在均匀大气中电磁波等速直线传播。
电磁波特殊传播(超视距情形)
电磁波经电离层反射(高频段) 、沿海面绕射(高频段)、在大气波导 (微波段)中曲线传播。
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
6
电磁波在大气层内的折射传播
地球表面的大气层分布是不均匀的。
1、大气密度、温度、湿度等参数随时间、 地点而变化，导致大气传播介质的导磁 系数和介电常数发生相应改变，引起电 波传播速度c变化。
雷达测距原理与脉冲法测距
1、雷达测距机理——测时延（单基地、双基地） 2、雷达测距物理基础——恒光速、直线传播 3、电磁波特殊传播特性及其应用
电磁波在大气层内的折射传播 电磁波沿海面的绕射传播 电磁波异常传播途径的应用——超视距探测
4、雷达测距的实现方法——调幅、调频、调相 5、脉冲法测距优缺点
昼夜间大气中温度、气压及湿度的起伏 变化所引起的传播速度变化为：
c c 105
丁鹭飞，雷达原理，西电出版社，1995
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
7
2、大气介质分布的不均匀将造成电磁波非直线传播(大气折射)。 折射系数n=c/vp
折射率N=(n-1)x10
h↑—n↓—vp↑ dn/dh<0
30
设脉冲重复频率分别为fr1和fr2 (fr2>fr1)，它们都不满足无模 糊测距的要求，fr1和fr2具有公约频率为fr=fr1/N=fr2/(N+a)，其中 N, a为正整数。 常选a=1使N和N+a为互质数，且fr的选择应保证无模糊测 距，即0<tR<Tr=N*Tr1=(N+1)*Tr2。这样有 fr2=(N+1)fr=fr1+fr tR=t1+n1/fr1=t2+n2/fr2 则在0<tR<Tr范围内，n1和n2关系只可能有两种可能： n2=n1、n2=n1+1 根据获得的t1, t2值大小，可据下式计算tR及目标距离R=c*tR/2：
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
10
电磁波沿海面的地波传播
无线电波朝海面发射时，在海水表面会存在一种电磁波传播模式，称为 地波(Ground Wave)是一种表面波(Surface Wave)。垂直极化高频电磁 波在海水表面的地波传播衰减很小，而且地波在一定程度上会沿着弯曲 的地球表面传播，到达地平线以下很远的地方，即实现超视距传播。
28
脉冲法测距的解模糊方法
R 1 c(mTr t R ) 2
为了得到目标的真实距离R，必须判定测距模糊值m。为了判 别模糊，必须对周期发射的脉冲信号再加上某些可识别的标 志，通常采用的解模糊方法有： 多种脉冲重复频率法
舍脉冲法
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
29
n1=n2=0, tr=t1=t2
6、雷达测距的几个基本概念：
距离分辨力、测距范围、距离模糊 7、脉冲法测距的解模糊方法：
双/多脉冲重复频率法、舍脉冲法
雷达测距机理
测量电磁波往返雷达与目标之间的时间。 对单基地雷达，设光速为c，电磁波往返雷达与目标 的时间为TR，则目标相对雷达的距离R为：
cTR R 2
据上述公式可得1微秒(μs)对应150米(m)，式中数字2表示收 发双程。
Rmin
1 1 c( t 0 ) c 2 2
雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期决定，即
1 Tr 1 Rmax c(Tr ) Rmax cTr 2 2 当确定了雷达的最大作用距离 Rmax 后，为保证单值测距，通常选取雷达脉冲重复
周期满足下列条件：
2 Tr Rmax c2013-12源自20 哈尔滨工业大学电子工程系 21
雷达测距的几个基本概念
下面以脉冲雷达信号为例介绍几个测距的基本概念：

Tr
简单矩形脉冲波形
脉冲宽度(pulse width) ——

r
脉冲重复周期PRI (Pulse Repetition Interval) —— T 占空比(duty cycle) ——
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
11
电磁波特殊传播途径的应用
利用电磁波的特殊传播途径可实现地基/舰载雷达的超视距探测： 1、高频地波超视距雷达High Frequency Surface Wave OTH Radar 高频地波超视距雷达正是利用高频(3~30MHz)垂直极化电磁波沿海面 绕射的特性探测超视距的海面舰船和低空飞机，沿海面绕射300~400km。
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 20
脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关。在发射时，收 发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进 入接收机把高放或混频器烧毁。接收时，天线与接收机接通，并与发射机 断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失。
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 26
3、测距模糊：当回波延迟超过脉冲重复周期时，会把远目标误认为近目 标，即目标回波对应的距离为：
1 R c(mTr t R ) 2
式中 m 为非负整数， R 为接收的回波信号与最邻近发射脉冲间的延迟。 t
t0 t R Tr
还有其他多种目标定位方法，具体可参考：
M.I. Skolnik, Radar Handbook: Ch25 Bistatic Radar, 2nd edition, McGraw-Hill, 1990
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
5
雷达测距的物理基础
电磁波恒光速传播 电磁波直线传播(直视距情形)
美国Raytheon公司高频地波雷达 SWR-503的接收天线阵
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 12
2、高频天波雷达High Frequency Skywave OTH Radar 高频天波超视距雷达利用电离层对短波的反射效应，其探测距离可达 1000至4000km。
澳大利亚Jindalee高频天波雷达接收天线阵
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 9
电磁波经电离层的反射传播
利用天空的电离层折射和反射而传播的电波，也叫天波。电离层一 方面反射电波，另一方面也要吸收电波。电离层对电波的反射和吸收与 频率(波长)有关。利用短波的天波传播可实现远距离通信及目标探测，具 有两个突出特点： 一是传播距离远，同时产生中间静区地带， 二是传播不稳定，随昼夜和季节的变化而变化。
实现方法： 调幅——脉冲法测距
调频——频率法测距
调相——相位法测距
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
17
D.K. Barton et al, Radar Technology Encyclopedia, Artech House, Inc., 1998
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
双脉冲重复频率解模糊
t1<t2, n1=n2=1, tr=4t2-3t1
t1 t 2 n1 2 3 n2 f r1 f r 2 fr 3 4 t 2 f r 2 t1 f r1 1 tr f r 2 f r1
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系
4t 2 3t1 Tr
1、距离分辨力：距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分 距离，它取决于雷达信号波形。
t
t 0
r1 ( 2), r2 (0)
r1 ( ), r2 ( 2)
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
23
r1 ( ), r2 (0)
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
脉冲重复频率PRF (Pulse Repetition Frequency) —— f r 1 Tr
Tr
Pa v
峰值功率Pt与平均功率Pav ——
Pt Tr
典型中程防空雷达参数： 1s, Tr 1ms, Pt 1MW， 则占空比为1 1000，P av 1KW
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 22
18
脉冲法测距的优缺点
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
19
脉冲雷达
常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是单载频的矩形脉冲 ，按一定的(单重复周期)或交错的重复周期(参差重复周期)工作，发射一 个短脉冲相当于对电磁波打上标记以测往返时间。
单载频信号
B.R. Mahafza et al, Matlab simulations for radar systems design, Chapman & Hall/CRC, 2004
分层大气(层内均 匀，越高越稀薄)
射线通过径向分层大气时的途径 [美]杰里L. 伊伏斯等编，现代雷达原理，电子工业出版社，1991.3
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系 8
折射效应对目标位置的影响 电磁波在非均匀大气层中传播时出现的大气折射，对雷达测量的影响： 1)、改变雷达测量距离，产生测距误差。 2)、引起俯仰角测量误差。 折射的影响可采用等效地球半径法近似说明。《现代雷达原理》P60
TBMs Out to 700Km
Horizon
Line-of-Sight Propagation
Surface wave Propagation
Antiship Missiles Fighter and Small Detection and Boat Detection and Tracking at 37Km Tracking at 74Km Ship Detection and Tracking at 200Km