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1、雷达原理与系统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 主要内容主要内容1 1、绪论、绪论2 2、雷达发射机、雷达发射机3 3、雷达接收机、雷达接收机4 4、雷达终端显示器与录取设备、雷达终端显示器与录取设备5 5、雷达作用距离、雷达作用距离6 6、目标距离的测量、目标距离的测量7 7、目标角度的测量、目标角度的测量8 8、目标速度的测量、目标速度的测量主要内容主要内容9 9、连续波雷达、连续波雷达1010、脉冲多普勒雷达、脉冲多普勒雷达1111、相控阵雷达、相控阵雷达1212、数字阵列雷达、数字阵列雷达1313、脉冲压缩雷达、脉冲压缩雷达1414、双基地雷达、双基地雷达15
2、15、合成孔径雷达、合成孔径雷达1 1、绪论、绪论1.1 1.1 雷达的任务雷达的任务1.2 1.2 雷达的基本组成雷达的基本组成1.3 1.3 雷达的工作频率雷达的工作频率1.4 1.4 雷达的应用和发展雷达的应用和发展1.5 1.5 电子战和军用雷达的发展电子战和军用雷达的发展1.1 1.1 雷达的任雷达的任务务 1.1.1 1.1.1 雷达的任务雷达的任务利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务1、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等2、识别目标，确定目标性质（、识别目标，确定目
3、标性质（F/E，目标类型，目标形状，目标类型，目标形状/散射特性等）散射特性等）1.1.2 1.1.2 探测与定位的坐标系探测与定位的坐标系球坐标系球坐标系 以雷达自身为原点以雷达自身为原点柱坐标系柱坐标系 以雷达自身为原点以雷达自身为原点近似（忽略曲率）转换关系：近似（忽略曲率）转换关系：1.1.3 1.1.3 基本测量原理基本测量原理收发开关收发开关收发开关收发开关/ /天线天线天线天线发射机发射机发射机发射机目标目标目标目标传播空间传播空间传播空间传播空间接收机接收机接收机接收机雷达信号处理雷达信号处理雷达信号处理雷达信号处理雷达发射信号雷达发射信号雷达发射信号雷达发射信号雷达接收信号雷
4、达接收信号雷达接收信号雷达接收信号正北为方位正北为方位0，仰角以水平面为，仰角以水平面为0正北同上，以海面正北同上，以海面/地平面高度为地平面高度为01.1 1.1 雷达的任雷达的任务务 1.1.3 1.1.3 基本测量原理基本测量原理雷达发射信号雷达发射信号雷达发射信号雷达发射信号雷达接收点目标信号雷达接收点目标信号雷达接收点目标信号雷达接收点目标信号1.1 1.1 雷达的任雷达的任务务 距离信息提取距离信息提取脉冲测距法：利用收发脉冲包络的时间迟延脉冲测距法：利用收发脉冲包络的时间迟延调频测距法：利用收发相位函数的频率差调频测距法：利用收发相位函数的频率差举例：举例：常数常数如果目标距离为
5、如果目标距离为60km，则对应的时间迟延为：，则对应的时间迟延为：如果调频测距雷达的调频斜率为：如果调频测距雷达的调频斜率为： =10MHz/ms，则，则对应对应60km距离目标的频差为：距离目标的频差为：0.4msTtr trfc接收频率接收频率发射频率发射频率1.1 1.1 雷达的任雷达的任务务 角度信息提取角度信息提取振幅法测角振幅法测角 最大信号法最大信号法 等信号法等信号法等相位法测角等相位法测角速度信息提取速度信息提取收发信号载波频率的差（多卜勒频率）收发信号载波频率的差（多卜勒频率）收发信号载波频率的差（多卜勒频率）收发信号载波频率的差（多卜勒频率）举例：举例：频率为频率为10G
6、Hz10GHz的雷达，当目标径向速度为的雷达，当目标径向速度为300m/s300m/s时，其多卜勒频率为时，其多卜勒频率为1.1 1.1 雷达的任雷达的任务务 1.1.4 1.1.4 雷达的探测能力雷达的探测能力- -基本雷达方程基本雷达方程雷达接收的目标回波信号功率（雷达接收的目标回波信号功率（W）：）：雷达的作用距离（雷达的作用距离（m）：）：发射脉冲功率发射脉冲功率W发射天线增益发射天线增益倍倍接收天线有效面积（孔径）接收天线有效面积（孔径）m2工作波长工作波长 m目标的雷达截面积目标的雷达截面积 m2雷达与目标之间的距离雷达与目标之间的距离 m接收机灵敏度接收机灵敏度 W未考虑因素：大
7、气衰减与路径（多径，曲率），目标特性与起伏未考虑因素：大气衰减与路径（多径，曲率），目标特性与起伏1.1 1.1 雷达的任务雷达的任务举例：举例：某雷达发射脉冲功率为某雷达发射脉冲功率为200KW200KW，收发天线增益为，收发天线增益为30dB30dB，波长，波长0.1m0.1m，接收机，接收机灵敏度为灵敏度为-110dBm-110dBm，不考虑大气损耗等，试求其对，不考虑大气损耗等，试求其对 = =1m1m2 2目标的最大作用目标的最大作用距离距离1.2 1.2 雷达的基本组成雷达的基本组成天天天天线线线线收发开关收发开关收发开关收发开关保护器保护器保护器保护器发射机发射机发射机发射机激励
8、器激励器激励器激励器/ /同步器同步器同步器同步器接收机接收机接收机接收机/ /信号处理机信号处理机信号处理机信号处理机显示显示显示显示/ /录取设备录取设备录取设备录取设备天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波信号信号信号信号收发开关收发开关收发开关收发开关/ /保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保护；保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保
9、护；保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保护；保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保护；接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波接收机接收机接收机接收机/ /信号处
10、理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息信号处理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息信号处理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息信号处理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息激励器激励器激励器激励器/ /同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达工作的基准工作的基准工作的基准工作的基准显示器显示器显示器显示器/ /录取设备：显示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态录取设备：显
11、示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态录取设备：显示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态录取设备：显示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态1.3 1.3 雷达的工作频雷达的工作频率率雷达的工作频率：3MHz 3MHz 300GHz(100m 300GHz(100m 1mm) 1mm)主要工作频段：300MHz 300MHz 18GHz(1m 18GHz(1m 2cm) 2cm)3 3 30MHz30MHz战略预警超视距雷达30 30 300MHz 300MHz 米波远程预警雷达300MHz300MHz分米波/ /厘米波警戒/ /引导/ /制导 30GHz30GHz火控/ /末制导雷
12、达30 30 300GHz 300GHz毫米波火控/ /末制导雷达1.4 1.4 雷达的应用和发雷达的应用和发展展1.4.1 雷达的应用雷达的应用军用雷达：按照作用距离：远程预警雷达 R R600km600km中/ /近程搜索和警戒雷达 150kmR600km150kmR600km近程引导指示雷达 R150kmR150km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/ /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-1SPY-1 特种
13、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（PCLPCL），MIMOMIMO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 MTIMTI，MTDMTD，PCPC，PDPD，SARSAR，ISARISAR，民用雷达： 气象雷达，航管雷达，宇航雷达，遥感雷达，1.5 1.5 电子战和军用雷达的发展电子战和军用雷达的发展1.5.1 1.5.1 电子战（电子战（EWEW）
14、 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（ECMECM）：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（ECCMECCM）：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 1.5.2 雷达反干扰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
15、时变，诱饵发射等接收机、信号处理抗干扰：接收机抗饱和，重频、脉宽鉴别，MTIMTI，MTDMTD，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RCSRCS（ ）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，PCLPCL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 2、雷达发射机、雷达发射机2.1 2.1 任务和基本组成任务和基本组成 2.2 2.2 主要质量指标主要质量指标2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射机单级振荡和主振放大式发射机2.4 2.4 固态
16、发射机固态发射机2.5 2.5 脉冲调制器脉冲调制器 2.1 2.1 任务和基本组成任务和基本组成Tr2.1.1 2.1.1 任务任务产生大功率、指定调制特性（振幅产生大功率、指定调制特性（振幅/相位）的电磁波相位）的电磁波单级振荡式单级振荡式 大功率振荡和调制一次完成（直接形成大功率振荡和调制）大功率振荡和调制一次完成（直接形成大功率振荡和调制）脉冲调制器脉冲调制器射频振荡器射频振荡器2.1.2 2.1.2 基本组成基本组成主振放大式主振放大式 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射频振荡器激励放大器激励放大器末级放大器末级放大器基准
17、振荡器基准振荡器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器脉冲调制器分频器分频器2.2 2.2 主要质量指标主要质量指标1. 1. 工作频率或波段2.2.输出功率 脉冲( (峰值) )功率 ，平均功率例如： 则3. 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,220V/15A,28V/20A,则4. 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 2.2 主要质量指标主要质量指标5. 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 f
18、f0P(f0)P(ff0)dcff0P(f0)P(f0-fm)f0-fmf0+fmP(f0+fm)例如：在频谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率例如：在频谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率分别为分别为20dBm和和 50dBm，则杂散抑制为，则杂散抑制为70dB例如：在频谱仪上测得主信号功率为例如：在频谱仪上测得主信号功率为20dBm，测量带宽为测量带宽为100Hz，在偏离，在偏离1KHz处噪声功率处噪声功率为为 50dBm，则相噪为，则相噪为90dBc2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射单级振荡和主振放大式发射机机2.3.1 2.3.1 单级振荡式发射机单级振荡式发射机射频振荡器：磁控管振
19、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，目前已经很少使用永久磁钢永久磁钢阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝谐振腔谐振腔磁控管结构示意图磁控管结构示意图灯丝灯丝阴极阴极射频输出口射频输出口阳极（管壳）阳极（管壳）磁控管电气图磁控管电气图2.3 2.3 单级振荡和主振放大式发射单级振荡和主振放大式发射机机2.3.2 2.3.2 主振放大式发射机主振放大式发射机基准振荡器：恒温或温补晶振
20、，一般相位噪声为 130dBc1KHz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灯丝灯丝K阴极阴极G栅极栅极A阳极阳极真空三极管电气图真空三极管电气图G/K间大负间大负电压时管截止电压时管截止G/K间小负间小负电压时管放大电压时管放大G/K间正电压间正电压时管饱和导通时管饱和导通灯丝灯丝K阴极阴极A阳极阳极行波管电气图行波
21、管电气图A/K间负间负电压时管截止电压时管截止A/K间正高间正高电压时管放大电压时管放大收集极收集极输入输入输出输出2.4 2.4 固态发射机固态发射机2.4.1 2.4.1 特点特点频率高（已达100GHz100GHz），工作电压低供电方便（12V12V），寿命长，体积/ /重量小，可靠性高，成本低，单管/ /片功率小（30W30W，且随频率降低）2.4.2 2.4.2 发展趋势发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 2.5 脉冲调制器脉冲调制器作用作用 为电真空类的微波管提供高压、大功率的视频调制脉
22、冲组成组成： 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到微波管上 分类分类：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 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚
23、性开关脉冲调制器阴极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。ER1C-EgLV1V3V2C02.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器阴极脉冲调制器设计举例阴极脉冲调制器设计举例要求Tr=200s，=1s，E=104V，=0.95，RH=1K 2.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器调调制制阳阳极极脉脉冲冲调调制制器器 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 EIcC
24、0-Eg-偏压V3V2+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-EgE2.5.1 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器调制阳极脉冲调制器设计举例调制阳极脉冲调制器设计举例要求要求 E=4000V，C0=200PF，Eg=200V， Ic=20A， Id=10A，求前后沿时间 2.5.2 2.5.2 软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器典型电路典型电路 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CEPFNVD1LchR2C2V2R1V1脉冲触发PFN上端脉冲变压器次级波形2E2EVD2B2.5.
25、2 2.5.2 软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器设计举例软性开关脉冲调制器设计举例 要求：Tr=1ms， =2 s，B=1:1，RH=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Lch3 3 雷达接收雷达接收机机3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.3 3.3 接收机的高频部分接收机的高频部分3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.1 3.1 接收机组成与主要
26、质量指接收机组成与主要质量指标标接收机的作用：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 3.1.1 接收机组成接收机组成 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）LNALNA： 低噪放，抑制噪声，放大微弱的目标回波信号（如：F=2F=2，G=25dBG=25dB）MIXMIX： 混频，将回波信号频率迁移到合适、固定的中频（f fi i=30MHz=30MHz，60MHz60MHz等）中放： 放大中频带内目标回波信号（G=100G=100 120dB120dB），抑制带外噪声LOLO： 本振，提供稳定振荡f
27、fL L，与发射频率f f0 0保持稳定的中频频差：f fi i=f=fL L f f0 0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（STCSTC），瞬时自动增益控制（IAGCIAGC），AGCAGC；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R0至信号处理保护器保护器LNAMIX中放中放检波器检波器视放视放LO增益控制增益控制3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.1.2 3.1.2 主要质量指标主要质量指标灵敏度 ，
28、典型值 满足检测要求的最小输入信号功率测试方法信号源接收机雷达检测设备（显示器/信号处理机等）f,P设置信号源频率设置信号源频率f处于规定的工作频带内，调整输出功率处于规定的工作频带内，调整输出功率P，由雷达检测设备观测满足目标检测时的最小由雷达检测设备观测满足目标检测时的最小Pmin即为灵敏度即为灵敏度3.1 3.1 接收机组成与主要质量指标接收机组成与主要质量指标3.1.2 3.1.2 主要质量指标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
29、杂波干扰等）3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.1 3.2.1 接收机噪声接收机噪声内噪声：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p54p54图3.63.6。等效噪声带宽： 电路形式电路形式级数级数Bn/B双调谐或双调谐或两级参差两级参差11.11单调谐11.57121.04021.2203参差11.04831.1554参差11.01941.1295参差11.01051.114高斯
30、型11.065效噪声带宽效噪声带宽B Bn n与常用接收机带宽与常用接收机带宽B B的比较的比较3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数和噪声温度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, ,对于无源网络 测试方法1.接收机输入端接匹配负载，由功率计测量接收机输出功率接收机输入端接匹配负载，由功率计测量接收机输出功率2.接收机输入端接信号源，设置信号源频率接收机输入端接信号源，设置信号源频率f，调整输出功率，调整输出功率 ，由功率计，由功率计 测量接收机输出功率测量接收机输出功率 ，计算，计算信号源线性接收机功率计f,P匹配负载
31、3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度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 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度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 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.2 3.2.2 噪声系数与噪声温度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
32、解：接收机前端部件对系统噪声的影响巨大，LNALNA贡献重大 馈线馈线/收发开关收发开关/限幅保护器限幅保护器LNAMIX中放中放G=0.2F=2G=25dBF=2.5G=0.3F=4G=100dB3.2 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度3.2.3 3.2.3 灵敏度灵敏度定义：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 3.2 噪声系数和灵敏度噪声系数和灵敏度灵敏度计算举例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LNAMIX/BPF中放G=0.2/0.5
33、G=25dBF=3BPFG=0.5B=200MHzG=0.1B=5MHzG=90dB/F=5B=5MHz1.计算接收机 噪声系数13.计算接收机 临界灵敏度2.计算接收机 噪声系数23.3 3.3 接收机的高频部接收机的高频部分分组成 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（30300ns）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，F1.2低噪声场放 噪声系数F=25dB，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，2040d
34、B）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2040dB）以降低噪声本振本振收发开关收发开关保护器保护器LNAMIX前置中放前置中放3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.4.1 3.4.1 磁控管发射机的自动频率控制（磁控管发射机的自动频率控制（AFCAFC） 搜索跟踪转换搜索跟踪转换调谐电机调谐电机机调磁控管机调磁控管定向耦合器定向耦合器稳定本振稳定本振峰值检波器峰值检波器视频放大器视频放大器鉴频器鉴频器中放中放AFC混频器混频器至收发开关发射至收发开关发射至接收机至接收机混频器混频器搜索状态：中放无脉冲输出，搜索跟踪转换器输出调谐电压，使调谐电机带动机
35、调搜索状态：中放无脉冲输出，搜索跟踪转换器输出调谐电压，使调谐电机带动机调磁控管连续调谐频率磁控管连续调谐频率f(t)，定向耦合器耦合出小功率信号给，定向耦合器耦合出小功率信号给AFC混频器。混频器。当当f(t)与稳定本振与稳定本振fL差频进入中放带宽差频进入中放带宽fi- f，fi+ f时，中放输出使搜索时，中放输出使搜索跟踪转换进入跟踪状态跟踪转换进入跟踪状态跟踪状态：鉴频器输出频率偏离跟踪状态：鉴频器输出频率偏离fi的误差脉冲信号，该信号经过视放，峰值检波器成的误差脉冲信号，该信号经过视放，峰值检波器成为连续误差信号，再通过搜索跟踪转换，用误差电压驱动调谐电机作频率为连续误差信号，再通过
36、搜索跟踪转换，用误差电压驱动调谐电机作频率微调，直到频率误差为零。微调，直到频率误差为零。3.4 3.4 本振和自动频率控制本振和自动频率控制3.4.2 3.4.2 稳定本振稳定本振 FF/2NFNFF/2F/2本振输出NFMNFMNF+NFF/n重频输出相参振荡本振输出发射输出1.1.锁相型稳定本振锁相型稳定本振2. 2. 晶振倍频型稳定本振晶振倍频型稳定本振基准振荡基准振荡2分频分频相位检波相位检波误差积分误差积分压控振荡器压控振荡器N倍频倍频混频滤波混频滤波功分功分F F特点：频率精度和稳定度高，杂散和相位噪声低，谐波略大，锁定时间较长，捕获带宽略小。特点：频率精度和稳定度高，杂散和相位
37、噪声低，谐波略大，锁定时间较长，捕获带宽略小。基准振荡基准振荡N倍频倍频/分路器分路器M倍频倍频/分路器分路器n分频分频单边带混频单边带混频/滤波器滤波器特点：频率精度和稳定度高，变频快，相噪较低，杂散略高。特点：频率精度和稳定度高，变频快，相噪较低，杂散略高。F3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制3.5.1 3.5.1 动态范围动态范围 定义： ， 为接收机工作时的最大（饱和）可输入信号功率。 工作动态范围：不限制时间和接收机状态调整 瞬时动态范围：同一时刻和同一状态下的 动态范围的需求因素：目标距离远近，RCS大小和起伏，信号处理的合适范围3.5.2 3.5.2 增益控制增
38、益控制 主要指标：控制范围，响应时间，控制特性曲线自动增益控制（AGCAGC） 特点：控制范围大（8080 100dB100dB），响应时间长（接近秒级），普遍用于雷达的自动跟踪系统中放中放包络检波包络检波视放视放峰值检波峰值检波低通滤波低通滤波波门选通波门选通AGCAGC专用专用距离波门距离波门 至雷达信号处理至雷达信号处理3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制瞬时自动增益控制（IAGCIAGC） 特点：控制范围较小（2020 40dB40dB），响应时间短（5 5 2020 ），用于抑制长时间强干扰，使接收机在强干扰结束后迅速恢复近程增益控制（STCSTC）根据回波信号的迟延
39、时间（距离），控制接收机增益中放中放瞬时包络检波器瞬时包络检波器视放视放短时常数积分器短时常数积分器IAGCIAGC部分部分至雷达接收机至雷达接收机例如：例如：R0=10km，G0=30dB，k=30dB 当当R=20km时的增益为时的增益为39dB3.5 3.5 动态范围和增益控制动态范围和增益控制人工增益控制（MGCMGC） 特点：控制范围较大（4040 8 80dB0dB），通常人工进行AGC/MGCAGC/MGC选择，少数只控视放，用于在复杂背景（干扰/ /多目标等）下辅助人工检测和参数测量对数中放限幅中放例如：例如：Si1=10-10W，k=106，kL=1mW Si=10-8W时，
40、输出功率为时，输出功率为3 10-3W Si=10-3W时，输出功率为时，输出功率为8 10-3W中放中放检波器检波器视放视放MGCMGC电压电压中频信号输入中频信号输入选择开关选择开关合成合成MGCMGCAGCAGC中频信号输出中频信号输出STCSTC IAGCIAGC非线性中放会形成交调，产生大量的其它频谱非线性中放会形成交调，产生大量的其它频谱分量，必须通过中频滤波器抑制分量，必须通过中频滤波器抑制3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.1 3.6.1 匹配滤波和准匹配滤波匹配滤波和准匹配滤波匹配滤波 满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波器 白噪声背景中的匹配滤波器特性为
41、： 匹配滤波器的输出信噪比： 准匹配滤波 选择物理可实现的实际滤波器和参数逼近匹配滤波器，称为准匹配滤 波，两者输出信噪比的比值定义失配损失： 3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.1 3.6.1 匹配滤波和准匹配滤波匹配滤波和准匹配滤波 各种常用准匹配滤波器的带宽时宽积由 求得B Boptopt。脉冲信号形状脉冲信号形状滤波器频域特性滤波器频域特性最佳带宽脉宽积最佳带宽脉宽积Bopt失配损失失配损失/dB矩形矩形1.370.85矩形高斯形0.720.49高斯形矩形0.720.49高斯形高斯形0.440矩形单调谐0.400.88矩形两级参差调谐0.610.56矩形五级参差调谐
42、0.670.503.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.2 3.6.2 接收机带宽选择接收机带宽选择警戒雷达尽可能提高检测信噪比，故按照B Boptopt设计带宽中频带宽： , , 为AFCAFC跟踪残差 视频带宽：跟踪雷达已有较高的检测信噪比，需要提高时间测量精度，故按照包络前沿时间设计中放和视放带宽3.6 3.6 滤波和接收机带宽滤波和接收机带宽3.6.2 3.6.2 接收机带宽选择举例接收机带宽选择举例警戒雷达发射矩形脉冲宽度0.50.5 s s，无AFCAFC跟踪残差接收机中放为5 5级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为 跟踪雷达 发射矩形脉冲宽度0.50.5 s s，
43、无AFCAFC跟踪残差接收机中放为5 5级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为4 4、雷达终端显示器与录取设备、雷达终端显示器与录取设备4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器 4.2 4.2 距离显示器距离显示器4.3 4.3 平面位置显示器平面位置显示器4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.5 4.5 雷达数据的录取雷达数据的录取4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型与指标显示器的主要类型与指标1.1.显示信号类型显示信号类型模拟显示模拟显示/ /一次显示一次显示 直接显示接收机输出的模拟信号直接显示接收机输出的模拟信号数字显示数字
44、显示/ /二次显示二次显示 显示经过数字信号处理后的数字信号显示经过数字信号处理后的数字信号2.2.显示屏类型显示屏类型CRTCRT 阴极射线管阴极射线管LEDLEDLCDLCD3.3.显示色彩显示色彩单色，多色，彩色单色，多色，彩色4.4.显示目标信息显示目标信息距离距离- -幅度（距离显示）幅度（距离显示）距离距离- -方位方位- -幅度（平面位置显示）幅度（平面位置显示）距离距离- -仰角仰角/ /高度高度- -幅度幅度距离距离- -方位方位- -仰角仰角- -幅度（空间位置显示，如飞行员头盔显示）幅度（空间位置显示，如飞行员头盔显示）综合综合本课程主要讨论：模拟本课程主要讨论：模拟/C
45、RT/CRT/单色显示器单色显示器 4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型与指标显示器的主要类型与指标5.5.模拟模拟/CRT/CRT/单色显示器的主要指标单色显示器的主要指标扫描方式扫描方式 不加信号时电子束在显示屏上的轨迹形状不加信号时电子束在显示屏上的轨迹形状直线扫描，圆周扫描，径向圆周扫描，光栅扫描直线扫描，圆周扫描，径向圆周扫描，光栅扫描目标回波信号对电子束的作用目标回波信号对电子束的作用偏转调制，亮度调制偏转调制，亮度调制显示亮度的保持时间显示亮度的保持时间短余辉（短余辉（ s s级），中余辉（级），中余辉（msms级），长余辉（级），
46、长余辉（s s级）级）最小扫略线最小扫略线/ /亮点宽度亮点宽度d d（mmmm）最大显示尺寸最大显示尺寸圆形圆形r r（cmcm），矩形），矩形L L（cmcm） W W（cmcm）最大分辨数最大分辨数圆形圆形4 4 r r2 2/d/d2 2，矩形，矩形L L W/dW/d2 2 4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 1. 距离显示器距离显示器原理：以扫略线偏离起点的扫略长度原理：以扫略线偏离起点的扫略长度L（cm）代表目标距离）代表目标距离R（km），），R=L C，C为标尺系数（为标尺系数（km/cm）例如：例如：C=10
47、km/cm， L=3cm， R=30km主要参数：量程主要参数：量程Rmax(Km)，扫略长度，扫略长度Lmax(cm)，标尺系数，标尺系数C=Rmax/Lmax扫略时间扫略时间T(ms)=Rmax/150km，偏转灵敏度，偏转灵敏度S(cm/V)，偏转电压，偏转电压Vmax=Lmax/S主要类型：主要类型：A显显 中短余辉偏转中短余辉偏转调制显示器，直线扫调制显示器，直线扫略，略，X偏转长度正比偏转长度正比于距离，于距离，Y偏转长度偏转长度正比于回波电压幅度正比于回波电压幅度 发射主波目标回波加亮显示距离刻度4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型
48、显示器的主要类型 形成R显的参数：量程RRmax(Km)，扫略长度LRmax(cm)，标尺系数CR=RRmax/LRmax扫略时间TR(ms)=RRmax/150km，偏转电压VRmax=LRmax/S 1. 1. 距离显示距离显示器器主要类型主要类型J显显 中短余辉偏转调制显示器，圆周中短余辉偏转调制显示器，圆周扫略，正上方为距离扫略，正上方为距离0，顺时针圆周，顺时针圆周弧长正比于距离，径向偏转正比于回弧长正比于距离，径向偏转正比于回波电压幅度。由于圆形显示器的周长波电压幅度。由于圆形显示器的周长是直径的是直径的 倍，所以倍，所以J型显示器具有较型显示器具有较高的显示精度高的显示精度A/R
49、显显 同同A显，但具有显，但具有A显的局部放大，显的局部放大，发射主波发射主波目标回波目标回波距离刻度距离刻度R显发射主波发射主波目标回波目标回波A显4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 2. 2. 平面显示器平面显示器原理：以扫略线偏离正上方（正北）顺时针角度表示方位原理：以扫略线偏离正上方（正北）顺时针角度表示方位 ，以扫略线距离，以扫略线距离 圆心的长度表示距离圆心的长度表示距离R主要参数：量程主要参数：量程Rmax(Km)， max( )，扫略长度，扫略长度Lmax(cm)，标尺系数，标尺系数 C(Km/cm)，扫略时间，
50、扫略时间T(ms)=Rmax/150km，偏转灵敏度，偏转灵敏度S(cm/A) 偏转电流偏转电流Imax(A)=Lmax/S主要类型：主要类型：P显显/PPI 中长余辉亮度调制中长余辉亮度调制显示器，径向显示器，径向-圆周扫略，回波电圆周扫略，回波电压幅度正比于亮度，亮弧与正北压幅度正比于亮度，亮弧与正北夹角为方位，距圆心的长度为夹角为方位，距圆心的长度为距离距离正北452252703151351809090km目标4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 2. 2. 平面显示器平面显示器B显显 中余辉亮度调制显示器，中余辉亮度调制显
51、示器， 垂直垂直-水平扫略，目标包水平扫略，目标包 络电压正比于亮度，亮络电压正比于亮度，亮 点的水平投影为方位，点的水平投影为方位， 垂直投影为距离垂直投影为距离 -30 -20 -10 0 10 20 306050403020100方位方位距距离离目标目标4.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 3. 3. 高度显示器高度显示器原理：以扫略线的水平投影长度表示原理：以扫略线的水平投影长度表示 距离距离R，以扫略线的垂直投影，以扫略线的垂直投影 长度表示仰角长度表示仰角 （高度（高度H）主要参数：量程主要参数：量程Rmax(Km)，
52、 max( )， 扫略长度扫略长度Lmax(cm)，标尺系数，标尺系数 C(Km/cm)主要类型：主要类型：E显显 中长余辉亮度调制显示器，水平中长余辉亮度调制显示器，水平- 垂直扫略，目标包络电压正比于亮垂直扫略，目标包络电压正比于亮 度，亮点的水平投影为距离度，亮点的水平投影为距离R，亮，亮 点的垂直投影为仰角点的垂直投影为仰角 RHI显显 中长余辉亮度调制显示器，径中长余辉亮度调制显示器，径 向向-扇形扫略，目标包络电压正比扇形扫略，目标包络电压正比 于亮度，亮点的水平投影为地面距于亮度，亮点的水平投影为地面距 离离D，亮点的垂直投影为高度，亮点的垂直投影为高度HE显仰角仰角605040
53、3020100距离距离0 20 40 60 80 100 120目标目标RHI高度高度水平水平距离距离目标目标10864200 20 40 60 80 100 1204.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.1 4.1.1 显示器的主要类型显示器的主要类型 4. 4. 情况显示器和综合显示情况显示器和综合显示器器表现除目标模拟信号以外的其他信息，如：目标敌我属性，批号，航迹等表现除目标模拟信号以外的其他信息，如：目标敌我属性，批号，航迹等5. 5. 光栅扫描雷达显示器光栅扫描雷达显示器数字显示，扫略线按照行或列固定扫略，所有显示信息与显示缓存区相连接数字显示，扫略线按照行或列固定扫略
54、，所有显示信息与显示缓存区相连接正北452252703151351809090kmE001/339/75F001/140/50距离距离方位方位0600-3030左舵左舵右舵右舵00E001/-14/364.1 4.1 雷达终端显示器雷达终端显示器4.1.2 4.1.2 对显示器的主要要求对显示器的主要要求根据任务要求选择显示器种类和数量根据任务要求选择显示器种类和数量与雷达的任务、功能、目标环境密切相关与雷达的任务、功能、目标环境密切相关对比度对比度与工作背景亮度密切相关与工作背景亮度密切相关图像重显频率图像重显频率模拟显示与脉冲重复周期、天线扫描周期密切相关模拟显示与脉冲重复周期、天线扫描周
55、期密切相关数字显示与视觉滞留有关，数字显示与视觉滞留有关， 50Hz50Hz显示失真和误差显示失真和误差4.2 4.2 距离显示器距离显示器4.2.1 A4.2.1 A显显 A A显画面1.1 1.1 目标回波 上偏转1.2 1.2 距离刻度 下偏转1.3 1.3 水平扫略 从左至右 1.4 1.4 亮度控制 显示与量程对应的时间1.5 1.5 加亮控制 对特定时间显示加亮A A显波形与各级电压发射主波目标回波加亮显示距离刻度触发脉冲水平扫掠刻度脉冲辉亮方波加亮脉冲目标回波4.2 4.2 距离显示器距离显示器4.2.1 A4.2.1 A显显 A A显组成方波产生器 锯齿电压形成电路 差分放大器
56、 振铃电路 限幅放大 正向微分移动距标形成 辉亮放大主要参数设计示波管偏转灵敏度：S (cm/V)S (cm/V)，锯齿电压幅度：V Vmaxmax=L=Lmaxmax/S/S正程时间：T(T( s)s)，量程：R Rmaxmax=0.15=0.15 T(Km) T(Km) 单位刻度： R(Km)R(Km)，刻度波周期： T=T= R/0.15(R/0.15( s)s)4.2 4.2 距离显示器距离显示器 举例：某雷达举例：某雷达A显量程为显量程为300km，示波管偏转灵敏度为，示波管偏转灵敏度为0.1cm/V，扫略线，扫略线长度为长度为20cm，距离刻度为，距离刻度为15km，目标距离，目标
57、距离25km，试求：，试求：1.正程扫略时间，正程扫略时间， 2. 扫略电压幅度，扫略电压幅度，3. 刻度波周期，刻度波周期，4. 标尺系数，标尺系数，5.目标所在的扫略长度目标所在的扫略长度解：解：1.正程扫略时间正程扫略时间 Tmax=300km/150km=2ms2.扫略电压幅度扫略电压幅度 V=20cm/(0.1cm/V)=200V3.刻度波周期刻度波周期TC=15km/150km=100 s4.标尺系数标尺系数C=300km/20cm=15km/cm5.目标所在的扫略长度目标所在的扫略长度L(25km)=25km/15km=5/3cm4.2 4.2 距离显示器距离显示器4.2.2 A
58、/R4.2.2 A/R显显A/RA/R显画面 对A A显局部距离范围 进行放大显示R R显可有单独的距离刻度A/RA/R显组成单束A/RA/R显 只有一个电子束，A/RA/R各有扫描电路，按照次序A-R-AA-R-A分时进行，R R在A A上空缺双束A/RA/R显 同时有两个电子束和扫描电路，分别用作A A显和R R显，R R在A A上加亮A显R显R显A显单束A/R显双束A/R显4.3 4.3 平面位置显示器平面位置显示器4.3.1 4.3.1 画面特点画面特点正上方对准正北方向，顺时针圆周角为方位圆心为雷达站位置，径向长度正比于距离目标回波为加亮弧段回波信号幅度对应亮度方位刻度为等分直径线距
59、离刻度为同心圆周线径向扫略与雷达脉冲重频同步圆周扫略与雷达天线方位圆周扫描同步正北452252703151351809090km目标主要参数：量程主要参数：量程Rmax(Km)，径向扫略长度，径向扫略长度Lmax(cm)，标尺系数，标尺系数C=Rmax/Lmax 径向扫略时间径向扫略时间T(ms)=Rmax/150km，径向偏转灵敏度，径向偏转灵敏度S(cm/A)，径向偏转电流径向偏转电流Imax=Lmax/S4.3 4.3 平面位置显示器平面位置显示器4.3.2 4.3.2 动圈式平面位置显示器动圈式平面位置显示器由由天天线线同同步步发发电电机机带带动动示示波波管管同同步步电电动动机机/ /
60、偏偏转转线线圈圈旋旋转转，形形成成圆圆周周扫扫描描，由偏转线圈中锯齿波电流驱动电子束径向偏转由偏转线圈中锯齿波电流驱动电子束径向偏转组成与波形 系统设计距离扫略 偏转灵敏度S(cm/A)S(cm/A)，锯齿电流幅度I Imaxmax=L=Lmaxmax/S/S方位扫略 由同步收发电机完成距离刻度 同A A显方位刻度 由天线刻度盘和光电检测器完成方位刻度偏转线圈同步电机回波方波产生方波产生距离刻度距离刻度阶梯电压阶梯电压锯齿电流锯齿电流辉亮放大辉亮放大信号混合信号混合4.3 4.3 平面位置显示器平面位置显示器4.3.3 4.3.3 定圈式平面位置显示器定圈式平面位置显示器采用X/Y固定的偏转线
61、圈，经过扫描电流的分解实现距离/方位扫描距离/ /方位扫描的力矩电流：扫略电流的分解-旋转变压器定圈式平面位置显示器的组成方波产生方波产生 锯齿电流形成锯齿电流形成 功率放大功率放大 电流放大钳位电流放大钳位 水平偏转线圈水平偏转线圈振铃电路振铃电路 辉亮放大辉亮放大 阳极阳极 电流放大钳位电流放大钳位 垂直偏转线圈垂直偏转线圈刻度形成刻度形成 混合电路混合电路 阴极阴极视频放大视频放大 方位刻度方位刻度 天线转盘天线转盘天线转轴4.4 4.4 计算机图形显计算机图形显示示4.4.1 4.4.1 计算机图形显示系统与分类计算机图形显示系统与分类系统的组成 计算机 信号控制/处理/存储电路 显示
62、读出装置 操作员/接口 信号控制/处理/存储电路（显示卡） 以显示系统约定的格式保存需要显示的全部图形数据； 显示读出装置 以约定的格式从存储电路中读出显示数据，并将其表现在显示屏幕上； 操作员、计算机通信装置 通过人机界面，完成对显示数据的实施修改和控制分类 根据CRT内电子束的偏转方式分类 随机扫描显示器 电子束根据显示的内容控制其在X、Y平面内的偏转（扫描）和亮度（Z），书写速度快，扫描复杂，较少使用 光栅扫描显示器 电子束按照规定的轨迹在X、Y平面内进行偏转（如由上至下、由左至右），根据显示内容控制电子束在偏转过程中的轨迹亮度，书写速度慢，扫描简单，普遍使用4.4 4.4 计算机图形显
63、示计算机图形显示4.4.2 4.4.2 字符产生器字符产生器主要技术指标字符种类，字符尺寸（m n），书写速率（字符/s），显示效率（字符辉亮时间与书写时间的比值）随机扫描字符产生器 书写步骤：1 给出需要书写的字符码C和C在显示器上的初始位置x0，y0，置入x,y计数器，字符译码逻辑查找其在字符库中的存储位置2 给出书写起始信号，同步控制逻辑发出存储器读出时钟，存储器依次给出x,y单位变化和辉亮3 顺序点阵法 经过确定的时钟，书写自行停止（每个字符具有相同的点阵数）； 程控点阵法 存储器读出结束，输出书写停止（每个字符的点阵数不同） 。字符码字符码C 字符译码逻辑字符译码逻辑 字符库字符库存
64、储器存储器 同步控制逻辑同步控制逻辑 X计数器计数器/ADC x扫描扫描y扫描扫描Z辉亮辉亮y计数器计数器/ADC 起止起止x0，y0随机扫描字符产生器电路组成随机扫描字符产生器电路组成4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.2 4.4.2 字符产生器字符产生器1. 顺序点阵法规定：起点、终点、x,y顺序、点阵数m n，只需要进行字符辉亮分解 zi,m n特点：xy规则变化（与字符无关），每个字符具有相同m n举例：字符A，7 5点阵，起点、终点、顺序如图，分解得到的辉亮点阵顺序如下表 12345678 21 22 3514 15 28 29序号序号123456789Z001111
65、100序号101112131415161718Z010101001序号192021222324252627Z000000101序号2829303132333435Z000111114.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.2 4.4.2 字符产生器字符产生器2.程控点阵法(xy阶跃变化，每个字符点阵数不同)规定：起点/方向，按字符轨迹分解xi+,xi-,yi+,yi-,zii 特点：书写效率高，每个字符的分解点阵数不同举例：起点左下角，x,y正方向如图中箭头，书写顺序如红线所连，结果见下表3.单位线段法(xy连续变化，其余同程控点阵法)光栅扫描字符产生器全屏幕的顺序点阵法字符产生器
66、1123456789100000100101001010010100101101011010110011100110001111121314151617181920000110001100011001000010000100010010100101001010014.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.3 4.4.3 矢量产生器矢量产生器矢量与图形 具有一定方向和长度的直线称为矢量，图形可表现为一组首尾相接的矢量的集合矢量产生器作图原理单条矢量的完成时间：1/f在该时间里发生的计数脉冲数：| x|x|Sgn(x)数字倍频器数字倍频器可逆计数器可逆计数器DAC时钟时钟f扫描输出扫描输
67、出4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.3 4.4.3 矢量产生器矢量产生器速率乘法矢量产生器 负边沿计数分频，正边沿微分输出分频器分频器1分频器分频器4分频器分频器3分频器分频器2与门与门1与门与门2与门与门3与门与门4| x|4| x|3| x|2| x|1或或门门ckF1F2F3F4ckF1F2F3F4由各增量位选择相应的分频器由各增量位选择相应的分频器正边沿微分输出，经或门用作正边沿微分输出，经或门用作计数脉冲计数脉冲4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.3 4.4.3 矢量产生器矢量产生器速率乘法矢量产生器作图过程1.| x|，| y|送对应寄存器，线长检
68、测器按照高位共有0数设置分频链位置2.启动分频链对ck分频，产生相应的计数脉冲进行加减计数，经DAC输出扫掠电压3.检测到分频链全0（也可作下段矢量绘图启动），本段矢量绘制结束 。 |x|Sgn(x)Sgn(y)|y| x|寄存器寄存器全全0检测器检测器N级分频链级分频链X符合门符合门xDACX可逆计数可逆计数器器| y|寄存器寄存器线线长长检检测测器器起停控制起停控制yDACY可逆计数器可逆计数器Y符合门符合门4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示4.4.3 4.4.3 矢量产生器矢量产生器速率乘法矢量产生器作图过程1.| x|，| y|送对应寄存器，移位控制按照高位共有0数设置寄存器
69、移位2.启动两个累加器按ck时钟累加.| x|，| y|，产生相应的进位脉冲进行加减计数，经DAC输出扫掠电压3.检测到两个累加器全0（也可作下段矢量绘图启动），本段矢量绘制结束 。 |x|Sgn(x)Sgn(y)|y| x|寄存器寄存器全全0检测器检测器X累加器累加器xDACX可逆计数可逆计数器器| y|寄存器寄存器移位控制移位控制起停控制起停控制yDACY可逆计数器可逆计数器Y累加器累加器4.4 4.4 计算机图形显示计算机图形显示累加法矢量产生器初始全零，用累加器的溢出作为矢量增/ /减的时钟，结束全零| | x|x|寄存 x x累加器 x x扫掠计数器 xDACxDAC移位控制 全零检
70、测| | y|y|寄存 y y累加器 y y扫掠计数器 yDACyDAC 累加器长度n n决定矢量的最大长度移位控制 使| | x x| |、| | y|y|的最高位不同时为0 0，自适应调整作图的时间。Sgn(x)Sgn(y)启停4.5 4.5 雷达数据的录雷达数据的录取取4.5.1 4.5.1 引言引言 检测、测量、记录、保存和分发目标数据称为雷达数据的录取人工录取 由人操作完成上述过程半自动录取 由人完成目标检测和引导，设备完成其他过程全自动录取 由设备完成上述过程4.5.2 4.5.2 目标距离数据的录取目标距离数据的录取距离编码器距离编码器 计数脉冲 距离计数器 0 0距离脉冲（清零
71、） 检测脉冲 目标计数器 距离存储器 各目标距离输出 影响距离录取精度的因素：距离量化误差，脉冲前沿斜率（噪声），系统稳定度4.5.3 4.5.3 目标角坐标数据的录取目标角坐标数据的录取光电转换读取角度码盘光电转换读取角度码盘 单向增量码盘 双向增量码盘 二进制码盘 循环码盘 低位 （15-1615-16） 高位 单向扫描 双向扫描 任意相邻码只差一位正北5 5、雷达作用距离、雷达作用距离5.1 5.1 雷达方程雷达方程5.2 5.2 最小可检测信号最小可检测信号5.3 5.3 脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善5.4 5.4 目标截面积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性5.5
72、 5.5 系统损耗系统损耗5.6 5.6 传播过程中各种因素的影响传播过程中各种因素的影响5.7 5.7 雷达方程的几种形式雷达方程的几种形式5.1 5.1 雷达方程雷达方程5.1.1 5.1.1 基本雷达方程基本雷达方程表现空间能量关系表现空间能量关系 5.1.2 5.1.2 目标的雷达截面积（目标的雷达截面积（RCSRCS） 分别为散射总功率，入射功率密度，距离R处的散射功率密度。通常采用如下的测试方法：1.测量距离R处镀金或银的标准金属球( 0)回波信号功率2.测量距离R1处的目标回波信号功率 ，尽量使R=R1，以便降低不同大气衰减的影响3.计算5.1 5.1 雷达方程雷达方程例如：某雷
73、达测得20km处10m2标准金属球的回波信号功率为10-12W，在同样距离处测得目标的回波信号功率为5 10-12W，计算可得该目标的雷达截面积为 =10m2 5=50m2 。 注意： 的散射默认为各方向相同(无方向性，如标准金属球)，而实际目标的散射都具有方向性，因此它是目标入射角的函数，与目标的物理投影面积不同。例如：边长为a的三角形反射器，当电 磁波从 35 锥角内入射时， =4 a4/(3 2)，若a=1m， =3cm，则 =4654m2aaa5.2 5.2 最小可检测信号最小可检测信号5.2.1 5.2.1 最小可检测信噪比最小可检测信噪比D D0 0（M M） 满足检测性能要求（虚
74、警概率 ，发现概率 ）时，在接收机线性系统输出端单个脉冲检测需要的最小信噪比5.2.2 5.2.2 门限检测门限检测 将接收机输出信号 与检测门限 进行比较，高于门限时判为有目标 判决结果存在4 4种可能1.1.无目标判为有目标称为虚警，虚警概率2.2.3.3.有目标判为有目标称为发现，发现概率4.4.其中只有两种独立结果：虚警，发现（检测）无目标判为无目标，概率无目标判为无目标，概率有目标判为无目标称为漏警，概率有目标判为无目标称为漏警，概率VT目标t5.2 5.2 最小可检测信号最小可检测信号5.2.3 5.2.3 检测性能和信噪比检测性能和信噪比解决虚警与发现概率的矛盾N-PN-P准则：
75、首先满足虚警概率的要求，然后达到发现概率最大。恒虚警（CFARCFAR）检测门限此时达到的最大发现概率 结论：对于给定的 ， 仅是信噪比 的函数5.2 5.2 最小可检测信号最小可检测信号其它常用描述检测特性的参数其它常用描述检测特性的参数平均虚警宽度： ，发生一次虚警的平均时间宽度，近似为等效噪声带宽（接收机带宽）的倒数平均虚警时间： ，发生虚警的平均时间周期，因为虚警数： ，在 时间里最大可能出现的虚警次数重要设计：P137 P137 图5.75.7例如：虚警概率1010-6-6，发现概率0.90.9，查图可得5.3 5.3 脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善在目标方向发射的
76、每一个信号都会存在目标回波，短时间内距离不变。将相同距离单元的n n个回波信号求和 ，再进行信号检测称为脉冲积累。在中频求和时称为中频积累（相参积累/ /线性），在视频求和时称为视频积累（非相参积累/ /非线性）。5.3.1 5.3.1 积累的效果积累的效果相参积累的信噪比改善：n n倍。因为n n个同相正弦波叠加后功率提高n n2 2倍，n n个非相关噪声叠加后功率提高n n倍，因此相参积累后信噪比改善n n倍非相参积累的信噪比改善 倍。是信号与噪声合成包络的叠加，无解析式，由P139/140P139/140图5.9/5.105.9/5.10查表计算D D0 0(n),(n),表中单位为dB
77、dB组合积累 n n个脉冲中，每m m个作相参积累，n/mn/m个再作非相参积累，其检测因子：D D0 0=D=D0 0(n/m)-10lgm dB(n/m)-10lgm dB积累后的检测因子5.3 5.3 脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善举例：某雷达脉冲积累数为2525，虚警概率1010-6-6，发现概率0.90.9，试求其在相参积累、非相参积累、m=5m=5时组合积累条件下的检测因子解：1.1.由图5.75.7查得虚警概率1010-6-6，发现概率0.90.9时的单个脉冲检测因子为13dB13dB，相参积累时 2.2.由图5.105.10查得虚警概率1010-6-6，发现概
78、率0.90.9时, ,非相参积累 D D0 0(25)=2.2dB(25)=2.2dB 3.3.由图5.105.10查得虚警概率1010-6-6，发现概率0.90.9时, ,非相参积累 D D0 0(25/5)=7.3dB(25/5)=7.3dB组合积累5.3.2 5.3.2 积累脉冲数的确定积累脉冲数的确定 分别为雷达脉冲重复频率，波束在目标方向的驻留时间和目标在雷达距离分辨单元的驻留时间。对方位机械扫描雷达 分别为方位波束宽度，扫描速度和仰角； 分别为雷达的距离分辨和目标径向运动速度5.3 5.3 脉冲积累对检测性能的改善脉冲积累对检测性能的改善设计举例某雷达发射功率10105 5W W，
79、G=30dBG=30dB， =10cm=10cm，接收机噪声系数F=6dBF=6dB，等效接收机带宽2MHz2MHz，天线圆周扫描，6 6转/ /分钟，方位波束宽度3 3 ，重频500Hz500Hz，相参积累，P Pfafa=10=10-10-10，P Pd d=0.5=0.5，仰角0 0 ，求其对RCSRCS为1m1m2 2非起伏目标的作用距离。解：1.1.计算脉冲积累数 扫描速度2.2.求M M 根据P Pfafa=10=10-10-10，P Pd d=0.5=0.5，查P137 P137 图5.75.7得D D0101=13.6dB=13.6dB 相参积累改善后的D D0 0=13.6-
80、16.2=13.6-16.2= 2.6dB2.6dB3.3.求接收机灵敏度 S Siminimin=-114dBm+6+10lg2-2.6=-107.59dBm=-114dBm+6+10lg2-2.6=-107.59dBm4.4.计算作用距离5.4 5.4 目标截面积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性5.4.1 5.4.1 点目标特性与波长的关系点目标特性与波长的关系以半径为以半径为r r 的镀金或银金属球测试结果的镀金或银金属球测试结果 目标雷达截面积 与球半径r 的关系(可推广到一般目标)：瑞利区：r ， ， = r2，目标散射特性相对稳定，主要目标/r22r/115.4 5.4 目标截面
81、积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性5.4.2 5.4.2 常用简单形状目标的雷达截面积常用简单形状目标的雷达截面积( (裁剪自P143 P143 表5.15.1、表5.2)5.2)简单目标形状简单目标形状入射条件入射条件 面积为面积为A的大平板的大平板法线方向法线方向单根半波长箔条单根半波长箔条法线方向法线方向全向平均全向平均0.86 20.17 2边长边长a a三角形反射器三角形反射器角心角心25 范围内范围内半径半径a a半圆形反射器半圆形反射器角心角心35 范围内范围内边长边长a a直角形反射器直角形反射器角心角心15 范围内范围内直径直径d龙伯透镜反射器龙伯透镜反射器球心球心90 1
82、80 范围范围内内5.4 5.4 目标截面积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性5.4.3 5.4.3 目标特性与极化的关系目标特性与极化的关系 目标散射矩阵 无源物体满足收发极化互易性： 为主极化散射面积，也是无源目标散射的主分量。因此一般雷达具有相同的收发信号极化，且共用同一天线。 与入射方向对称的目标满足正交极化分量对消性： 利用目标极化散射矩阵可识别目标特性，例如先发射 ，正交接收再发射 ，正交接收 ，利用得到完整的目标散射矩阵。 观察雷达天线波导口的状态，可判断其极化(垂直于长边方向)。为水平、垂直入射为水平、垂直入射电场的功率密度电场的功率密度 5.4 5.4 目标截面积及其起伏特性
83、目标截面积及其起伏特性5.4.4 5.4.4 复杂目标的雷达截面积复杂目标的雷达截面积 由多个不同形状、不同位置的物体共同组成的目标称为复杂目标，它的雷达截面积是一系列小散射体雷达截面积的矢量合成： 雷达的分辨能力：距离分辨 ，例如带宽为10MHz10MHz的雷达信号一般雷达角度分辨点目标：目标尺寸 V,V,本章讨论点目标。 复杂目标 是电波入射方向的复杂函数，参见P147P147图5.12,5.12,起伏30dB30dB 复杂目标 举例，P148P148表5.35.3，一般以各向平均值表示。目标类型目标类型 目标类型目标类型 导弹导弹0.5大型轰炸机大型轰炸机40小型单引擎飞机小型单引擎飞机
84、1小船小船0.022小型歼击机小型歼击机2巡逻艇巡逻艇10大型歼击机大型歼击机6大型舰船大型舰船3000t104106中型轰炸机中型轰炸机20F-220.15.4 5.4 目标截面积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性5.4.5 5.4.5 目标起伏模型目标起伏模型 目标 随时间的变化称为起伏（相对运动引起），归纳为4 4种极限情况。 模型号 分布 振幅A分布 散射点分布 相对运动Swerling1 Swerling1 均匀 慢速，扫描间起伏(S(S级) )Swerling2Swerling2 快速，脉间起伏(ms(ms级) )Swerling3Swerling3非均匀, ,有强散射点 慢速，扫
85、描间起伏Swerling4 Swerling4 快速，脉间起伏对检测性能的影响：通过查表P151 P151 图5.155.15，修订起伏模型对D D0 0的影响。例如发现概率0.50.5时，情况1/21/2损失2.7dB2.7dB，情况3/43/4损失1dB1dB发现概率0.90.9时，情况1/21/2损失8dB8dB，情况3/43/4损失4.2dB4.2dB5.5 5.5 系统损耗系统损耗射频传输损耗由于射频信号在系统内传输引起的损耗，如转换开关、旋转关节，传输波导等天线波束形状损失天线波束宽度边缘增益低于最大值引起叠加损失参与积累的脉冲中有一部分不含有目标信号引起设备不完善损失匹配滤波不理
86、想，时间/ /频率漂移，信号采集边缘化等引起其他损失对作用距离的影响： 5.6 5.6 传播过程中各种因素的影传播过程中各种因素的影响响5.6.1 5.6.1 大气传播影响大气传播影响大气衰减 由大气中水蒸气和氧气形成，与波长、仰角、气象条件有关，主要特点：1.1.频率越高衰减越大，氧气衰减在40GHz40GHz以下较平缓，100GHz100GHz附近有小衰减区( (称为传播窗) )，所以远程雷达选用较低频率2.2.测量单程衰减, ,晴天地面雷达：P157 图5.18，雨雾天 图5.193.3.对雷达作用距离查P158 P158 图5.205.20修正，修正方法a)a)首先计算无衰减时作用距离
87、R Rmaxmax，再查图得到有衰减时R R maxmaxb)b)首先根据有衰减R R maxmax查图得到R Rmaxmax，再分配计算无衰减时作用距离例如：求10cm10cm波长雷达，5 5 仰角，在晴天和小雨天对300km300km目标的单程衰减解：将kmkm换算为海里 海里，由图5.18b5.18b查得双程衰减0.73dB0.73dB，求得此时单程衰减为小雨天由图5.195.19查得单程雨衰减 0.01dB/km0.01dB/km全天候雷达按照考核的天气条件计算作用距离雷达最大作用距离是在 中取最小值 5.6 5.6 传播过程中各种因素的影传播过程中各种因素的影响响5.6.1 5.6.
88、1 大气传播影响大气传播影响大气折射与雷达直视距离由于电磁波呈直线传播，雷达频段主能量透射大气层，地球曲率影响作用距离；大气密度非均匀，使电磁波传播会向地表弯曲，对作用距离有一定的改善。考虑大气折射后的等效地球半径为 R=8490kmR=8490km 直视距离例如：海岸边天线高度10m10m的雷达，观测海面2m2m目标的直视距离为雷达探测需要同时满足能量条件和直视距离条件，所以实际最大作用距离是在两者中取最小值 雷达天线都应具有尽可能大的高度 RRRhahRaR5.6 5.6 传播过程中各种因素的影传播过程中各种因素的影响响5.6.2 5.6.2 地面或水面反射对作用距离的影响地面或水面反射对
89、作用距离的影响条件：主瓣打地( (0.50.5),),且存在地/ /水面镜反射( (表面粗糙度 tr6.2 6.2 调频测距法调频测距法调频连续波测距举例调频连续波测距举例某雷达采用三角波调频测距，波长为3cm3cm，三角波周期为20ms20ms，最大频偏为30MHz30MHz，如果在15km15km和18km18km处各有一个接近运动的目标，径向速度分别为300m/s300m/s和60m/s60m/s，试求：两个回波信号在三角波正程和逆程的信号频差解： 6.2 6.2 调频测距法调频测距法6.2.2 6.2.2 脉冲调频测距脉冲调频测距一般采用线性步进频率方式测距回波信号频率频率差距离测量
90、trtr是迟延尾数。回波中的多卜勒频率一般用定频发射测量例如：某雷达在高重频步进频率测距情况下， f=3KHz,Tr=4f=3KHz,Tr=4 s,s,如果目标距离为46km46km，求其回波迟延时间、迟延时间尾数、频差和距离估计值解：0TrfTf(t)t6.3 6.3 距离跟踪原理距离跟踪原理连续估计和输出特定目标的空间参数称为跟踪6.3.1 6.3.1 人工距离跟踪人工距离跟踪锯齿电压波法 由人工操作光标，指示和跟踪目标距离当锯齿波与比较电平电压相等时，比较器输出反转信号，前沿触发产生跟踪脉冲人工距离跟踪时比较电平由多圈电位器提供相位调制法 由人工操作移相器，指示和跟踪目标距离当正弦波发生
91、负向过零点时，检测器输出反转信号，前沿触发产生跟踪脉冲人工距离跟踪时移相电容由多圈电容器提供多圈电位器 锯齿电压产生器 比较器 跟踪脉冲产生器 锯波正程时间：T=2RT=2Rmaxmax/c/c，电压范围：VVminmin，V Vmaxmax ， 比较电压范围相同相位调制法 正弦波产生器 手动移相器 过零检测/ /比较器 跟踪脉冲产生器跟踪标志目标回波比较电平比较电平锯齿电压产生器锯齿电压产生器电压比较器电压比较器跟踪脉冲产生器跟踪脉冲产生器正弦电压产生正弦电压产生移相移相/过零检测器过零检测器跟踪脉冲产生跟踪脉冲产生6.3 6.3 距离跟踪原理距离跟踪原理6.3.2 6.3.2 自动距离跟踪
92、自动距离跟踪组成前波门前波门后波门后波门回波回波前选通前选通后选通后选通前积分前积分后积分后积分误差误差 t u鉴别特性鉴别特性回波回波前波门形成前波门形成减法器减法器积分器积分器后选通门后选通门回波整形回波整形后波门形成后波门形成波门迟延波门迟延积分器积分器前选通门前选通门搜索跟踪转换搜索跟踪转换误差积分器误差积分器搜索状态：转换器由低至高输出搜索状态：转换器由低至高输出 慢变化电平，形成波门搜索，慢变化电平，形成波门搜索， 前后波门有回波输出时转入跟前后波门有回波输出时转入跟 踪踪跟踪状态：转换器输出距离跟踪跟踪状态：转换器输出距离跟踪 电平，时间鉴别器输出距离跟电平，时间鉴别器输出距离跟
93、 踪误差，经积分后驱动波门移踪误差，经积分后驱动波门移 动动6.4 6.4 数字式自动测距器数字式自动测距器6.4.1 6.4.1 数字测距原理数字测距原理脉冲计数测距脉冲计数测距 计数脉冲产生器 距离计数器 距离（前/ /后沿）锁存器 中值计算器 目标距离输出6.4.2 6.4.2 数字式自动跟踪数字式自动跟踪模拟模拟/ /数字混合跟踪数字混合跟踪 前波门计数器 跟踪波门产生器 距离计数器 比较器1 1 前波门产生 减法器 后波门计数器 跟踪距离累加器 跟踪距离累加器 比较器2 2 后波门产生 6.4.3 6.4.3 自动搜索和截获自动搜索和截获 搜索状态：距离跟踪累加器自动增加，前后波门计
94、数器有输出时，转入跟踪状态 跟踪状态：距离跟踪累加器按照距离误差修订跟踪距离6.4.4 6.4.4 提高跟踪精度的方法提高跟踪精度的方法 提高计数脉冲频率（时间量化精度）0距离脉冲距离脉冲回波脉冲回波脉冲回波回波脉冲脉冲前波门前波门后波门后波门计数计数脉冲脉冲前波门前波门后波门后波门7 7、目标角度的测量、目标角度的测量7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.4 7.4 三坐标雷达三坐标雷达7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法7.1 7.1 概述概述7.1.1 7.1.1 雷达测角的基本
95、原理雷达测角的基本原理 利用雷达天线的方向性（对不同方向电磁波的振幅、相位响应差别）目前主要是利用振幅特性7.1.2 7.1.2 天线的振幅方向图天线的振幅方向图雷达天线对不同方向电磁波的振幅响应特性描述余弦函数：描述主瓣特性，忽略旁瓣，解析性差高斯函数：主瓣描述较好，旁瓣偏差较大，解析性好sinc函数：主、旁瓣描述均较好，解析性较差双程方向图特性是单程方向图特性的二次方(收发之间时间短，方向基本不变)7.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较7.2.1 7.2.1 相位法测角相位法测角单平面测角基本原理系统组成 中放1 1输出信号：中放2 2输出信号：相位检波输出与测角处理：测角误差与
96、多值性：无模糊测角要求 最大无模糊测角范围测角误差 =0=0 法方向方向精度最好， =90=90 方向不可测，d/d/ 越大精度越高但无模糊范围越小解决精度与无模糊范围的矛盾：多基线相位法测向d 天线天线1增益控制增益控制中放中放2LNA/混频混频2本振本振相位相位检波检波信号信号处理处理中放中放1LNA/混频混频1天线天线27.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较7.2.1 7.2.1 相位法测角相位法测角多基线测角每条基线向的无模糊相位： 分别为基线长度与来波方向，实际测量为有模糊相位( (测量相位输出在 ， 范围内) )： 一般保证最短基线没有相位模糊测角处理( (解模糊并作相位
97、校正) )角度估计( (只用最长基线或全部基线) )d12d13天线天线1接收机接收机1相位相位测量测量信号信号处理处理天线天线2天线天线3接收机接收机2接收机接收机37.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较该算法可减小相位测量误差对测角精度的影响为：举例：某雷达采用3基线相位法测角，各基线长度分别为2cm，10cm，50cm，波长为5cm如果目标处于30 方向，试求：1.各基线输出回波信号的无模糊相位和有模糊相位 2.如果各路测量电路的相位误差分别为23 ，-21 ，15 ，则方向估计值为多少？解：1.各基线测量的无模糊相位 有模糊相位 2.有误差条件下的无模糊相位有模糊相位解模糊计
98、算 角度估计7.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较7.2.2 7.2.2 振幅法测角振幅法测角最大信号法 以天线扫描中接收信号功率最大/ /两侧功率相等的方向作为目标方向最大信号测角两侧功率测角 最大信号方向示意图 两侧功率相等方向示意图 特点：只需要一个接收调道，系统组成简单天线扫描一个周期，获得一次目标角度测量值目标幅度起伏影响测量精度，误差较大，随机误差均方根值：不便于自动跟踪检测门限检测门限 1 2检测门限检测门限扫描天线扫描天线接收机接收机(输出脉冲包络输出脉冲包络)门限检测门限检测幅度测量幅度测量测角处理测角处理7.2 7.2 测角方法及其比较测角方法及其比较7.2.2
99、7.2.2 振幅法测角振幅法测角等信号法以两同时波束接收信号功率相等的方向作为目标方向 等信号法测角示意图假设目标偏离等信号方向的夹角为 天线1 1方向图天线2 2方向图天线方向图满足对称性： ，等信号方向是指当 时，目标所在方向为等信号方向特点：需要同时有多个接收波束和接收通道，并要求幅相一致，系统复杂只需要一个脉冲就能测量目标方向，原理上可不受目标幅度起伏的影响，测角精度高(0.1(0.1密位) )，便于自动跟踪 天线天线1接收机接收机2天线天线2测角测角处理处理幅度测量幅度测量门限检测门限检测接收机接收机1幅度测量幅度测量 0-F1()F2() 7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束
100、的扫描方法7.3.1 7.3.1 波束形状和扫描方法波束形状和扫描方法 波束形状任意时刻天线振幅方向图的几何形状扫描方法方向图指向随着时间的变化轨迹扇形波束：一维宽波束( (天线小口径方向) )，另一维窄波束( (天线大口径方向) )扫描方法：主要在窄波束维进行波束扫描，有：圆周、扇形、线性扫描针状波束：两维窄波束（天线两维大口径，圆抛物面天线，平面天线等）扫描方法：在两维角空间扫描（光栅、螺线、圆锥、随机）7.3.2 7.3.2 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法驱动天线波束扫描的物理方法机械扫描：依靠天线馈源、反射体、底座的机械运动形成波束指向的扫描特点：机械惯性和震动大，扫描速度慢，机
101、械运动体越大越严重，指向连续变化，可变性能差，单馈源或少量馈源，成本低电扫描： 控制天线阵元收发信号的频率、相位形成扫描，称为频扫或相扫特点：无机械运动，扫描速度快，与天线尺寸重量无关，指向控制灵活，但均为阵列天线，馈源数较大，可靠性好，成本高机电混合扫描：两维分别为机扫和电扫；大范围机扫小范围电扫7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.3 7.3.3 相位扫描相位扫描基本原理 天线孔径远小于目标距离，近似为平面电磁波，各馈源接收信号电场强度近似为： 经过移相、合成输出 当 时，所在 0 0方向的电场强度达到最大信号归一化方向图： 馈源馈源0 移相移相(N-1) 移相移相2
102、 移相移相 移相移相0馈源馈源N-1馈源馈源2馈源馈源1dd 根据需要的波束指向根据需要的波束指向 0设置相移量设置相移量 可实现波束可实现波束的扫描的扫描7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.3 7.3.3 相位扫描相位扫描栅瓣问题 除给定方向F(F( 0 0)=1)=1以外，其他方向出现F(F( )=1)=1，则称为栅瓣，造成发射功率损失和测角模糊。不出现栅瓣条件：例如： 0max0max=60=60 时，d/d/ 1/(1+sin601/(1+sin60 )=0.536)=0.536波束宽度 在最大波束指向 0 0 两侧特定的角度范围0 0 方向的半功率波束宽度：任
103、意方向 0 0 的半功率波束宽度：波束宽度随波束偏离宽度增加 两维扫描时的天线增益：上例中当上例中当 0=60 时，时， 0.5=1.92 /cos60 =3.84 例如：例如：d/ =0.53，N=50，在，在0 方向方向的波束宽度为：的波束宽度为： 0.5s=0.886/0.53/50=0.0336=1.92 7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.3 7.3.3 相位扫描相位扫描相扫天线的带宽 由于相移与频率、波束指向的关系，当信号带宽增加时波束将发生主瓣展宽、增益降低，甚至波束指向的偏差，阵面越大、频带越宽，影响越严重，可通过计算求解和预先校正，一般要求相对带宽10
104、%10%相扫天线的馈电方式光学（空间）馈电系统：单广角馈源，由空间移相阵列( (透镜/ /反射镜) )实现波束合成特点：无需功率分配网络，移相阵较复杂，机械尺寸精度高，较少使用强制馈电 将一个强功率源的输出通过功率分配网络给每一个移相器实现波束合成 单广角单广角馈源馈源移相阵移相阵(透镜透镜)单广角单广角馈源馈源短路移相阵短路移相阵(反射镜反射镜)射频源射频源耦合耦合0移相器移相器耦合耦合1移相器移相器耦合耦合N-1移相器移相器匹配匹配负载负载端馈电端馈电/(串行馈电串行馈电)常用波导隙缝耦合器常用波导隙缝耦合器7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.3 7.3.3 相位扫
105、描相位扫描有源阵 将小功率信号源的输出通过功率分配网络给每一个收发转换/ /放大/ /移相器(T/R(T/R组件) )，实现波束合成发射状态：射频源信号经收发开关、移相器、收发开关、激励放大、功放、大功率收发开关，由馈源辐射输出接收状态：馈源接收信号经限幅器、低噪放、收发开关、移相器、收发开关至波束合成和接收机移相器：主要采用3 3 5bit5bit数字固态移相器，量化单位454511.2511.25 ，计算后四舍五入。 射频源射频源分路分路分路分路分路分路移相器移相器0移相器移相器N-1中心馈电中心馈电(并行馈电并行馈电)常用微波常用微波网络完成网络完成大功率大功率收发开关收发开关功放功放移
106、相器移相器收发收发开关开关激励放大激励放大收发收发开关开关限幅器限幅器低噪放低噪放至波束合成至波束合成来自射频源来自射频源7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.3 7.3.3 相位扫描相位扫描相位数字量化引起的增益分析 各实际信号对理想合成方向的功率增益贡献各量化误差独立、在- /2/2B B, , /2/2B B 同均匀分布，量化误差时合成功率增益的平均值例如B=3B=3 5 5时的平均增益分别为：引起的旁瓣电平变化： ，例如B=3B=3，N=10N=10，旁瓣电平增量为引起的波束指向相对偏差： ，例如B=3B=3，5 5时，相对指向偏差 该指向偏差一般是可接受的，必要
107、时可预先校准 理想的合成信号矢量方向理想的合成信号矢量方向实际的信号矢量方向实际的信号矢量方向i7.3 7.3 天线波束的扫描方法天线波束的扫描方法7.3.4 7.3.4 频率扫描频率扫描基本原理合成前各馈源接收信号： 分别为单位线长差和馈线内的相波长。合成天线方向图： 频率与波束指向的关系：频扫雷达根据需要的波束指向选择相应的信号频率。例如：某频扫雷达l=15cm,m=3,l=15cm,m=3,d=2cm,k=1.1,d=2cm,k=1.1,试选择其波束在0 0 、1515 、3030 指向时的工作频率解： 线长线长0线长线长1线长线长N-1 7.4 7.4 三坐标雷达三坐标雷达7.4.1
108、7.4.1 引言引言能够同时测量目标R,R, , , 或等效3 3维坐标数据的雷达称为三坐标雷达。 給定仰角 时的搜索角空间: : 在 minmin, , maxmax 范围内的搜索角空间： 搜索波束立体角： 为两维波束宽度的乘积 完成空间搜索需要的时间( (用椭圆的内切矩形角拼接复盖) )： 数据率： 例如：某三座标雷达在全方位、仰角例如：某三座标雷达在全方位、仰角535 范围内以波束宽度范围内以波束宽度33 搜索搜索目标，重复周期目标，重复周期1ms，积累数，积累数9，求其数据率，求其数据率解：解：提高数据率措施：减小搜索范围，增加波束宽度，减小积累时间。提高数据率措施：减小搜索范围，增加
109、波束宽度，减小积累时间。7.4 7.4 三坐标雷达三坐标雷达7.4.2 7.4.2 三坐标雷达三坐标雷达单波束三坐标雷达 以针状波束作两维扫描 扫描方式： 两维机扫，频扫+机扫，两维相扫，相扫+机扫等体制多波束三坐标雷达 以一维或两维多波束同时复盖一定的角度范围，目前主要采用数字波束合成技术(DBF)DBF:采用阵列天线，以宽波束发射复盖需要探测的空间，对各阵元输出信号进行数字量化后进行波束合成馈源馈源0 接收接收N-1接收接收2接收接收1接收接收0馈源馈源N-1馈源馈源2馈源馈源1dd KKFk()k7.4 7.4 三坐标雷达三坐标雷达7.4.3 7.4.3 多波束形成技术多波束形成技术 接
110、收机组成 离散DBFDBF处理： 分别为各通道复采样信号，波束加权值，各波束指向，波束合成后的离散输出信号：DBFDBF可极大提高雷达的探测能力，特别是数据率。 馈源馈源0收发开关收发开关/保护器保护器LNA混频滤波混频滤波/中放中放相检相检/LPF/ADC馈源馈源N-1收发开关收发开关/保护器保护器LNA混频滤波混频滤波/中放中放相检相检/LPF/ADCDBF波束波束合成合成处理处理开关控制开关控制本振与增益控制本振与增益控制相参振荡相参振荡7.4 7.4 三坐标雷达三坐标雷达7.4.4 7.4.4 高度测量高度测量通过测量目标距离和仰角解算目标高度例如：雷达天线高度例如：雷达天线高度300
111、m，测得目标仰角，测得目标仰角15 ，距离，距离200km，则可求得目标高度为，则可求得目标高度为7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法检测到目标后自动测量目标角度称为自动测角实时提供目标角度数据，并且连续测报目标角度数据称为自动角跟踪7.5.1 7.5.1 圆锥扫描自动测角系统圆锥扫描自动测角系统测角原理照射到目标的信号接收到目标的回波信号等信号等信号方向方向 0 锥扫锥扫天线天线收发收发开关开关发射机发射机混频混频选通中放选通中放中放中放 锥扫信号产生锥扫信号产生方位方位/仰角伺服仰角伺服本振本振增益控制增益控制 包络检波目标检测距离跟踪包络检波目标检测距离跟踪方位相位检
112、波方位相位检波 包络检波包络检波/ /放大放大/ /峰值检波峰值检波/ /放大放大/ /滤波滤波 误差积分驱动误差积分驱动 高低相位检波高低相位检波 误差积分驱动误差积分驱动 7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法7.5.1 7.5.1 圆锥扫描自动测角系统圆锥扫描自动测角系统回波信号经过混频、中放，频率迁移到中频包络检波输出 在 处检测到目标，形成距离跟踪波门，选通中放只对波门内信号放大输出，再经过包络检波/ /放大/ /峰值检波输出对天线方向图函数展开泰勒近似：经过放大/ /滤波去除直流和 的高次项，输出：由锥扫信号产生电路提供两个锥扫参考信号：与输出信号进行方位角和高低
113、角跟踪误差相位检波和误差积分( (输出误差信号支流分量) )方位角、高低角误差电压：驱动天线向误差减小的方向运动跟踪过程：首先距离检测目标，距离跟踪目标，角度选通目标，角度跟踪目标7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法7.5.2 7.5.2 单脉冲自动测角系统单脉冲自动测角系统振幅和差单脉冲天线1 1收发信号天线2 2收发信号和波束发射信号和波束接收信号差波束接收信号组成0-天线1天线2目标4波束波束天线天线和差和差波束波束形成形成收发收发开关开关发射机发射机和混频和混频中放中放 混频混频 混频混频 中放中放中放中放 方位方位/仰角仰角机械伺服机械伺服本振本振增益控制增益控制
114、 相位检波相位检波 相位检波相位检波 峰值检波峰值检波/ /放大积分驱动放大积分驱动 峰值检波峰值检波/ /放大积分驱动放大积分驱动 7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法7.5.2 7.5.2 单脉冲自动测角系统单脉冲自动测角系统信号处理过程接收和波束信号接收差波束信号混频输出和信号混频输出差信号利用和信号控制中放增益( (按照 对幅度归一化) )中频输出和信号中频输出差信号相位检波输出：峰值检波输出：结论：振幅和差单脉冲雷达的角误差信号极性取决于角偏差方向，绝对值取决于偏差大小。 7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法相位和差单脉冲 各天线具有相同的振幅
115、方向图，但相位中心之间具有距离d d，单平面上两天线接收信号分别为：经和差形成网络后 波束波束天线天线和差和差波束波束形成形成收发收发开关开关发射机发射机 混频混频 混频混频 选通选通中放中放中放中放 角度角度机械伺服机械伺服本振本振增益控制增益控制 相位检波相位检波 峰值检波峰值检波/ /放大积分驱动放大积分驱动 包络检波包络检波/ /视放视放/ /距离检测距离检测/ /跟踪跟踪 7.5 7.5 自动测角的原理和方法自动测角的原理和方法经过混频、中放和距离检测跟踪、选通中放输出 经过9090 移相和相位检波输出经过峰值检波、放大、积分输出7.5.3 7.5.3 圆锥扫描系统与单脉冲系统的比较
116、圆锥扫描系统与单脉冲系统的比较角度跟踪精度单脉冲优于1 1个数量级，约为0.10.1密位天线增益和作用距离单脉冲和增益高，脉冲积累数多，作用距离远角信息的数据率单脉冲远高于圆锥扫抗干扰能力单脉冲很强复杂程度单脉冲略高8 8、目标速度的测量、目标速度的测量8.1 8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用多卜勒效应及其在雷达中的应用8.2 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成8.3 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径8.4 8.4 回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器8.5 8.5 动目标显示雷达的工
117、作质量及质量指标动目标显示雷达的工作质量及质量指标8.6 8.6 动目标检测动目标检测8.7 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统8.8 8.8 速度测量速度测量8.1 8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应多卜勒效应及其在雷达中的应用用 目标径向运动引起雷达接收信号相对于发射信号的频率迁移，称为多卜勒效应目标径向运动引起雷达接收信号相对于发射信号的频率迁移，称为多卜勒效应fdTrtr8.1.1 8.1.1 多卜勒多卜勒效应效应发射信号全相位与频率发射信号全相位与频率接收信号全相位与频率接收信号全相位与频率信号频率差（多卜勒频率）：信号频率差（多卜勒频率）：8.1.2 8.1.2 多卜
118、勒信息的提取多卜勒信息的提取连续波多卜勒雷达相位检波输出连续波多卜勒雷达相位检波输出 发射天线发射天线定向耦合器定向耦合器连续波发射机连续波发射机接收天线接收天线混频器混频器滤波和放大器滤波和放大器频率测量频率测量直接提取频差，单目标输出为频率直接提取频差，单目标输出为频率 的正弦波，多目标输出为多频的正弦波，多目标输出为多频 的正弦波叠加的正弦波叠加脉冲多卜勒雷达相位检波输出脉冲多卜勒雷达相位检波输出天天线线收发开关收发开关发射机发射机时频基准时频基准保护器保护器/ LNA/混频器混频器中放中放/相位检波相位检波ADC处理处理机机相当于用脉冲对连续波多卜勒雷达滤波输出正弦波的取样，取样周期为
119、脉冲重复周期，取样时间迟延为目标距离相当于用脉冲对连续波多卜勒雷达滤波输出正弦波的取样，取样周期为脉冲重复周期，取样时间迟延为目标距离迟延，取样时间宽度为脉冲宽度。固定目标回波信号的取样为等幅脉冲串，运动目标回波信号的取样为变极性、迟延，取样时间宽度为脉冲宽度。固定目标回波信号的取样为等幅脉冲串，运动目标回波信号的取样为变极性、幅度的脉冲串。幅度的脉冲串。8.1 8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应多卜勒效应及其在雷达中的应用用8.1.3 8.1.3 盲速和频闪盲速和频闪 仅在脉冲多卜勒雷达中，由于不满足取样定理所产生的现象盲速条件：多卜勒频率为重复频率的整数倍，使所有的样点都出现在正弦波的同一
120、个相位点上，造成运动目标回波的相位检波输出也成为等幅脉冲串；频闪： 在不同多卜勒频率下的相位检波输出采样值相同（多值性或频率模糊）。8.2 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成8.2.1 8.2.1 基本工作原理基本工作原理利用固定目标与运动目标回波在相位检波后的波形差别，消除固定目标回波，保留运动目标回波利用固定目标与运动目标回波在相位检波后的波形差别，消除固定目标回波，保留运动目标回波8.2.2 8.2.2 获得相参振荡电压的方法获得相参振荡电压的方法相参振荡电压的作用：给相位检波器提供频率、相位准确、稳定的基准信号中频全相参方式连续波振荡器 上变频
121、器 中频相参振荡器本振、中频相参振荡均采用稳定振荡器，没有频率调谐跟踪的过程，信号质量高，普遍采用锁相相参方式发射脉冲信号 混频器 稳定本振 中频锁相振荡器 中频锁相振荡器仅在发射信号存在期间锁相，距发射时间越长频率偏移越大，旧雷达改造8.2.3 8.2.3 消除固定目标回波消除固定目标回波一阶模拟相消器 传输函数频率响应 相检输出 迟延T Tr r 相减一阶数字相消器 是模拟相消器的数字实现，数字迟延方便 本振发射相参振荡本振发射相参振荡f0fr2fr28.3 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径8.3.1 8.3.1 盲速盲速解决途径：n n重频参差n n参差若
122、有 对消 为互质正整数滤波器则最小盲速频率为 8.3.2 8.3.2 盲相盲相点盲相：由于正弦函数在周期内的双值性，当运动目标相邻脉冲的相检输出恰为同值点时，造成对消输出为零，称为点盲相（只损失个别点）。连续盲相：P272P272图8.168.16，由于运动目标与强杂波回波叠加，合成信号矢量的相位变化很小，且杂波相位处于相检不敏感位置（正弦波导数为零处）时，输出变化很小，造成对消输出为零，称为连续盲相（只要该杂波存在即发生连续损失）。解决方法：正交双通道处理，利用正、余弦函数周期内的双值位置、相位不敏感位置不重合的特点，同时消除点盲相和连续盲相。Trn-1Trn-2Tr1nn-1n-21Si(
123、t)So(t)8.4 8.4 回波、杂波的频谱及动目标显示滤波回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器器8.4.1 8.4.1 目标回波和杂波的频谱特性目标回波和杂波的频谱特性点目标回波的频谱特性 假设天线不扫描，连续等幅视频脉冲串： 可按级数展开频谱： 加入载波，频谱为 收发天线扫描函数 ， 固定目标回波频谱 运动目标回波频谱 由于天线扫描很慢，其谱宽远小于 8.4 8.4 回波、杂波的频谱及动目标显示滤波回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器器杂波的谱特性高斯谱由于杂波为大量散射点运动的集合，一般采用高斯谱描述 各种杂波频谱的 v v：P279P279表8.18.1全极点谱运动杂波的谱 雷达设备的各
124、种不稳定因素引起的谱展宽8.4 8.4 回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器回波、杂波的频谱及动目标显示滤波器8.4.2 8.4.2 动目标显示滤波器动目标显示滤波器理想的动目标显示滤波器对于动目标与杂波谱的未知和起伏特性，采用各种算法适应补偿 -1-1k1Z-1无反馈型无反馈型有反馈型有反馈型Z-1-ka1Z-1有反馈型有反馈型Z-1无反馈型无反馈型Z-1一次相消器一次相消器Z变换与傅氏变换的关系：变换与傅氏变换的关系：二次相消器二次相消器Z-1a2b1b2高次相消器高次相消器a1一般型一般型Z-1Z-1anb1bnZ-1抑制运动杂波的滤波器抑制运动杂波的滤波器或将输入移频或将输入移频 0后再
125、对消后再对消8.5 8.5 动目标显示雷达的工作质量及质量指动目标显示雷达的工作质量及质量指标标1.1.改善因子改善因子2.2.杂波中的可见度杂波中的可见度输出杂波功率具有可加性：输出杂波功率具有可加性：改善因子具有可分配性改善因子具有可分配性是输出与输入信杂比的比值，也是信号与杂波频率的函数，常用分贝表示。是输出与输入信杂比的比值，也是信号与杂波频率的函数，常用分贝表示。表现雷达可在何种杂信比下观测运动目标。表现雷达可在何种杂信比下观测运动目标。是检测动目标所需要的最小信杂比。是检测动目标所需要的最小信杂比。对系统改善因子影响最大的是各分系统中改善因子最小的单元。对系统改善因子影响最大的是各
126、分系统中改善因子最小的单元。3.3.主要影响因素主要影响因素发射发射/ /本振本振/ /定时定时/ /脉宽等时频基准不稳，杂波谱的展宽，量化噪声等脉宽等时频基准不稳，杂波谱的展宽，量化噪声等8.6 8.6 动目标检测动目标检测相对于相对于MTIMTI的改进：的改进：1.1.增大信号处理的线性动态范围增大信号处理的线性动态范围2.2.采用多卜勒滤波器组，逼近最佳滤波采用多卜勒滤波器组，逼近最佳滤波3. 3. 能够抑制固定和运动杂波能够抑制固定和运动杂波4.4.增加杂波图增加杂波图解决的方法：解决的方法：1.1.采用较高的量化位数，建立杂波图控制接收增益采用较高的量化位数，建立杂波图控制接收增益2
127、.2.采采用用适适当当加加窗窗的的FFTFFT滤滤波波器器组组，抑抑制制付付瓣瓣；使使用用全全部部的的积积累累时时间间，改改善善频频谱分辨能力谱分辨能力3.3.对固定和运动杂波进行对消（陷波）处理对固定和运动杂波进行对消（陷波）处理4.4.建立和维护杂波图建立和维护杂波图8.7 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统应用需求：应用需求：机机载载下下视视雷雷达达天天线线扫扫描描情情况况下下，主主瓣瓣杂杂波波的的中中心心频频率率和和谱谱宽宽随随载载机机运运动动速速度度、方方向向、下下视视角角、地地海海面面杂杂波波条条件件等等变变化化。此此外外还还有有高高度度线线杂杂波等。需要针对杂波谱中
128、心和谱宽进行自适应滤波。波等。需要针对杂波谱中心和谱宽进行自适应滤波。处理方法：处理方法：1. 1. 对对杂杂波波谱谱中中心心进进行行速速度度补补偿偿，将将非非零零谱谱中中心心频频移移到到零零频频或或者者直直接接对对非非零谱进行陷波零谱进行陷波2. 2. 估计杂波谱（协方差矩阵），对杂波谱进行白化滤波估计杂波谱（协方差矩阵），对杂波谱进行白化滤波8.8 8.8 速度测量速度测量连续波雷达测速连续波雷达测速脉冲雷达测速脉冲雷达测速系统系统组成组成系统系统组成组成发射天线发射天线发射机发射机频率综合器（基准）频率综合器（基准）测速精度为测量时间的倒数测速精度为测量时间的倒数接收天线接收天线混频器混
129、频器中放中放/滤波滤波相位检波相位检波多卜勒多卜勒信号信号处理处理f0f0+fif0+fdfi-fdfifd收发收发天线天线波束波束合成合成收收发发开开关关发射机发射机脉冲调制器脉冲调制器频率综合器频率综合器混混频频器器中放中放滤波滤波选通选通相位相位检波检波对消对消距离距离/多卜勒检测多卜勒检测角度测量角度测量目目标标信信息息处处理理伺服系统伺服系统f0frf0+fififi-fdfd9 9、连续波雷达、连续波雷达9.1 9.1 简单连续波雷达简单连续波雷达9.2 9.2 调频连续波雷达调频连续波雷达9.3 9.3 相位编码连续波雷达相位编码连续波雷达9.1 9.1 简单连续波雷达简单连续波
130、雷达 组成组成收发天线收发天线环行器环行器连续波发射机连续波发射机自混频器自混频器低噪声低频放大器低噪声低频放大器ADC信号处理信号处理接收天线接收天线发射天线发射天线发射机发射机频率源频率源混频混频/滤波滤波中放中放正交正交变频变频滤波滤波双路双路ADC信号处理信号处理f0f0+fdfdf0f0+fif0+fdfi-fdfifd应用应用交通交通/ /体育体育/ /车辆等测速，一般不需要距离信息车辆等测速，一般不需要距离信息无线电多卜勒引信，利用目标的着地角启动引爆无线电多卜勒引信，利用目标的着地角启动引爆环境监视，监测环境中的动目标，发出报警信号环境监视，监测环境中的动目标，发出报警信号9.
131、2 9.2 调频连续波雷达调频连续波雷达 组成组成发射天线发射天线发射机发射机频率源频率源接收天线接收天线混频器混频器滤波中放滤波中放ADC信号信号处理处理f(t)f(t)+fif(t-2R/c)+fd信号处理信号处理正程频差正程频差逆程频差逆程频差距离测量距离测量速度测量速度测量应用应用近程目标探测、跟踪，边防近程目标探测、跟踪，边防/ /机场机场/ /战场前沿警戒，汽车防撞等战场前沿警戒，汽车防撞等9.3 9.3 相位编码连续波雷达相位编码连续波雷达 组成组成发射天线发射天线发射机发射机频率源频率源接收天线接收天线混频器混频器滤波中放滤波中放ADC/信号处理信号处理f(t)f(t)+fif
132、(t-2R/c)+fd应用应用近程固定和低速目标探测、跟踪，港口近程固定和低速目标探测、跟踪，港口/ /码头码头/ /海面监视海面监视压缩滤波压缩滤波N t 抽抽 头头 迟迟 延延 线线 c0c1CN-1输入输入输出输出压缩滤波压缩滤波10. 10. 脉冲多普勒雷达脉冲多普勒雷达10.110.1脉冲多卜勒雷达的特点及应用脉冲多卜勒雷达的特点及应用10.210.2机载下视雷达的杂波谱机载下视雷达的杂波谱10.310.3典型脉冲多卜勒雷达组成和原理典型脉冲多卜勒雷达组成和原理10.110.1脉冲多卜勒雷达的特点及应脉冲多卜勒雷达的特点及应用用特点特点1.足够高的脉冲重复频率，无速度测量模糊足够高的
133、脉冲重复频率，无速度测量模糊2.能实现对脉冲串频谱中单根谱线的滤波能实现对脉冲串频谱中单根谱线的滤波3.采用主振放大式发射机采用主振放大式发射机应用应用1.1.机载预警机载预警降低地海气象杂波的影响，作用距离远，动目标检测能力强降低地海气象杂波的影响，作用距离远，动目标检测能力强2.2.机载截击机载截击动目标检测能力强，作用距离远，便于引导远程攻击动目标检测能力强，作用距离远，便于引导远程攻击3.3.导弹寻的导弹寻的速度检测、分辨、识别和跟踪能力强，距离要求低速度检测、分辨、识别和跟踪能力强，距离要求低4.4.地面武器控制地面武器控制 动目标检测、分辨、识别和跟踪能力强动目标检测、分辨、识别和
134、跟踪能力强5.5.交通监理交通监理速度检测、识别和测量精度高，距离精度一般速度检测、识别和测量精度高，距离精度一般6.6.气象监测气象监测具有慢速运动目标检测、测量和跟踪能力具有慢速运动目标检测、测量和跟踪能力10.210.2 机载下视雷达的杂波谱机载下视雷达的杂波谱典型杂波谱典型杂波谱旁瓣杂波旁瓣杂波高度线杂波高度线杂波主瓣杂波主瓣杂波f0fr旁瓣杂波旁瓣杂波 来源于雷达天线的旁瓣辐射，基本对称均匀分布，来源于雷达天线的旁瓣辐射，基本对称均匀分布， 总功率总功率PS高度线杂波高度线杂波 来源于垂直打地的旁瓣和发射泄漏，能量较大，谱宽较窄，中心一般为来源于垂直打地的旁瓣和发射泄漏，能量较大，谱
135、宽较窄，中心一般为0频频主瓣杂波主瓣杂波 来源于雷达天线主瓣照射的地海面散射，中心来源于雷达天线主瓣照射的地海面散射，中心 谱宽取决于主瓣方位谱宽取决于主瓣方位仰角波束宽度（远小于旁瓣谱宽），总功率一般为仰角波束宽度（远小于旁瓣谱宽），总功率一般为PS+1015dB，是影响，是影响PD雷达检测性能雷达检测性能的主要杂波的主要杂波10.310.3典型脉冲多卜勒雷达组成和原理典型脉冲多卜勒雷达组成和原理 收收发发天天线线收收发发开开关关放大链放大链频率综合器频率综合器限幅限幅LNA混频混频滤波滤波中放中放增益控制增益控制相位检波相位检波高度线高度线杂波对消杂波对消主瓣杂波主瓣杂波对消对消ADC距离
136、距离选通选通缓存缓存并行并行FFT滤波滤波器组器组求功率求功率CFAR门限门限检测检测天线伺服机构与指向信息输出天线伺服机构与指向信息输出距离解模糊距离解模糊/角度测量角度测量/信号处理与控制信号处理与控制数据缓存数据缓存组成组成n n为检测的有模糊距离单元数为检测的有模糊距离单元数m m为积累的脉冲数为积累的脉冲数并行并行FFTFFT滤波器组滤波器组1111、相控阵雷达、相控阵雷达 组成组成天线天线与与馈电馈电网络网络发射调制激励发射调制激励LNA/混频混频/滤波滤波/中放中放频率综合器频率综合器包络检波包络检波/ADC相位检波相位检波/ADC波束扫描控制波束扫描控制综合信号处理综合信号处理
137、特点特点1.1.发射功率大发射功率大(P(Pt t=np),=np),天线增益高天线增益高(G=ng)(G=ng)，波束灵活，适于多任务、多目标、多功能，旁瓣低，波束灵活，适于多任务、多目标、多功能，旁瓣低， 可靠性高，抗干扰性能好可靠性高，抗干扰性能好2.2.扫描范围有限，体积较大，结构复杂，成本较高扫描范围有限，体积较大，结构复杂，成本较高 应用应用1.1.远程预警探测、跟踪（远程预警探测、跟踪（GBR SBRGBR SBR、铺路爪等）雷达、铺路爪等）雷达2.2.机载机载/ /舰载舰载/ /车载搜索、跟踪、制导等多功能雷达（车载搜索、跟踪、制导等多功能雷达（APG79APG79、SPY-1
138、SPY-1、PAC-IIIPAC-III等）等）1212、数字阵列雷达、数字阵列雷达 组成组成 阵列天线阵列天线TR模块模块LNA/混频混频/滤波滤波/中放中放频率综合与分配网络频率综合与分配网络发射激励与分配网络发射激励与分配网络接收接收ADC阵列与数字信号处理机阵列与数字信号处理机放大放大TR开关开关特点特点1.1.是相控阵雷达的进一步发展，可全面取代相控阵，同时自适应多波束并行处理是相控阵雷达的进一步发展，可全面取代相控阵，同时自适应多波束并行处理2.2.硬件资源量巨大，目前只用在小阵面或一维阵面硬件资源量巨大，目前只用在小阵面或一维阵面DBFDBFTR模块模块相位检波相位检波/视放视放
139、混频混频/滤波滤波/功放功放基带相移基带相移至天线阵元至天线阵元发射激励发射激励分配网络分配网络频率综合本振频率综合本振至接收至接收ADC相干本振相干本振TRTR模块模块1313、脉冲压缩雷达、脉冲压缩雷达 特点特点1.通过扩展带宽改善距离分辨，扩展时宽改善速度分辨通过扩展带宽改善距离分辨，扩展时宽改善速度分辨2.改善了检测信噪比，提高了威力范围和抗干扰能力改善了检测信噪比，提高了威力范围和抗干扰能力3.广泛用于各种类型和功能的雷达广泛用于各种类型和功能的雷达具有线性调频、非线性调频、相位编码等形式，只是发射信号经过脉冲压缩调制，具有线性调频、非线性调频、相位编码等形式，只是发射信号经过脉冲压
140、缩调制，接收信号经过脉冲压缩解调。近年来一般采用接收信号经过脉冲压缩解调。近年来一般采用DDSDDS调制和数字压缩解调处理。调制和数字压缩解调处理。相位累加器相位累加器频率累加器频率累加器正弦函数表正弦函数表DAC斜率设置斜率设置初始频率设置初始频率设置调制相位设置调制相位设置基带脉压信号输出基带脉压信号输出D触发器迟延线（卷积滤波器）触发器迟延线（卷积滤波器）X(n)S*(0)S*(N-2)S*(N-1)解调输出解调输出1414、双基地雷达、双基地雷达 雷达发射站雷达发射站与发射天线与发射天线雷达接收站雷达接收站与接收天线与接收天线目标目标R1R2双基地雷达方程双基地雷达方程特点特点1.1.
141、收发天线的扫描需要紧密配合，数据率低于单基地雷达，或者尽可能采用收发天线的扫描需要紧密配合，数据率低于单基地雷达，或者尽可能采用宽波束发射天线和宽波束发射天线和DBFDBF接收天线接收天线2.2.目标定位需要通过解算，且受测向精度影响，定位精度低于单基地雷达目标定位需要通过解算，且受测向精度影响，定位精度低于单基地雷达3.3.可使用多种发射源，进行非协作相干定位可使用多种发射源，进行非协作相干定位4.4.有利于反隐身，有利于对抗方向瞄准干扰，有利于对抗反辐射导弹有利于反隐身，有利于对抗方向瞄准干扰，有利于对抗反辐射导弹例如：例如：P Pt t=100KW=100KW，G Gt t=20dB=2
142、0dB， G Gr r=30dB=30dB， =10cm=10cm， =1m=1m2 2，S Siminimin=-120dBm=-120dBm，解得，解得d12定位定位1515、合成孔径雷达、合成孔径雷达成像原理成像原理 目标点目标点m m的径向速度：的径向速度： 张角张角： 初始切向距离：初始切向距离： 多卜勒频率：多卜勒频率： 波束宽度：波束宽度： 孔径长度：孔径长度： 成像时间：成像时间： 频率分辨：频率分辨： 条带分辨数：条带分辨数： 条带分辨力：条带分辨力： Dm1515、合成孔径雷达、合成孔径雷达 组成组成收发收发天线天线收发收发开关开关放大链放大链调制器调制器频率源频率源限幅限幅/LNA/滤波滤波/混频混频/中放中放相位检波相位检波/ADC成像信号处理成像信号处理脉冲压缩脉冲压缩距离徙动补偿与条带脉冲压缩距离徙动补偿与条带脉冲压缩地面散射计算地面散射计算成像信号处理成像信号处理应用应用地形测绘，地面固定目标观测、识别地形测绘，地面固定目标观测、识别谢谢！敬请批评指正！
