《雷达原理与系统》 课程复习
雷达原理及系统复习
• 什么是雷达（radar）？
Radio Detection and Ranging 无线电探测与测距 测量目标的距离、方位和仰角 测量目标的速度 提供目标的其他信息，如：形态、表面信息等
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• 雷达坐标系
球（极）坐标系
斜距R，雷达到目标的直线距离
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雷达接收机
作用：通过适当的滤波将天线上接收到的微弱高频信号从噪 声和干扰中选择出来，并经放大和检波后，送至显示器、信 号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。
超外差技术
无线电波 选频滤波
fRF
fIF
混频器
滤波
解调
解调输出 滤波
fL 本振
如图所示，当接收的电波频率fRF变化时，本振频率fL和选频滤 波器的中心频率f0= fRF能够同步改变，从而使输出的fIF固定不 变，这种技术称为外差技术，当fIF低于fRF而高于信号带宽B时 就称为超外差技术。超外差技术具有灵敏度高、选择性好、工 作稳定、中频部分可标准化雷达等原理优及系点统。复习
方向与目标所在方向的夹角60°，求目标
距离、径向速度与线速度。
v
vr
R ctr 2
fd
2vr
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vr vcos
雷达的工作频率
f =c /λ
只要是通过辐射电磁能量，利用从目标反射回来的回波 对目标探测和定位，都属于雷达系统的工作范畴。
常用雷达工作频率范围：220MHz～35GHz 天波超视距雷达（OTHR）：4MHz～5MHz 地波超视距雷达：2MHz 毫米波雷达：94GHz 雷达频段划分和对应频率－－ 书P7，表1.1
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从地面或水面的反射影响来看：水平极化的米波雷达， 由于地面反射，波瓣分裂；地面反射对厘米波影响较小， 故中等作用距离的引导雷达均采用厘米波段。
从杂波干扰的影响来看：在目标（飞机）与云、雨相混 的情况下，由于飞机的尺寸远大于水滴的尺寸，依目标 的反射特性，采用大的λ可以提高输入信杂比。当目标 （飞机）以地物为背景时，由于飞机的尺寸远小于地物 的尺寸，依目标的反射特性，采用小的λ较好。
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测速
利用回波多普勒频移测相对速度
v
vr
fd
2vr
vr vcos
fd ：多普勒频移（Hz） vr ：雷达与目标之间的径向速度（m/s） λ：载波波长（m）
当目标向着雷达运动时， 0 > vr ，回波载频提高； 反之0 < vr ，回波载频降低。 径向速度也可用距离的变化率来求得
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单位时间内发出的功率能量Pav ，脉冲重复周 期内的输出平均功率。
脉冲发出时间点的功率Pt，脉冲期间射频振荡的 平均功率。
工作比，占空比
输出和输入的功率比 输入发射机的总平均功率
• 总效率
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习题
• 某雷达发射机峰值功率为800kW，矩形脉 冲宽度为3μs，脉冲重复频率为1000Hz，求 该发射机的平均功率和工作比。
测距
利用发射信号回波时延求得
tr
tr
2R c
C ：光速，
R ctr 2
雷达原理为1μs，求 目标离雷达的距离。 解：由公式 R c t r 代入参数可得 R150m
2
常见时延与距离：
1μs－－0.15km， 6.67μs－－1km， 12.3μs－－1.852km（1海里）， 10μs－－1.5km， 100μs－－15km， 1ms－－150km，
仰角β，目标斜距R与
其在水平面上的投影 OB在铅垂面上的夹角
β
α
方位角α，目标斜距R在水平面上
的投影OB与某以起始方向（参考 雷达原理及系统方复向习 ）在水平面上的夹角
• 雷达的基本工作原理
单基地脉冲雷达
发射机 电信号 收发开关
天线 电磁波 大气
接收机
收发开关 天线 雷达原理及系统复习 大气 回波 目标反射
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• 接收机的噪声系数
接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的 比值。其公式为：
• 接收机主要质量指标
1.灵敏度：Simin ，用最小可检测信号功率Simin 表示， 检测灵敏度，给定虚警概率 Pfa ，达到指定检测概 率Pd 时的输入端的信号功率：
通常所需接收机 gain = 120 ~ 160 dB ， Simin＝-120～-140dbw 主要由中频完成。
2.动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入 信号强度的变化范围。 过载时的Si /Si min，80~120 dB
利用足够高的分辨力获得 目标的尺寸和形状
距离分辨力：
R c c
2 2B
角分辨力：
1 2
0
k
D
τ：脉冲宽度 B：信号带宽 β0：天线半功率宽度 λ：信号波长 D：天线孔径
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习题
• 已知脉冲雷达中心频率f0＝3000MHz，回波 信号相对发射信号的延迟时间为1000μs，
回波信号的频率为3000.01MHz，目标运动
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雷达发射机的任务和基本组成
• 任务 产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号 • 组成
单级振荡式 大功率电磁振荡产生与调制在一个器件中同时完成 主振放大式 先产生小功率的CW 振荡，再分多级调制和放大
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雷达发射机的性能指标
• 输出功率
输出信号功率
平均功率 峰值功率
测距精度与发射信号（时宽）带宽（或处理后脉冲宽度）有关， 脉冲越窄、性能越好
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测角
利用天线方向性实现
目标角位置：方位角α 仰角β
α
接收回波最强时的天线波束指向
天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力提高 角位置还可以利用两个分离接收天线收到信号的相位差来决定
2π弧度＝360°＝6000密位，1密位＝0.06 °
频率选择因素：体积、分辨力、用途、功能
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• 工作波长的选择
从接收机灵敏度来看，须考虑所选λ下接收机内部噪声和大
气噪声大小以及电磁波在大气中的衰减， λ应长一些。
从提高距离分辨率、角分辨率、天线增益的角度来看，希 望λ要短一些。
从目标检测来看，目标的散射特性与λ有关：当目标尺寸 >>λ时，目标对电磁波以散射为主，以绕射为辅，RCS大； 当目标尺寸<< λ时，目标对电磁波以绕射为主，以散射 为辅，RCS小；对隐身目标，波长在两个极端即米波或毫 米波为好。