度、高分辨率、多功能、多顯示格式和實(shí)時(shí)顯示等突出優(yōu)點(diǎn),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。由于采用了數(shù)字式掃描變換技術(shù),通過(guò)對(duì)圖像存貯器(RAM)的控制,可以實(shí)現(xiàn)多種顯示格式畫面,包括正常PPI型、偏心PPI型、B型、E型等。第五章第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理92第五章雷達(dá)作用距離5.1雷達(dá)方程5.2最小可檢測(cè)信號(hào)5.3脈沖積累對(duì)檢測(cè)性能的改善第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理93雷達(dá)的最基本任務(wù)是探測(cè)目標(biāo)并測(cè)量其坐標(biāo)，作用距離決定了雷達(dá)在多大的距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。作用距離取決于發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線等分機(jī)的參數(shù)，還和目標(biāo)性質(zhì)及環(huán)境因素有關(guān)。作用距離的計(jì)算只能是一種估算和預(yù)測(cè)，因?yàn)樵肼暤碾S機(jī)性和目標(biāo)特性和環(huán)境無(wú)法精確預(yù)知。研究雷達(dá)方程估算作用距離，可深入了解雷達(dá)各分機(jī)參數(shù)的影響，指導(dǎo)分機(jī)參數(shù)的選擇。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理945.1雷達(dá)方程一次雷達(dá)，依靠目標(biāo)后向散射的回波能量來(lái)探測(cè)目標(biāo)。5.1.1基本雷達(dá)方程設(shè)雷達(dá)發(fā)射功率為Pt,雷達(dá)天線的增益為Gt,則在自由空間工作時(shí),距雷達(dá)天線R遠(yuǎn)的目標(biāo)處的功率密度S1為目標(biāo)受到發(fā)射電磁波的照射,因其散射特性而將產(chǎn)生散射回波。散射功率的大小顯然和目標(biāo)所在點(diǎn)的發(fā)射功率密度S1以及目標(biāo)的特性有關(guān)。用目標(biāo)的散射截面積σ來(lái)表征其散射特性。若假定目標(biāo)可將接收到的功率無(wú)損耗地輻射出來(lái),則可得到由目標(biāo)散射的功率(二次輻射功率)為

第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理95假設(shè)P2均勻地輻射,則在接收天線處收到的回波功率密度為:雷達(dá)接收天線的有效接收面積為Ar,則在雷達(dá)接收處接收回波功率為Pr:天線增益和有效面積之間有以下關(guān)系:式中λ為所用波長(zhǎng),則接收回波功率可寫成第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理96單基地脈沖雷達(dá)通常收發(fā)共用天線,即Gt=Gr=G,At=Ar,將此關(guān)系式代入可得常用結(jié)果:接收的回波功率Pr反比于距離R的四次方,因?yàn)橐淮卫走_(dá)中,反射功率經(jīng)過(guò)往返雙倍的距離路程,能量衰減很大。為可靠地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，接收到的功率Pr必須≥最小可檢測(cè)信號(hào)功率Si

min,,當(dāng)Pr﹦Simin時(shí),就可得到雷達(dá)檢測(cè)該目標(biāo)的最大作用距離Rmax。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理97雷達(dá)方程常用來(lái)作為一個(gè)估算的公式，因未考慮設(shè)備的實(shí)際損耗和環(huán)境因素,而且方程中還有兩個(gè)不可能準(zhǔn)確預(yù)定的量:目標(biāo)有效反射面積σ和最小可檢測(cè)信號(hào)Simin,。由于噪聲、其它干擾和復(fù)雜目標(biāo)的回波信號(hào)本身，接收機(jī)輸出的是隨機(jī)量。雷達(dá)作用距離也不是一個(gè)確定值而是統(tǒng)計(jì)值,對(duì)于某雷達(dá)來(lái)講,不能簡(jiǎn)單地說(shuō)它的作用距離是多少,通常只在概率意義上講,當(dāng)虛警概率(例如10-6)和發(fā)現(xiàn)概率(例如90%)給定時(shí)的作用距離是多大。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理985.1.2目標(biāo)的雷達(dá)截面積(RCS)描述目標(biāo)的后向散射特性,定義“點(diǎn)”目標(biāo)的雷達(dá)截面積σ:P2=S1σP2為目標(biāo)散射的總功率,S1為照射的功率密度。由于二次散射,因而在雷達(dá)接收點(diǎn)處單位立體角內(nèi)的散射功率PΔ因此，又可定義雷達(dá)截面積σ為

σ定義為,在遠(yuǎn)場(chǎng)條件(平面波照射的條件)下,目標(biāo)處每單位入射功率密度在接收機(jī)處每單位立體角內(nèi)產(chǎn)生的反射功率乘以4π。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理99考慮一個(gè)具有良好導(dǎo)電性能的各向同性的球體截面積。設(shè)目標(biāo)處入射功率密度為S1,球目標(biāo)的幾何投影面積為A1,則目標(biāo)所截獲的功率為S1A1。由于該球是導(dǎo)電良好且各向同性的,因而它將截獲的功率S1A1全部均勻地輻射到4π立體角內(nèi),定義導(dǎo)電性能良好各向同性的球體,它的截面積σi等于該球體的幾何投影面積。這就是說(shuō),任何一個(gè)反射體的截面積都可以想像成一個(gè)具有各向同性的等效球體的截面積。等效：該球體在接收機(jī)方向每單位立體角所產(chǎn)生的功率與實(shí)際目標(biāo)散射體所產(chǎn)生的相同，從而將雷達(dá)截面積理解成為一個(gè)等效的無(wú)耗各向均勻反射體的截獲面積。（投影面積）第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理1005.2最小可檢測(cè)信號(hào)噪聲是限制微弱信號(hào)檢測(cè)的基本因素，雷達(dá)檢測(cè)能力取決于接收機(jī)輸出信號(hào)噪聲比。5.2.1最小可檢測(cè)信噪比典型的雷達(dá)接收機(jī)和信號(hào)處理框圖。檢波器以前(中頻放大器輸出)的部分視為線性的,第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理101接收機(jī)的噪聲系數(shù)Fn定義為

輸入信號(hào)功率Si的表示式根據(jù)雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)質(zhì)量的要求,可確定所需要的最小輸出信噪比（S/N）omin（識(shí)別系數(shù)）,這時(shí)就得到最小可檢測(cè)信號(hào)Simin為

第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理102對(duì)于現(xiàn)代雷達(dá)多采用復(fù)雜的信號(hào)波形,波形所包含的信號(hào)能量Er往往是接收信號(hào)可檢測(cè)性的一個(gè)更合適的度量。矩形脈沖信號(hào)寬度為τ、信號(hào)功率為S,則接收信號(hào)能量Er=Sτ，噪聲功率N和噪聲功率譜密度No之間的關(guān)系為N=NoBn。Bn為接收機(jī)噪聲帶寬,一般情況下Bn≈1/τ。信號(hào)噪聲功率比的表達(dá)式如下:

早期雷達(dá)的(S/N)o

min為識(shí)別系數(shù)或可見(jiàn)度因子M：多數(shù)現(xiàn)代雷達(dá)則采用建立在統(tǒng)計(jì)檢測(cè)理論基礎(chǔ)上的統(tǒng)計(jì)判決方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè),在這種情況下,檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)所需的最小輸出信噪比稱之為檢測(cè)因子：第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理103檢測(cè)因子Do是在接收機(jī)匹配濾波器輸出端(檢波器輸入端)測(cè)量的信號(hào)噪聲功率比值,檢測(cè)因子Do就是滿足所需檢測(cè)性能(以檢測(cè)概率Pd和虛警概率Pfa表征)時(shí),在檢波器輸入端單個(gè)脈沖所需要達(dá)到的最小信號(hào)噪聲功率比值。用(S/N)o

min表示的距離方程：用信號(hào)能量Et代替脈沖功率Pt（Et

=Pt

τ=Pt/Bn）,用檢測(cè)因子Do代替(S/N)o

min帶寬校正因子CB≥1,它表示接收機(jī)帶寬失配所帶來(lái)的信噪比損失,匹配時(shí)CB=1。L表示雷達(dá)各部分損耗引入的損失系數(shù)。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理104用檢測(cè)因子Do和能量Et表示的雷達(dá)方程的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)雷達(dá)在檢測(cè)目標(biāo)之前有多個(gè)脈沖可以積累時(shí),由于積累可改善信噪比,故此時(shí)檢波器輸入端的Do(n)值將下降。脈沖積累數(shù)越多，雷達(dá)作用距離越遠(yuǎn)。適用于各種復(fù)雜脈壓信號(hào)的情況。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理1055.2.2門限檢測(cè)雷達(dá)檢測(cè)微弱信號(hào)的能力受到與信號(hào)能力譜占有相同頻帶的噪聲能量所限制，噪聲的起伏特性，使判斷信號(hào)是否出現(xiàn)為一個(gè)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，須按某種統(tǒng)計(jì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)判決。奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則：給定信噪比（SNR）條件下，滿足一定虛警概率（Pfa）時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率（Pd）最大。門限檢測(cè)：檢測(cè)器輸入信號(hào)若超過(guò)某一預(yù)設(shè)的門限，則認(rèn)為有目標(biāo)，否則認(rèn)為無(wú)目標(biāo)第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理106門限檢測(cè)是一種統(tǒng)計(jì)檢測(cè),由于信號(hào)疊加有噪聲,所以總輸出是一個(gè)隨機(jī)量。在輸出端根據(jù)輸出振幅是否超過(guò)門限來(lái)判斷有無(wú)目標(biāo)存在,可能出現(xiàn)以下四種情況:(1)發(fā)現(xiàn)概率Pd：存在目標(biāo)時(shí),判為有目標(biāo)的概率;(2)漏報(bào)概率Pla：存在目標(biāo)時(shí),判為無(wú)目標(biāo)的概率;（錯(cuò)誤概率）(3)正確不發(fā)現(xiàn)概率Pan：不存在目標(biāo)時(shí)判為無(wú)目標(biāo)的概率;(4)虛警概率Pfa：不存在目標(biāo)時(shí)判為有目標(biāo)的概率;

（錯(cuò)誤概率）降低門限,虛警概率（Pfa）會(huì)提高；提高門限,漏報(bào)概率（Pla）會(huì)提高；需折中考慮恒虛警（CFAR）檢測(cè)：電子門限自動(dòng)調(diào)整門限電平以達(dá)到虛警率恒定；雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)性能可由Pd和Pfa進(jìn)行描述，并由此估算最小可檢測(cè)信號(hào)Si

min及雷達(dá)作用距離Pd+Pla=1，

Pan+Pfa=1

第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理1075.2.3檢測(cè)性能和信噪比(1)虛警概率Pfa通常加到接收機(jī)中頻濾波器上的噪聲是0均值高斯噪聲,其概率密度函數(shù):高斯噪聲通過(guò)窄帶中頻濾波器(其帶寬遠(yuǎn)小于其中心頻率)后加到包絡(luò)檢波器,包絡(luò)檢波器輸出端噪聲電壓振幅包絡(luò)為瑞利分布，其概率密度函數(shù)為：設(shè)置門限電平UT,噪聲包絡(luò)電壓超過(guò)門限電平的概率就是虛警概率Pfa：第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理108虛假回波(噪聲超過(guò)門限)之間的平均時(shí)間間隔定義為虛警時(shí)間TfaTK為噪聲包絡(luò)電壓超過(guò)門限UT的時(shí)間間隔,虛警概率Pfa是指僅有噪聲存在時(shí),噪聲包絡(luò)電壓超過(guò)門限UT的概率,也可以近似用噪聲包絡(luò)實(shí)際超過(guò)門限的總時(shí)間與觀察時(shí)間之比來(lái)求得：第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理109噪聲脈沖的平均寬度(tK):tK≈1/B≈1/BIF(包絡(luò)檢波情況下,帶寬B為中頻帶寬BIF)還可用虛警總數(shù)nf來(lái)表征虛警的大小,表示在平均虛警時(shí)間內(nèi)所有可能出現(xiàn)的虛警總數(shù)τ等效為噪聲的平均寬度,虛警總數(shù)就是虛警概率的倒數(shù)。

(2)發(fā)現(xiàn)概率Pd振幅為A的正弦信號(hào)同0均值高斯噪聲一起輸入到中頻濾波器的情況，輸出為廣義瑞利分布（萊斯分布），其概率密度函數(shù)為：I0(z)是宗量為z的零階修正貝塞爾函數(shù)，r為信號(hào)加噪聲的包絡(luò)，A為正弦信號(hào)的振幅第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理110信號(hào)被發(fā)現(xiàn)的概率就是r超過(guò)預(yù)定門限UT的概率,因此發(fā)現(xiàn)概率Pd：發(fā)現(xiàn)概率Pd表示為信噪比D0,D0=［(S/N)1=1/2(A/σ)2］的函數(shù),而以虛警概率Pfa=exp(-UT2/2σ2)］為參變量。

第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理111

第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理112例：設(shè)要求虛警時(shí)間為15min,中頻帶寬為1MHz,可算出虛警概率為1.11×10-9,（Pfa

=1/TfaB

）,從圖中可查得,對(duì)于50%的發(fā)現(xiàn)概率所需要的最小信噪比為13.1dB,對(duì)于90%的發(fā)現(xiàn)概率所需要的最小信噪比為14.7dB,對(duì)于99.9%的發(fā)現(xiàn)概率所需要的最小信噪比為16.5dB。虛警概率一定時(shí)，信噪比越大，發(fā)現(xiàn)概率越大；信噪比一定是，虛警概率越小，發(fā)現(xiàn)概率越小，虛警概率越大，發(fā)現(xiàn)概率越大。由系統(tǒng)要求的Pfa和Pd，可查得最小可檢測(cè)信噪比（或檢測(cè)因子）。檢測(cè)目標(biāo)的同時(shí)要保證不超過(guò)給定的虛警率，需提高SNR來(lái)達(dá)到發(fā)現(xiàn)概率。SNR對(duì)發(fā)現(xiàn)概率影響較大。當(dāng)發(fā)現(xiàn)概率很高時(shí)，SNR對(duì)虛警概率的依賴關(guān)系不大。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理1135.3脈沖積累對(duì)檢測(cè)性能的改善5.3.1積累的效果多個(gè)脈沖積累后可有效提高信噪比，改善雷達(dá)檢測(cè)能力。相參積累（檢波前積累或中頻積累）：在中頻積累時(shí)，信號(hào)間有嚴(yán)格的相位關(guān)系。零中頻信號(hào)可保留相位信息，可實(shí)現(xiàn)相參積累，是當(dāng)前常用的相參積累方法。理想情況下，M個(gè)等幅相參中頻脈沖信號(hào)相參積累可使SNR提高M(jìn)倍，或檢測(cè)因子D0降低1/M倍：相鄰周期中頻回波信號(hào)按嚴(yán)格的相位關(guān)系同相相加，積累后電壓提高M(jìn)倍，功率提高M(jìn)2倍；噪聲的隨機(jī)性，積累效果是平均功率相加使總功率提高M(jìn)倍，因此SNR提高M(jìn)倍。第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理114非相參積累（檢波后積累或視頻積累）：由于包絡(luò)檢波的非線性作用，輸出將受信號(hào)與噪聲互相作用項(xiàng)的影響。非相參積累失去相位信息，SNR的改善在M1/2～M之間。

優(yōu)點(diǎn)：工程實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，對(duì)收發(fā)系統(tǒng)相參性要求低，對(duì)快起伏目標(biāo)檢測(cè)效果好非相參積累后的檢測(cè)因子D0可查表獲得，其性能用積累效率表征：第五章雷達(dá)作用距離雷達(dá)原理1155.3.2積累脈沖數(shù)的確定當(dāng)雷達(dá)天線機(jī)械掃描時(shí),可積累的脈沖數(shù)(收到的回波脈沖數(shù))取決于天線波束的掃描速度以及掃描平面上天線波束的寬度。可以用下面公式計(jì)算方位掃描雷達(dá)半功率波束寬度內(nèi)接收到的脈沖數(shù)N:θα,0.5為半功率天線方位波束寬度(°);Ωα為天線方位掃描速度［(°)/s］;ωm為天線方位掃描速度［r/min］;fr雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率［Hz］;θe目標(biāo)仰角(°)適用于“有效”方位波束寬度θα,0.5/cosθe小于90°的范圍,且波束最大值方向的傾斜角大體上等于θe電掃雷達(dá)積累脈沖數(shù)與波束寬度無(wú)關(guān)。第六章第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理117第六章目標(biāo)距離的測(cè)量6.1脈沖法測(cè)距6.2調(diào)頻法測(cè)距第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理118第六章目標(biāo)距離的測(cè)量測(cè)量目標(biāo)的距離是雷達(dá)的基本任務(wù)之一。無(wú)線電波在均勻介質(zhì)中以固定的速度直線傳播(在自由空間傳播速度約等于光速c=3×105km/s)。目標(biāo)至雷達(dá)站的距離(即斜距)R可以通過(guò)測(cè)量電波往返一次所需的時(shí)間tR得到，

tR也就是回波相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的延遲。常用的測(cè)距方法：脈沖延時(shí)法：直接法，應(yīng)用最廣；調(diào)頻連續(xù)波法：間接法，簡(jiǎn)單。其它：脈沖調(diào)頻波法、相位法等。R=0.15tR

第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理1196.1脈沖法測(cè)距6.1.1基本原理簡(jiǎn)單模擬雷達(dá)：直接在顯示器上測(cè)讀延遲時(shí)間；現(xiàn)代模擬雷達(dá)：脈沖中心估計(jì)，距離門選通；現(xiàn)代數(shù)字雷達(dá)：距離門采樣。簡(jiǎn)單模擬雷達(dá)原理：主波：由收發(fā)開(kāi)關(guān)泄漏過(guò)來(lái)的發(fā)射能量，通過(guò)接收機(jī)并在顯示器上顯示出來(lái)；回波：發(fā)射能量通過(guò)天線輻射到空間，遇到目標(biāo)后反射回來(lái)，被天線接收后送至接收機(jī)處理，最后在顯示器上顯示。在熒光屏上目標(biāo)回波出現(xiàn)的時(shí)刻滯后于主波,滯后的時(shí)間就是tR。第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理120回波中心原理：有兩種定義回波到達(dá)時(shí)間tR的方法：以目標(biāo)回波脈沖的前沿作為到達(dá)時(shí)刻;以回波脈沖的中心(或最大值)作為到達(dá)時(shí)刻。實(shí)際的回波信號(hào)不是矩形脈沖而近似為鐘形,此時(shí)可將回波信號(hào)與一比較電平相比較,把回波信號(hào)穿越比較電平的時(shí)刻作為其前沿。用脈沖前沿作為到達(dá)時(shí)刻的缺點(diǎn)是容易受回波大小及噪聲的影響,比較電平不穩(wěn)也會(huì)引起誤差。用脈沖中心為到達(dá)時(shí)刻可得較高的測(cè)距和跟蹤性能。第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理121距離門測(cè)距原理：

距離門：測(cè)讀回波脈沖延時(shí)的距離增量（單元）；

模擬雷達(dá)：按照時(shí)間順序開(kāi)閉一組高速電子開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間為一距離門，觀察回波脈沖通過(guò)哪個(gè)或哪兩個(gè)距離門來(lái)測(cè)距的過(guò)程稱為距離選通；

數(shù)字雷達(dá)：采樣間隔為一距離門，采樣點(diǎn)間隔對(duì)應(yīng)的距離的大小，通過(guò)數(shù)字采樣把距離離散化；第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理1226.1.2影響測(cè)距精度的因素雷達(dá)在測(cè)量目標(biāo)距離時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差,測(cè)距精度是雷達(dá)站的主要參數(shù)之一。對(duì)測(cè)距公式求全微分,得到用增量代替微分,可得到測(cè)距誤差為Δc為電波傳播速度平均值的誤差;ΔtR為測(cè)量目標(biāo)回波延遲時(shí)間的誤差。測(cè)距誤差由電波傳播速度c的變化Δc以及測(cè)時(shí)誤差ΔtR兩部分組成。第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理123誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩類。系統(tǒng)誤差是指在測(cè)距時(shí),系統(tǒng)各部分對(duì)信號(hào)的固定延時(shí)所造成的誤差,系統(tǒng)誤差以多次測(cè)量的平均值與被測(cè)距離真實(shí)值之差來(lái)表示。從理論上講,系統(tǒng)誤差在校準(zhǔn)雷達(dá)時(shí)可以補(bǔ)償?shù)?實(shí)際工作中很難完善地補(bǔ)償,因此在雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)中,常給出允許的系統(tǒng)誤差范圍。

隨機(jī)誤差系指因某種偶然因素引起的測(cè)量誤差。凡屬設(shè)備本身工作不穩(wěn)定性造成的隨機(jī)誤差稱為設(shè)備誤差,如接收時(shí)間滯后的不穩(wěn)定性、各部分回路參數(shù)偶然變化、晶體振蕩器頻率不穩(wěn)定以及讀數(shù)誤差等。凡屬系統(tǒng)以外的各種偶然因素引起的誤差稱為外界誤差,如電波傳播速度的偶然變化、電波在大氣中傳播時(shí)產(chǎn)生折射以及目標(biāo)反射中心的隨機(jī)變化等。隨機(jī)誤差一般不能補(bǔ)償?shù)?因?yàn)樗诙啻螠y(cè)量中所得的距離值不是固定的而是隨機(jī)的。因此,隨機(jī)誤差是衡量測(cè)距精度的主要指標(biāo)。第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理124（1）.電波傳播速度變化產(chǎn)生的誤差如果大氣是均勻的,則電磁波在大氣中的傳播是等速直線,c值可認(rèn)為是常數(shù)。但實(shí)際上大氣層的分布是不均勻的且其參數(shù)隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化。大氣密度、濕度、溫度等參數(shù)的隨機(jī)變化,導(dǎo)致大氣傳播介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)和介電常數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的改變,因而電波傳播速度c不是常量而是一個(gè)隨機(jī)變量。由于電波傳播速度的隨機(jī)誤差而引起的相對(duì)測(cè)距誤差為在晝夜間大氣中溫度、氣壓及濕度的起伏變化所引起的傳播速度變化為Δc/c≈10-5，R=60km時(shí),ΔR=60×103×10-5=0.6m的數(shù)量級(jí),對(duì)常規(guī)雷達(dá)來(lái)講可以忽略。電波在大氣中的平均傳播速度和光速亦稍有差別,且隨工作波長(zhǎng)λ而異,因而在測(cè)距公式中的c值亦應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況校準(zhǔn),否則會(huì)引起系統(tǒng)誤差第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理1252.因大氣折射引起的誤差當(dāng)電波在大氣中傳播時(shí),由于大氣介質(zhì)分布不均勻?qū)⒃斐呻姴ㄕ凵?電波傳播的路徑不是直線而是走過(guò)一個(gè)彎曲的軌跡。在正折射時(shí)電波傳播途徑為一向下彎曲的弧線。雖然目標(biāo)的真實(shí)距離是R0,但因電波傳播不是直線而是彎曲弧線,故所測(cè)得的回波延遲時(shí)間tR=2R/c,這就產(chǎn)生一個(gè)測(cè)距誤差(同時(shí)還有測(cè)仰角的誤差Δβ):ΔR的大小和大氣層對(duì)電波的折射率有直接關(guān)系。當(dāng)目標(biāo)距離越遠(yuǎn)、高度越高時(shí),由折射所引起的測(cè)距誤差ΔR也越大。例如在一般大氣條件下,當(dāng)目標(biāo)距離為100km,仰角為0.1rad時(shí),距離誤差為16m的量級(jí)。第六章目標(biāo)距離的測(cè)量雷達(dá)原理1266.1.3距離分辨力和測(cè)距范圍（一）距離分辨力是指同一方向上兩個(gè)大小相等點(diǎn)