《雷达原理与系统》PPT课件.ppt

《《雷达原理与系统》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《雷达原理与系统》PPT课件.ppt（163页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、雷达原理与系统 西安电子科技大学电子对抗研究所2014年2月 主要内容 1 绪论2 雷达发射机3 雷达接收机4 雷达终端显示器与录取设备5 雷达作用距离6 目标距离的测量7 目标角度的测量8 目标速度的测量 主要内容 9 连续波雷达10 脉冲多普勒雷达11 相控阵雷达12 数字阵列雷达13 脉冲压缩雷达14 双基地雷达15 合成孔径雷达 1 绪论 1 1雷达的任务1 2雷达的基本组成1 3雷达的工作频率1 4雷达的应用和发展1 5电子战和军用雷达的发展 1 1雷达的任务 正北为方位0 仰角以水平面为0正北同上 以海面 地平面高度为0 1 1雷达的任务 1 1雷达的任务 1 1雷达的任务 1 1

2、雷达的任务 1 1雷达的任务 1 2雷达的基本组成 1 3雷达的工作频率 雷达的工作频率 3MHz 300GHz 100m 1mm 主要工作频段 300MHz 18GHz 1m 2cm 3 30MHz战略预警超视距雷达30 300MHz米波远程预警雷达300MHz分米波 厘米波警戒 引导 制导 30GHz火控 末制导雷达30 300GHz毫米波火控 末制导雷达 1 4雷达的应用和发展 1 4 1雷达的应用军用雷达 按照作用距离 远程预警雷达R 600km中 近程搜索和警戒雷达150km R 600km近程引导指示雷达R 150km按照功能 用途 警戒引导雷达大范围发现目标 粗定位 不引导导弹

3、火力射击制导火控雷达小范围发现 跟踪目标 引导导弹 火力射击精密跟踪雷达对单个目标进行精确跟踪和火力打击多功能雷达 同时具备上述多种功能和用途的雷达 如 SPY 1特种雷达 具有特定功能的雷达 如 雷达高度表 雷达引信按照装载平台 星载雷达 弹载雷达 机载雷达 舰载雷达 车载雷达 背负雷达按照技术体制 收发关系和位置单基地 双多基地 非协同探测 PCL MIMO天线技术单波束 多波束 机械 电 混合扫描 发射 接收机技术相参 非相参收发 捷变频 频率分集 信号处理技术MTI MTD PC PD SAR ISAR 民用雷达 气象雷达 航管雷达 宇航雷达 遥感雷达 1 5电子战和军用雷达的发展 1

4、 5 1电子战 EW 定义 敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争 电子战包括电子对抗和电子反对抗电子对抗 ECM 为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息 电子侦察 削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术 技术措施 电子干扰 伪装 隐身和摧毁 电子反对抗 ECCM 在敌方实施电子对抗的条件下 保证我方有效使用电磁信息所采取的一切战术 技术措施 反侦察 抗干扰 反伪装 反隐身 反摧毁 1 5 2雷达反干扰天线抗干扰 低旁瓣 旁瓣对消 旁瓣消隐 波束烧穿 随机扫描 波束分集等发射机抗干扰 提高辐射功率 频率捷变 频率编码 频率分集 脉冲压缩 波形隐蔽 窄脉冲 重频时变 诱饵发射等接收机

5、信号处理抗干扰 接收机抗饱和 重频 脉宽鉴别 MTI MTD 积累检测 恒虚警 宽限窄 前沿跟踪等隐身与反隐身隐身 通过形体设计和材料选择降低目标的RCS 反隐身 增加照射功率 组网雷达 短波 米波雷达 双 多基地雷达 PCL等检测隐身目标反侦察和反摧毁低截获的发射波形 噪声雷达 冲击雷达 大时宽 带宽积信号 信号隐匿 诱饵辐射等 2 雷达发射机 2 1任务和基本组成2 2主要质量指标2 3单级振荡和主振放大式发射机2 4固态发射机2 5脉冲调制器 2 1任务和基本组成 Tr 2 1 1任务 产生大功率 指定调制特性 振幅 相位 的电磁波 单级振荡式大功率振荡和调制一次完成 直接形成大功率振荡

6、和调制 脉冲调制器 射频振荡器 2 1 2基本组成 主振放大式先产生小功率振荡和调制 再经放大达到大功率 射频振荡器 激励放大器 末级放大器 基准振荡器 脉冲调制器 脉冲调制器 分频器 2 2主要质量指标 1 工作频率或波段2 输出功率脉冲 峰值 功率 平均功率例如 则3 总效率 为供给发射机的各种交直流功率之和上例中 若发射机供电 220V 15A 28V 20A 则4 信号形式振幅调制 脉冲 连续波载频调制 单载频 频率捷变 线性调频 频率分集 频率编码等相位调制 随机相位 稳定相位 相位编码 2 2主要质量指标 5 信号稳定度或频谱纯度周期性不稳 杂散抑制随机性不稳 相位噪声 例如 在频

7、谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率分别为20dBm和 50dBm 则杂散抑制为70dB 例如 在频谱仪上测得主信号功率为20dBm 测量带宽为100Hz 在偏离1KHz处噪声功率为 50dBm 则相噪为90dBc 2 3单级振荡和主振放大式发射机 2 3 1单级振荡式发射机射频振荡器 磁控管振荡器 微波三极管振荡器 固态振荡器等脉冲调制器 刚性开关由外加脉冲控制开关导通 截至的调制器软性开关由外加触发脉冲控制开关导通 开关自行截至的调制器特点 效率较高 只适用于调幅 频率稳定度差 相位噪声很大 系统组成简单 价格低廉 广泛用于非相干信号处理雷达 目前已经很少使用 2 3单级振荡和主振放大式发射

8、机 2 3 2主振放大式发射机基准振荡器 恒温或温补晶振 一般相位噪声为130dBc 1KHz射频振荡器 晶振倍频利用非线性电路与选频网络 变频快 相噪差 杂散小锁相倍频利用锁相环 变频慢 相噪好 杂散大放大链 激励放大常用固态放大器 末级放大常用行波管 速调管放大器等特点 效率较低 适用于调幅 调频 调相及其组合的复杂调制 频率稳定度高 相位噪声低 系统组成复杂 成本较高 广泛用于相干信号处理雷达 收集极 输入 输出 2 4固态发射机 2 4 1特点频率高 已达100GHz 工作电压低供电方便 12V 寿命长 体积 重量小 可靠性高 成本低 单管 片功率小 30W 且随频率降低 2 4 2发

9、展趋势通过电路合成提高组件 模块的功率 1000W 随频率降低 通过组件模块的空间功率合成 相控阵 提高系统的发射功率 2 5脉冲调制器 作用为电真空类的微波管提供高压 大功率的视频调制脉冲组成 充电元件储能元件高压电源调制开关耦合元件微波管高压电源 提供充足 稳定的直流能量 满足工作要求 高压 大电流 充电元件 将直流能量及时传递给储能元件 一般由R L 二极管D等担任储能元件 在开关截止时保存充电能量 在开关导通时释放保存的能量 C等 调制开关 刚性在输入脉冲的控制作用下 脉冲期间导通 脉冲过后截止软性在输入脉冲的触发作用下导通 储能元件能量释放尽后截止耦合元件 将高压 大电流脉冲耦合作用

10、到微波管上分类 刚性开关由控制信号直接控制开关的导通与截止软性开关由控制信号触发开管导通 有电路状态决定开关截止 2 5 1刚性开关脉冲调制器 阴极脉冲调制器充电 E R1 C L C上电压放电 C V1 V2 C上电压设计要素 对于给定的 一般选择 脉冲重复周期内充满 放电允许顶降 小于允许值 2 5 1刚性开关脉冲调制器 阴极脉冲调制器设计举例要求Tr 200 s 1 s E 104V 0 95 RH 1K 2 5 1刚性开关脉冲调制器 调制阳极脉冲调制器前沿充电 E V1 C0 恒流充电Ic前沿时间后沿放电 C0 偏压 V2 恒流放电Id后沿时间 E Ic C0 Eg 偏压 V3 V2

11、偏压与激励电路 偏压与激励电路 V1 前沿触发 后沿触发 C0波形 Eg E 2 5 1刚性开关脉冲调制器 调制阳极脉冲调制器设计举例要求E 4000V C0 200PF Eg 200V Ic 20A Id 10A 求前后沿时间 2 5 2软性开关脉冲调制器 典型电路谐振充电 E Lch PFN B 充电时间匹配放电 PFN V1 B 放电时间PFN节数n 每节电感L 电容C E PFN VD1 Lch R2 C2 V2 R1 V1 脉冲触发 PFN上端 脉冲变压器次级波形 2E 2E VD2 2 5 2软性开关脉冲调制器 软性开关脉冲调制器设计举例要求 Tr 1ms 2 s B 1 1 RH

12、 1K n 5根据脉宽和特性阻抗建立方程组 求解L C根据Tr求解Lch 3雷达接收机 3 1接收机组成与主要质量指标3 2噪声系数和灵敏度3 3接收机的高频部分3 4本振和自动频率控制3 5动态范围和增益控制3 6滤波和接收机带宽 3 1接收机组成与主要质量指标 接收机的作用 放大需要的目标回波信号 抑制各种干扰信号3 1 1接收机组成保护器 在发射或收到强信号时 保护接收机 使用收发开关和限幅器 LNA 低噪放 抑制噪声 放大微弱的目标回波信号 如 F 2 G 25dB MIX 混频 将回波信号频率迁移到合适 固定的中频 fi 30MHz 60MHz等 中放 放大中频带内目标回波信号 G

13、100 120dB 抑制带外噪声LO 本振 提供稳定振荡fL 与发射频率f0保持稳定的中频频差 fi fL f0增益控制 保持输出信号功率处于预定的范围 线性 近程增益控制 STC 瞬时自动增益控制 IAGC AGC 非线性 对数放大器 限幅放大器等检波器 解调回波调制信号 包络检波器 振幅 相位检波器 频率和相位 视放 放大信号电平使之适合于信号处理 线性放大 限幅放大 对数放大 3 1接收机组成与主要质量指标 3 1 2主要质量指标灵敏度 典型值满足检测要求的最小输入信号功率测试方法 3 1接收机组成与主要质量指标 3 1 2主要质量指标工作带宽 分别为雷达最低 最高工作频率动态范围 为满

14、足检测要求的最大输入信号功率选择性和滤波特性 接收带宽B 匹配滤波特性工作稳定性和频率稳定度抗干扰能力 抗有源干扰 无源干扰和杂波干扰等 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 1接收机噪声内噪声 有接收机内部电路和器件产生的噪声 如晶体管噪声 电阻噪声等外噪声 由电磁环境和其它物体辐射产生的噪声 如宇宙噪声 工业噪声等 等效输入功率为 分别为波尔兹曼常数 天线噪声温度 等效噪声带宽为频率 仰角 位置等函数 典型地面雷达参见p54图3 6 等效噪声带宽 效噪声带宽Bn与常用接收机带宽B的比较 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 2噪声系数和噪声温度定义 线性系统输入端信噪比与输出端信噪比的比值 对于无源网

15、络测试方法 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 2噪声系数与噪声温度例如 已知线性接收机输入端接匹配负载时测得输出功率为 接入输入信号时测得输出功率为 接收机带宽为2MHz 求该接收机噪声系数解 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 2噪声系数与噪声温度等效噪声温度 将等效为噪声温度增量系统噪声 内外噪声 温度级联电路的噪声系数证明 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 2噪声系数与噪声温度例如 某线性接收机及组成部件参数如图 求其噪声系数解 接收机前端部件对系统噪声的影响巨大 LNA贡献重大 馈线 收发开关 限幅保护器 LNA MIX 中放 G 0 2 F 2G 25dB F 2 5G 0 3 F 4G 1

16、00dB 3 2噪声系数和灵敏度 3 2 3灵敏度定义 当接收机能够以正常的发现概率和虚警概率检测目标时 线性系统输出信噪比 在接收机输入端的最小输入信号功率数值关系 临界灵敏度 3 2噪声系数和灵敏度 灵敏度计算举例假设接收机各部分组成如下图 试求其临界灵敏度 馈线 开关 保护器 LNA MIX BPF 中放 G 0 2 0 5 G 25dBF 3 BPF G 0 5B 200MHz G 0 1B 5MHz G 90dB F 5B 5MHz 1 计算接收机噪声系数1 3 计算接收机临界灵敏度 2 计算接收机噪声系数2 3 3接收机的高频部分 组成收发开关和保护器TR管 有源 无源 常态时开路或透射 气体放电时短路 惰性较大 30 300ns 固态限幅器采用PIN管或变容管 在外加功率下呈现不同反射阻抗 级联限幅 反应快 2ns LNA低噪声参放分为常参与冷参 F 1 2低噪声场放噪声系数F 2 5dB 价格低廉 普遍使用MIX平衡混频器 可有效抑制本振噪声 镜像抑制混频器 还可有效抑制镜频 20 40dB 前置中放当高频部分与接收机后端相距较远时 增加前置中放 增益20 40dB 以