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1、雷达系统及其信号理论基础禹卫东雷达系统及其信号理论基础禹卫东 2010年年11月月10日日Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.提纲提纲1. 概述概述2. 雷达系统组成雷达系统组成3. 雷达距离方程雷达距离方程4. 匹配滤波器匹配滤波器5. 雷达检测雷达检测6. 雷达模糊函数雷达模糊函数7. 雷达分辨率雷达分辨率8. 雷达测量精度雷达测量精度Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷
2、达定义雷达定义 “一个能发射电磁波信号并接收来自其覆盖区域内感兴趣目标 回波的装置一个能发射电磁波信号并接收来自其覆盖区域内感兴趣目标 回波的装置”。by Kurpis,G.P and C.J. Booth, “The New IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms”RAdio Detection And Ranging Radar无线电探测和测量无线电探测和测量雷达的两个主要功能：（雷达的两个主要功能：（1）探测：发现目标，检测目标有无问题（）探测：发现目标，检测目标有无问题（2）测距：测量和参数估计，距离、角
3、度和速度，对目标进行描述）测距：测量和参数估计，距离、角度和速度，对目标进行描述Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷达设备雷达设备A型显示型显示 PPI型显示型显示目标目标目标目标Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷达测量原理雷达测量原理 测距测距 R = C T/21us 150米米, 1ms 150公里公里 测角 测角 = / D 测速测速 fd = 2v / RT目标
4、距离目标距离光速光速往返时间往返时间波束宽度波束宽度波长波长天线口径天线口径多普勒频率多普勒频率波长波长目标径向速度目标径向速度vf0f0+fdGenerated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷达简史雷达简史 1886年，德国的赫兹证实了无线电波的传播现象。年，德国的赫兹证实了无线电波的传播现象。海因里希海因里希鲁道夫鲁道夫赫兹赫兹 (1857年年2月月22日日- 1894年年1月月1日日)，德国物理学家，于，德国物理学家，于18861888年首先证实了年首先证实了无线电无线电波的存在。并对波的存
5、在。并对电磁学电磁学有很大的贡献，故有很大的贡献，故频率频率的的国际单位国际单位制单位赫兹以他的名字命名。制单位赫兹以他的名字命名。 1864年，英国的麦克斯韦创立了电磁场理论。年，英国的麦克斯韦创立了电磁场理论。电场磁场磁场激发电场电场激发磁场电场磁场磁场激发电场电场激发磁场秒万公里秒米/30/10998. 21800uc 1904年，德国的年，德国的Huelsmeyer发明了雷达；发明了雷达； 1922年，美国海军实验室的年，美国海军实验室的Taylor和和Young用连续 波雷达探测到船；用连续 波雷达探测到船； 1930年，美国海军实验室的年，美国海军实验室的Hyland用连续波雷达
6、探测到飞机；用连续波雷达 探测到飞机； 1938年，美国生产了第一部军用雷达；年，美国生产了第一部军用雷达； 1941年，美国军用雷达发现了正在逼近珍珠港的日 军飞机；年，美国军用雷达发现了正在逼近珍珠港的日 军飞机； 20世纪世纪50年代，单脉冲、脉冲压缩和年代，单脉冲、脉冲压缩和SAR技术；技术； 20世纪世纪60年代，相控阵、年代，相控阵、MTI技术；技术； 20世纪世纪70年代，年代，PD雷达预警机技术。雷达预警机技术。Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷达的频段雷达的频段常
7、用雷达波段常用雷达波段P：100MHz1GHzL：1GHz 2GHzS：2GHz 4GHzC：4GHz 8GHzX：8GHz 12GHzK：12GHz 40GHz毫米波毫米波太赫兹太赫兹Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.常用的雷达常用的雷达 监视雷达监视雷达 最早的雷达，远距离发现目标最早的雷达，远距离发现目标 两坐标、三坐标两坐标、三坐标 在一定的空域扫描在一定的空域扫描 跟踪雷达跟踪雷达 连续跟踪目标，并给出目标参数连续跟踪目标，并给出目标参数 单脉冲技术测角、高距离分辨率单脉冲
8、技术测角、高距离分辨率 测量，火控测量，火控 MTI（地对空）、（地对空）、GMTI雷达（空对地）雷达（空对地） 机载机载PD雷达（空对空），预警机雷达（空对空），预警机 成像雷达：成像雷达：SAR、ISAR 民用：气象雷达、空管雷达民用：气象雷达、空管雷达Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.美军雷达的命名美军雷达的命名 联合电子类型命名系统（联合电子类型命名系统（JETDS）AN/前缀前缀S：水面：水面Y：监视：监视T：地面可运输：地面可运输S：探测、搜索：探测、搜索F：地面固定：地
9、面固定G：火力控制：火力控制P：雷达：雷达A：机载设备用途 （第三个字母）设备类型 （第二个字母）安装位置 （第一个字母）：机载设备用途 （第三个字母）设备类型 （第二个字母）安装位置 （第一个字母）AN/FPS-108: “丹麦眼睛蛇丹麦眼睛蛇”大型地面相控阵雷达大型地面相控阵雷达AN/APY-1: E-3A预警机上预警机上PD雷达雷达AN/APG-77: “猛禽猛禽”F22上的火控雷达上的火控雷达Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.雷达的组成发射机发射机收发开关收发开关接收机接收机
10、信号 处理机信号 处理机显示显示天线天线Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.基带波形产生基带波形产生正交调制正交调制上变频上变频功率放大功率放大A/D正交解调正交解调下变频下变频低噪声放大低噪声放大定时器定时器基准频率源基准频率源-B/2B/20f中中-B/2f中中+B/2f中中F射射-B/2f射射+B/2f射射-B/2B/20f中中-B/2f中中+B/2f中中F射射-B/2f射射+B/2f射射IQIQ信号源信号源接收机接收机PRFPRFfdfsf中中f中中f本本f本本Generate
11、d by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.定时器定时器 以脉冲方式工作以脉冲方式工作 脉冲重复频率脉冲重复频率 (PRF,Pulse Repetition Frequency)PRT=1/PRF发射脉冲发射脉冲发射脉冲发射脉冲发射脉冲发射脉冲回波信号回波信号回波信号回波信号回波信号回波信号发射 定时发射 定时接收 定时接收 定时发射 定时发射 定时接收 定时接收 定时发射 定时发射 定时接收 定时接收 定时基带波形产生基带波形产生A/D(数据采集数据采集)所有定时信号的频率都是所有定时信号的频率都是PRFG
12、enerated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.信号源信号源 基带产生基带产生I、Q两路波形两路波形 正交调制到中频正交调制到中频 上变频到射频上变频到射频I 路波形数据路波形数据Q 路波形数据路波形数据D/AD/A90f中中f本本fdPRF基带波形产生基带波形产生正交调制上变频正交调制上变频Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.接收机接收机 低噪声放大（低噪声放大（LNA） 下变频下变频 中
13、频放大，中频放大，MGC 正交解调正交解调 视频放大视频放大90f中中f本本正交解调下变频正交解调下变频 LNA中放中放MGC视放视放视放视放Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.接收机的指标（接收机的指标（1）增益）增益G: G = 输出功率输出功率/ 输入功率输入功率= So / Si（2）噪声系数）噪声系数Fn由于接收机内部噪声，使输出端信噪比相对于输入端信噪比变差的倍数。级联电路：由于接收机内部噪声，使输出端信噪比相对于输入端信噪比变差的倍数。级联电路：F1,G1，F2,G2，F
14、 = F1+（F2-1)/G1（3）灵敏度）灵敏度:Smin=kT0BFn（4）动态范围）动态范围: 从灵敏度到最大不失真输出的范围从灵敏度到最大不失真输出的范围BGkTN NiGNo NoSoNiFn01/Si输出信噪比输入信噪比（热噪声（热噪声=kT0B）Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.基准频率源基准频率源 提供高稳定的各种基准频率提供高稳定的各种基准频率 中频、本振、时钟、定时基准中频、本振、时钟、定时基准 产生方法：产生方法： 晶振晶振 + 直接频率产生直接频率产生 晶振晶振 + PLL(Phase Lock Loop) DDS（直接数字频率综合）（直接数字频率综合） 频率稳定度的表示频率稳定度的表示 时域：阿伦方差，时域：阿伦方差，f / f，10-10（5ms） 频域：相位噪声谱频域：相位噪声谱Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http:/ For evaluation only.天 线天 线 相控阵天线（移相扫描）相控阵天线（移相扫描）波
