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1、1,雷达原理与系统,成都信息工程学院 电子工程系,2,关于这门课的一些说明,总课时：56学时 学分:3.5 考试成绩:平时成绩,期中考试成绩和期终考试成绩 分别占10%、10%和80% 联系方式: e-mail: or: QQ:415922710,3,关于如何学习这门课,首先必须熟悉并掌握：雷达的基本工作原理、雷达系统的基本组成、天气雷达系统的基本组成以及雷达方程所包含的物理意义。,其次对雷达各部分的重要配件的结构和作用必须掌握。,就气象行业的运用来讲：通常所讲的“雷达”包括“天气雷达原理”和“天气雷达应用”两个方面，因此为了将来能尽快地适应工作环境，建议在学好这门课的同时对雷达气象学（张培昌
2、）进行学习和掌握，同时尽可能的对“频谱分析仪”进行了解。,“识得雷达真面目，只因我是成信人”。,4,第一章 雷达概论,5,雷达:通过无线电技术对飞机的探测和定位. Radar:是Radio Detection And Ranging 的缩写，愿意即是“无线电探测和测距”。 随着各部分参数性能的提高（如:波束方向性、接收机灵敏度、发射机相参性等），雷达已经成为人类探测不同性质目标的强大工具. 现在的雷达除了探测和定位飞机外，在军事、气象、交通、航空、遥感遥测、勘探等领域发挥重大的作用。 测定目标位置的无线电技术范畴,称为“雷达”。“雷达”出现于二次世界大战中,是名符其实的“千里眼”。,一、雷达的
3、定义, 1. 1 雷达技术的发展,狭义： 利用电磁波受目标反射的现象来探测目标物体的方向和距离,广义： 利用无线电方法来探测目标物体的方向和距离,6,7,雷达以辐射电磁能量并检测反射体(目标)反射的回波的方式工作。回波信号的特性可以提供有关目标的信息。 通过测量辐射能量传播到目标并返回的时间可得到目标的距离。 目标的方位通过方向性天线(具有窄波束的天线)测量回波信号的到达角来确定。 对于动目标，雷达通过多普勒效应探测出运动的速度并能推导出目标的轨迹或航迹，并能预测它未来的位置。 雷达可在距离上、角度上或这两方面都获得分辨力。,8,二、现代雷达的定义,雷达是一种主动遥感设备，它利用电磁波的二次辐
4、射、转发或固有辐射来探测目标，并测定目标的空间坐标、速度、加速度、轨迹、姿态及某些特征信息的一个无线电技术范围。称为“雷达”。 “二次辐射”：雷达发射电磁波到目标后、目标产生“二次辐射”，其中一小部分被雷达天线接收，称为目标回波, 雷达收到回波便可发现目标。 “转发”： 来自应答器（Transponder），“识别器”，后者收到雷达信号后发射经过编码的“应答波”被雷达所接收，从而发现目标。 “固有辐射”：来自具有固有辐射源的目标（如飞机、发动机、核爆炸、目标上无线电装置等）雷达接收目标的固有辐射波而发现目标。 现代雷达与电子计算机、图象处理、数据处理、自动控制等技术结合，又具有自动信息处理功能
5、及智能化显示终端，可自动、迅速、准确地完成测量、显示、控制和管理。,9,三、雷达的发展,18861888年，海因里奇赫兹（Heinrich Hertz）验证了电磁波的产生、接收和目标散射这一雷达基本原理,1、发展历史,19031904年，克里斯琴赫尔斯迈耶（Christian Hulsmeyer）研制出原始的船用防撞雷达并获得专利权。,10,1925年，约翰斯霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的G布赖特（GBreit）和M图夫（MTuve），通过阴极射线管观测到了来自电离层的第一个短脉冲回波。 1935年，由英国人和德国人第一次验证了对飞机目标的短脉冲测距。 19
6、37年，由罗伯特沃森瓦特（Robert Watson-Watt）设计的第一部可使用的雷达“Chain Home”在英国建成。致此，人类才找到了赫兹原理的基本应用。,11,二战后，雷达技术获得了巨大的发展。主要原因归于两个非常重要的器件的发明：T/R（收/发）开关和磁控管。 收发开关使雷达的探测成功地从双（多）基变成单基雷达。也就是从收发分别用一个天线，到共用一个天线。大大简化了雷达系统。 磁控管的出现使雷达的探测功率大大提高，从而大大提高了雷达的探测能力。,2、发展历史（续）,12,3、发展成熟阶段.,20世纪60年代以来，航空、航天技术、飞机、导弹、人造卫星、宇宙飞船、反洲际弹道导弹系统等对
7、雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多目标测量等要求。 技术上：如脉冲压缩技术、单脉冲雷达、相控阵雷达、目标识别、目标成像、SAR、脉冲多普勒雷达体制的研制成功使雷达能测量目标的位置和相对运动速度，并具有良好的抑制地物干扰等的能力； 结构工艺上：微波高功率放大管、微波接收机高频系统中许多低噪声器件，如低噪声行波管工量子放大器、参量放大器、隧道二极管放大器等的应用，使雷达接收机灵敏度大为提高，增大了雷达作用距离；同时，由于雷达中数字电路、计算机使用使雷达结构组成和设计发生根本性的变化。微组装工艺、系列化、标准化和模块化设计，使雷达结构更合理，性能更灵活。 雷达的工作波长，从短波扩展至毫米波、红外
8、线和紫外线领域。在这个时期，微波全息雷达、毫米波雷达、激光雷达和超视距雷达相继出现。,13,（1）信号处理技术得到了很大发展。 （2）移动目标检测（MTD）和脉冲多普勒（PD）功能应用 （3）自动检测和跟踪系统得到完善。 （4）采用复杂的大时宽带宽脉压信号 （5）高可靠性的固态功率源，可以组成普通固态发射机或分布 于相控阵雷达的阵元上组成有源阵。 （6）用平面阵列天线代替抛物面天线，阵列天线的基本优点是 可以快速和灵活地实现波束扫描和波束形状变化，因而有 很好的应用前景，例如： 获得超低副瓣，用于机载雷达或抗干扰。 组成自适应旁瓣相消系统以抗干扰。 相控阵雷达。,4、雷达的现状.,14,5、雷
9、达的应用,军用,预警雷达（发现洲际导弹，尽早地发出预警警报）,搜索和警戒雷达（发现飞机）,引导指挥雷达（歼击机的引导和指挥作战）,火控雷达 （控制火炮或导弹对空中目标进行瞄准）,战场监视雷达（坦克或军车）,机载雷达、无线电测高仪、雷达引信。,民用,气象雷达,航空管制雷达（一、二次雷达）,宇宙航行雷达,遥感设备,15,成像雷达 Imaging radar 地面雷达 Ground radar 岸防雷达 Coastal radar 港口雷达/海湾雷达Harbour/bay radar 高分辨率雷达 High resolution radar 跟踪雷达 Tracking radar 监视雷达 Surv
10、eillance radar 交通管制雷达 Traffic control radar 扩频雷达 Spread spectrum radar 航空器雷达 aerostat radar 无收发装置雷达 Bistatic Radar 侦察雷达 Reconnaissance radar 辨别雷达 Discrimination radar 目标识别雷达 Target recognition radar 预警雷达 Early Warning radar,6、雷达的分类,16,警戒雷达 Warning radar 回避雷达 Avoidance radar 反潜战雷达 Anti-Submarine Warf
11、are Radar 测距雷达 Ranging radar 海面雷达 Sea Surface radar 远程雷达/近程雷达Short rang radar/long rang radar 侧视雷达 Side looking radar 多普勒雷达 Doppler radar 合成孔径雷达 Synthetic aperture radar 地面透视雷达 ground penetrating radar 激光雷达 laser radar 脉冲多普勒雷达 pulse Doppler radar 地基雷达 ground-based radar 空基雷达 airborne radar 表面波雷达 sur
12、face wave radar 气象雷达 Meteorological radar 高频雷达 HF radar,17,7、气象雷达的分类,按工作原理分类：,常规雷达（如711、712、713、701、705）、,多普勒雷达（如CINRAD/SA、 CINRAD/SA、 CINRAD/CA CINRAD/CD、714CDN、3830 ）、,双波长雷达、,偏振雷达（极化雷达如WSR-98D/XD）、,频率捷变雷达,双（多）基地雷达。,18,7、气象雷达的分类（续）,按用途分类,测风、测雨雷达、,测风雷达、,按体制分类,脉冲雷达,调频雷达,多普勒雷达,噪声雷达。,脉冲压缩雷达,特种气象雷达,19,8
13、、气象雷达的特点,气象雷达是雷达家族中的一个重要成员，它所探测的对象 是 覆盖整个地球的大气。,几乎不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工 作。,采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机可大大增加 雷 达威力，探测数千千米以外的目标。,现代机电一体化和数据处理技术可使雷达测定目标的坐标精 度很高，能够自动搜索和跟踪目标。,与计算机技术结合可以同时探测多个目标，实现“合成孔”天 线可以从空中拍摄地面目标的图像(与光学探测比，不受能 见度影响)。,20,9、气象雷达发展的大致概况,20世纪40年代：萌芽阶段，主要观测回波的形状、移动速度、描述回波的形成发展。 20世纪50-60年代：
14、定量分析阶段，这一阶段也是常规雷达的发展时期，主要用来分析回波的降水强度和雷达反射率之间的定量关系。 20世纪70-80年代：雷达的数字化发展时期，将数字技术和计算机技术大量的应用气象雷达。 20世纪80年代后：新一代天气雷达的发展时期，多普勒雷达、双波长雷达、偏振雷达、风廓线雷达等一大批新型雷达被用于气象探测。,21,我国天气雷达发展大体上经历了从 模拟天气雷达、 数字化天气雷达 到多普勒天气雷达的三个发展阶段。,未来:双极化、相控阵、多基地雷达,22,10、我国新一代天气雷达的布网状况,23,24,11、我国国产的常规天气雷达,701测风雷达 国产测风雷达 波长：75CM 测角精度：0.1
15、50.2度 探测高空MAX 30KM 测距精度：80M 天线结构： 阵列式八木天线 应用要求：配套气象探空球及信号应答器跟踪风 其他：带有温度、湿度和压力传感器,25,711测雨雷达 国产小型测雨雷达 波长：3.2CM 天线直径：1.5M 天线增益38DB 探测高度 ：50KM150KM 脉冲功率： 75KW 脉冲重复频率 ：400Hz 天线结构 平面抛物面天线 （圆面和抛物带面） 其他：配备有PPI（平面位置显示）和RHI（距离高度显示） 合用的显示器和A/R显示器 全国配备了300余台 应用场地： 天气雷达站、航空港、海港、盐场、高边防。可以用于局地天气检测和人工降水防雹等。,26,713
16、测雨雷达 国产最常用天气雷达 波长：5.6CM 天线直径 ： 3.7M （栅网抛物圆面） 脉冲功率 ：250KW 脉冲重复频率 ：200Hz 天线增益MAX 38DB 最大测量距离： 400KM 其他：除配备712雷达相同的 设备，还配备了视频信号处理器 可以对降水进行准确的测量 全国大约120部 主要装备于各地气象台和 气象研究机构,27,714测台雷达 国产的一种测台雷达。波长10.7M 天线直径4M 天线增益36dB 发射脉冲功率为600KW，脉冲重复频率为200Hz 最大探测距离为600km。 其他：配备有PPI（平面位置显示器）、 RHI距离高度显示器）和REI（距离仰角显示器）合用的显示器和A/R显示器，并配备有天线罩。 1985年起在个别天气雷达站试用，将被843型雷达替换。主要用于探测台风，也可以用于测雨和天气警戒 843型号测台雷达（
