多普勒频率与目标和雷达之间相对速度的关系:
fd
2v cos

目标运动方向与 LOS之间的夹角
fd
2v r

只能测径向速度
vr

2
fd
• 雷达地杂波抑制（MTI, MTD雷达） • 改善雷达方位分辨率（SAR） • 提高目标识别率（利用微多普勒特性，检测直升
机、生命体等目标）
雷达方程表明了雷达的探测能力，即雷达 究竟能在多远距离上发现目标。根据雷达 方程可以决定雷达检测某类目标的最大作 用距离，也可以作为雷达设计的一种依据。
早期的声音探测预警
雷达用于探测飞机之前，采用这些声音 探测器来提供预警，最大作用距离可以 达到２５公里。
世界上第一部雷达 1904年，德国的Huelsmeyer申请了一项名为 “telemobiloscope”的专利。这是一个利用电波 来探测远处金属物体的发射机－接收机系统。 Telemobiloscope设计用来防止轮船之间的碰撞。 他的这一想法最初产生于看到一位因轮船相 撞失去儿子而悲痛欲绝的母亲
The End!
1 R min c( ts ) 2
最大可测距离
Rmax 1 c PRT ttot 2
收发开关转换时间(recovery time)
dead time
方位角测量(bearing, azimuth angle)
0
90
180
270
360
β

0
90
180
β
0 90
180
上课 30%
考试 70%
什么是雷达
雷达测量原理 雷达基本组成 雷达工作频率 雷达的分类 雷达发展历史
radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩 写。无线电探测和测距。 定义：能够发射电磁波,并能通过接收目标对电磁 波的反射来发现目标并对目标进行定位的一种装置。 特点：能主动、远距离、全天候、全天时获取目标 信息。
南京航空航天大学 雷达成像实验室
(毛新华,xinhua@)
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绪论 教材：雷达原理（第三版） 丁鹭飞等 雷达发射机 雷达接收机 雷达终端显示器和录取设备 雷达作用距离 目标距离、角度测量 动目标检测及测速
1. Skolnik主编(王军等译)，《雷达手册》(第二版)，电子工业 出 版社，2003 。
雷达先驱
1865年，Maxwell 推导 了主宰电磁波现象的麦克斯 韦尔方程。他从数学上指出， 震荡的电荷产生电磁场，且 该电磁场以光速传播，他同 时指出，可见光只是电磁能 量所具有的频谱的很小一部 分
雷达先驱
1886年，Hertz进一步扩展了Maxwell的 光学电磁场理论。 Hertz通过实验证 明了电可以以电磁波的形式发射，并 且其传播速度等于光速，同时还具有 一些其它的性质。这直接导致后来无 线电通讯、电视、雷达等的发明。 1889年，他试验演示了无线电波碰到 物体会产生反射。 1887年，Hertz在从事无线电研究过程 中，还意外发现了光电效应。
设雷达发射机功率为 Pt, 当用各向均匀辐射的天线发射时 , 距雷达 R 远处任一点的功率密度 S1' 等于功率被假想的球面积 4πR2所除, 即
S1'
R Pt
Pt 4R 2
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。天线增益G用来表示相对于各向同性天线, 实际天线在辐射
雷达频段的表示 （最初为保密，后来IEEE标准化）
3cm
5cm
10cm
常用雷达工作频率范围：220MHz－35GHz。更低到2MHz (地波超视距雷达) ，更高到94GHz(毫米波雷达)。
物理尺寸↓
f↑
发射功率↓
波束宽度↓
大气衰减↑
军用雷达
按所在平台分：地面雷达，机载雷达，舰载雷达， 星载雷达，车载雷达。 地面雷达按功能分：空中监视雷达，目标引导与 指示雷达、卫星与导弹预警雷达、超视距雷达、 火控雷达、导弹制导雷达，精密跟踪测量雷达等。 机载雷达有：机载预警雷达，机载火控雷达，轰 炸雷达，测高雷达，气象雷达，空中侦察雷达等。
世界上第一部作战雷达
英国的chain Home 雷达是第一个 完整的防空系统，也是真正用于 作战的第一部雷达，它用来对高 空飞行的飞机探测和测距。
早期的机载雷达
螺旋桨飞机上的雷达天线
喷气式飞机上的 雷达天线，可用 于夜间作战
1940年，麻省理工学院(MIT)建立了辐射实 验室，主要从事雷达研究。在最初６年时间里， 美国投入２１亿美元对飞机截获、导航、火控 等雷达技术进行研究。据称其投资强度和研制 原子弹的投资几乎一样。
方向上功率增加的倍数。 因此当发射天线增益为G时, 距雷达R
处目标所照射到的功率密度为
PG S1 t 2 4 R
R
Pt
目标截获了一部分照射功率并将它们重新辐射于不同的方向。 用雷达截面积σ来表示被目标截获入射功率后再次辐射回雷达处 功率的大小, 或用下式表示在雷达处的回波信号功率密度:
Pt G S2 S1 2 2 4R 4R 4R 2
R

发射机

接收机
tR 2R c
1 R ctR 2
R为目标到雷达的单程距离，tR为电磁波往返于目标与雷达 之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(3×108米/秒) 举例:tR=1us, R=150m
R1
发射机

接收机

tR1பைடு நூலகம் 2 R1 c
tR2
2 R2 c
tR2 tR1
二战中的雷达 被誉为“天之骄子”
用雷达控制高射炮击落一架飞机平均由5000发降 为50发，命中率提高100倍。
1939年,英国人发明了高功率微波磁控管，高 功率微波器件的出现，大大促进了雷达技术 的发展。从此，可克服VHF频段的局限，开 发出窄波束、宽带宽，工作于L和S波段的大 型地面对空监视雷达以及体积更适用于战斗 机的X波段火控雷达。
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天线 同步器 发射机 收发开关
显示器
接收机
发射机：提供大功率的射频信号 天 线 ：辐射大功率射频信号和接收微弱的目标回波信号 接收机：对接收到的微弱回波信号进行放大、滤波、变频处理 显示器：显示雷达所获取的的目标信息和情报
S波段全固态发射机
P-37发射机
作用：发射和接收雷达信号
发射模式 天线把来自发射机的高功率信号辐射 到自由空间中，并把能量聚积在一定的角 域范围内。 接收模式 天线从一定角域范围内接收雷达目标 发射回来的微弱信号。
甚低频 (超长波)
低频 (长波)
中频 (中波) 广播段
高频 (短波)
甚高频 (超短波)
特高频 (分米波) 雷达频率
超高频 (厘米波)
极高频 (毫米波)
亚毫 米波 红外线
音频 视频 微波段
频率 3 kHz 30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz 3000 GHz
σ的大小随具体目标而异, 它可以表示目标被雷达“看见”的尺 寸。雷达接收天线只收集了回波功率的一部分, 设天线的有效 接收面积为A, 则雷达收到的回波功率Pr为
PGA t Pr AS2 (4 )2 R 4
目标可检测条件：
PGA t Pr Smin 2 4 (4 ) R
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。
2. Skolnik主编(左群声等译)，《雷达系统导论》(第三版),电子 工 业出版社,2007 3. 郑新等,《雷达发射机技术》 ，电子工业出版社，2006 。 4. 戈稳等,《雷达接收机技术》，电子工业出版社，2005。 5. 吴顺君等,《雷达信号处理和数据处理技术》，电子工业出版社， 2008。 6. 严利华等，《机载雷达原理与系统》，航空工业出版社，2010

2 R2 2 R1 c c
1 R2 R1 c 2
1 r c 2
发射机

tp
脉冲宽度：τ
脉冲间隔： tp，脉冲重复频率：PRF=1/tp
占空因子（工作比）： D=τ/ tp
发射机

tp
接收机
tR
接收机
tp+tR
tR
1 c Ru = ctp 2 2 PRF
最小可测距离
按天线扫描方法分： 机械扫描雷达，相控阵雷达，频扫雷达。
按信号处理方式分：
相参雷达，非相参雷达，动目标显示雷达，合成 孔径雷达，逆合成孔径雷达，各种分集雷达等。
任务：用于发现战略轰炸机、洲际导弹。 波段：超高频(UHF)和甚高频(VHF)，用以减少 大气吸收的损耗。 作用距离：几千公里。 功率：兆瓦
Rmax
PGA t 2 (4 π) S min
1/4
考虑到天线增益与孔径之间的如下关系：
G
4 A
2
Rmax
PG t 3 (4 π) S min
2 2
1/4
或者
Rmax Pt A 2 4 π S min
将角度分辨率转化为切向（方位向）分辨率
a 2R sin
R

2
R
a

a R R
D
a
目标与雷达之间相对速度的测量利用多普勒现象
雷达与目标之间的径向速度 (目标沿LOS的速度)
fd
2vr

多普勒频率
载波波长
v r 0 ，回波载频变 当目标向着雷达运动时， v r 0 回波载频 大，fd 0 。目标背离雷达运动时， 减小， fd 0 。