无线电通信技术的应用： 电话，电视，广播，蓝牙，WiFi 飞机起降，船只导航，卫星定位
7
课程背景
伽利尔摩· 马可尼 （1874-1937），意大利无 线电工程师，企业家。 实用无线电报通信的创始 人。 1909年获得得诺贝尔物理 学奖，被称作“无线电之 父”。
8
课程背景
亚历山大· 波波夫 （1859 –1906），俄国物 理学家和电工学家，无 线电通信发明家。 军事无线电通信的奠基 人、开拓者 波波夫于1894年发明了第 一台无线电接收机，和第 一根天线。
33
1.1 雷达的任务
相对速度
运动分解
当目标向着雷达运动时，vr > 0 ，回波载频提高； 反之vr < 0 ，回波载频降低 问题：如果目标围绕雷达进行圆周运动，回波的 载频如何变化？
34
1.1 雷达的任务
发射信号 St (t ) A cos(2 f 0t )
2R ) 接收信号 Sr (t ) kSt (t tr ) kSt (t c 2R kA cos(2 f 0t 2 f 0 ) c
问题：一维天线方向图的横坐标范围？
31
1.1 雷达的任务
微波暗室
32
1.1 雷达的任务
（3）速度的测量
当目标与雷达站之间存在相对速度时 , 接收 到回波信号的载频相对于发射信号的载频产生一 个频移, 这个频移在物理学上称为多普勒频移。
fd
2vr

f r ft
式中, fd为多普勒频移(Hz); λ为载波波长(m); vr为雷达与目标之间的径向速度(m/s)。
柱坐标系：（水平距D，方位角α，高度H）；
21
1.1 雷达的任务
问题：方位角α和俯 仰角β的取值范围？
P R D H B 正北 目标

O 雷达
a
坐标系之间转换 D = Rcosβ ；H = Rsinβ ；α =α ; R=?
22
1.1 雷达的任务
2，信号的表达 电磁波信号 频率的 物理意义
St (t ) A cos(2 f 0t ) A cos(0t )
多普勒频率
f d f r ft
2vr

多普勒的应用：MTI(动目标显示)， PD(多普勒雷达)。
36
1.1 雷达的任务
问题：这种信号的频率是多少？
S (t ) A cos(2 f0t t )
2
d r (t ) f f0 t 2 dt
线性调频信号
9
课程背景
波波夫的海上无线电通信实验 1897年春，在海港中相距640米的战舰间进 行无线电通信实验； 1900年春，通信距离已经达到50公里； 1901年夏，通信距离已经到达110公里。

无线电 测向、定位
10
课程背景

雷达发射电磁波，电磁波进行空间传播， 遇到观测目标后会发生电磁反射和电磁 散射。
问题：这是几个目标的回波？
25
1.1 雷达的任务
扩展思维：
1，有两个目标时，回波是怎么样？
2，目标很远，存在模糊数时，回波是什
么样？ 如果脉冲重复周期是1ms，存在1次距离
模糊时，测距就会出现150km的测距误差。
连续波信号测距——调频法（第六章）
26
1.1 雷达的任务

科学计数 G 109, M 106, K 103, m 10-3, μ 10-6, n 10-9, p 10-12 英制单位换算
目标斜距
R R0 Vr t
2 R0 Vr t Sr (t ) kA cos(2 f 0t 2 f 0 ) c
35
1.1 雷达的任务
频率是相位对时间的求导 2 R0 Vr t Sr (t ) kA cos(2 f 0t 2 f 0 ) c
2Vr 2Vr d r (t ) f0 f0 fr f0 C 2 dt
设雷达发射机功率为Pt,当用各向均匀辐射的天线
' S 发射时 , 距雷达 R 远处任一点的功率密度 1 等于功率
被假想的球面积所除, 即
Pt S 4R 2
' 1
实际雷达总是使用定向天线将发射机功率集中辐
射于某些方向上。因此当发射天线增益为Gt时, 距雷达 R处目标所照射到的功率密度为
PG S1 t t2 4 R
3
课程安排

教材： 《雷达原理》（第五版） 丁鹭飞，耿富录，陈建春编著，电子工业 出版社，2009年3月。
课程安排： 第9-16周，学习内容1-8章

4
课程安排

考核形式 考试成绩 60% 百分制闭卷考试 平时成绩 30% 到课率，课后作业，课堂提问/作业 课外实验 10% 利用MATLAB进行编程实验， 提交实验报告
42
1.1 雷达的任务
雷达方程：雷达的最大作用距离方程 Rmax 目标的雷达 截面积RCS Radar Cross Section 目标的假想面积， 等效一个各向均匀 的具有相同回波功 率的反射器的面积

R
Gt Gr
P t
P r
问题：雷达截面积 σ 是 否 是 固 定 值 ？
43
1.1 雷达的任务
28
1.1 雷达的任务
雷达天线方向图： 有方向性天线相对无方向性天线功率增加的倍数。 发射功率Pt，增益Gt，归一化因子F(θ)。 θ=0时，为天线波束轴线方向，增益最大。
目标
主瓣 & 副瓣
主瓣单调性
29
O
图1.4 极坐标系下角度测量
1.1 雷达的任务
目标
天线波束宽度 t
D
天线增益
O
Gt
12
课程背景



雷达发展史 50年代已较广泛地采用了动目标显示、单 脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等； 60年代出现了相控阵雷达； 70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 问世。 80年代起，各种新体制雷达出现，雷达效 能不断提高（SAR，ISAR，MTD）。
13
课程背景
14
课程背景
0 t
如果调频率γ>0，频率会越来越大； 波形图 如果调频率γ<0，频率会越来越小；
37
1.1 雷达的任务

（4）形状的测量 前提：足够高的分辨力
SAR: synthetic aperture radar ISAR: inverse synthetic aperture radar 合成孔径雷达(SAR)，用于卫星、航空、 大洋，观测地形、地貌、地质。 逆合成孔径雷达(ISAR)，用于气象、军事， 观测运动物体，如大气运动、云层、飞机、 Smin
PG t t Gr 3 (4 ) S min
1/4
如果最大作用距离变2倍， 发射功率需要变多少倍
47
1.1 雷达的任务
雷达灵敏度（Sensitivity）是接收机能够 分辨出的最小的回波信号值。单位是？
功率单位 瓦特W
Smin 10 W 10 mW 10log10 1014 dBW 140dBW 110dBmW
雷达技术
周芳
zhoufang@
1
课程定位


基础课 高等数学，大学物理，大学英语等 专业基础课 电路基础，信号与系统，通信原理等 专业课 雷达技术，天线原理，图像处理等
知识基础：电磁场与电磁波，信号与系统， 数字信号处理
2
课程定位
信息处理 雷达信息 雷达技术 通信信息 雷达对抗 网络信息 雷达成像 光电信息
收发共用时，Gr=Gt
46
1.1 雷达的任务
雷达最大测量距离：
接收机灵敏度 当接收到的回波功率Pr等于最小可检测信号Smin时, 雷达达到其最大作用距离 Rmax, 超过这个距离后, 就不 能有效地检测到目标。
Rmax PG t t Ar 2 (4 ) Smin
2 1/4
44
1.1 雷达的任务
目标截获了一部分雷达发射功率，目标的雷 达截面积 σ 时 ，接收到的功率总量为
PG P2 S1 t t2 4 R
单位
目标散射的回波信号在接收天线处的功率密度为
PG P2 t t S2 2 2 4 R 4 R 4 R 2
45
1.1 雷达的任务

英国本土链雷达
第一次世界大战 1914-1918 第二次世界大战 抵抗德法西斯
11
课程背景



雷达发展史 1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制 雷达，并首先用它来测量电离层的高度。 1936年，美国研制出作用距离达40公里、 分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。 40年代后期出现了动目标显示技术，这有 利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目 标。
38
1.1 雷达的任务
39
1.1 雷达的任务
宣城校区 卫星地图
40
1.1 雷达的任务
比较目标对不同极化波（如正交极化） 的散射场，可以对目标形状的不对称性进行 测量，用于目标识别。
HH
水平
VV
41
1.1 雷达的任务
1.1.3 雷达探测能力——基本雷达方程
基本雷达方程，前提： 1，单基地雷达，单发单收； 2，自由空间传播，不计实际传播中的损耗； 各种特殊情况下的雷达方程，将在第五章进 行介绍。
T 1 f0 TC C f 0 C 光速3×108m/ s
23
1.1 雷达的任务
工作方式
连续波
脉冲
脉冲宽度τ， 脉冲重复周期Tr
问题：单位？
24
1.1 雷达的任务