0.5
1 2 6 20 40 0.02 ~ 2 10
第1章 雷达技术基础
雷达方程与雷达系统设计
• 慢起伏目标与快起伏目标 • 施威林（Swerling）起伏模型，Ⅰ型 ~ Ⅳ型 Ⅰ型（慢起伏）与Ⅱ型（快起伏）瑞利分布
p( ) exp 1
Ⅲ型（慢起伏）与Ⅳ型（快起伏）
– Merrill I. Skolnik,《Radar Handbook》 – 丁鹭飞、耿富录，《雷达原理（第三版）》， 西安电子科技大学出版社
– 中航雷达与电子设备研究院，《雷达系统》， 国防工业出版社
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 雷达的定义？
– 雷达 Radar
• Radio Detection and Ranging • 原意：无线电探测与测距，无线电定位 – 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射 来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征 等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷 达站或雷达机，简称雷达
雷达方程与雷达系统设计
10－14 10－12 10－10 10－8 10－6 10－5 10－4 10－3
检测因子 Do / dB
10
5 10－2 0 10－1 －5
非起伏目标单 个脉冲线性检 波时检测概率 和所需信噪比 (检测因子)的 关系曲线
－10
－15 0.001
0.01
0.1
0.5 检测概率 Pd
R D P H B 正北 目标
vr
b
O 雷达
a
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 目标斜距的测量
– 利用电磁波从发射机经目标反射或散射到达接收 机的传播用时
– 测距方法：时延法；三角定位法 – 物理依据 • 电磁波在均匀介质中的直线传播特性
• 电磁波在大气或真空中的传播速度接近光速， 且误差可忽略 • 各种物体对电磁波的散射特性
– 目标：待测目标的电磁波反射或散射，如飞机、 云雨、天体、舰船、山川、森林、陆地、建筑 物、车辆、兵器、人员等 – 杂波：不需要的电磁波反射，如地面、海面、 植被、山区、建筑物等
– 干扰：有源干扰、无源干扰 – 噪声：环境噪声、系统热噪声
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 雷达坐标系
– 极坐标系：斜距、方位角、俯仰角，常用
–利用高分辨雷达
• 距离分辨力，大带宽脉冲压缩 • 切向分辨力（角度分辨力）：大孔径、合成 孔径
• 目标电磁特征的测量
–利用目标的散射特性。极化；散射空间分布 –用于目标识别、成像、敌我识别
第1章 雷达技术基础
1.3 雷达的工作频率
• 雷达的工作频率
– 常用 220MHz~35GHz；实际 3MHz~300GHz
• 成本指标
第1章 雷达技术基础
主控振荡器 固 体 微波源 中间射频 功率放大器 射频放大链 输出射频 功率放大器
雷达发射机
至天线
脉冲 调制器
脉冲 调制器
脉冲 调制器
定时器
电 源
触发脉冲
主振放大式发射机
第1章 雷达技术基础
雷达发射机
• 固态发射机
– 优点：不需阴极加热、 寿命长; 可靠性高；体积 小、重量轻；宽带高效；设计运用灵活；易维 护，低成本 – 缺点：平均功率大而峰值功率受限
• 雷达分辨力
– 雷达区分两个相邻目标的能力
– 距离分辨力：脉冲宽度；与带宽成反比 – 角度分辨力：波束宽度；与孔径成反比 单脉冲测角，鉴角曲线陡度 – 速度分辨力（多普勒分辨力）：与相干积累时 间成反比；相干积累脉冲个数
第1章 雷达技术基础
1.3 雷达的工作频率
• 雷达系统组成
– 天线及扫描控制
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 目标角度的测量
– 利用雷达天线波束的指向性
– 测角方法：振幅法（最大信号法，双波束法）； 相位法；时延法 – 物理依据 • 电磁波在均匀介质中的直线传播特性
• 雷达天线的指向性，或电磁波的定向传播特性
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 目标速度的测量
– 反射体不动，馈源左右摆动
天线摆动机构
等长度的波导 飞机 目标 输出喇叭
天线收 馈源不动反射体动 发开关
接收机
距离高度 显示器
输入喇叭
发射机
风琴管式扫描器
第1章 雷达技术基础
天线波束与扫描方式
• 电扫描
– 相（位）扫（描）：移相器改变阵元激励相位 – 频（率）扫（描）：改变延迟线上各阵元相位 – 时（间）延（迟）：大型天线阵或相干雷达阵
G
4 Ar

2
Hale Waihona Puke 32000 Bq Bj– 目标雷达截面积 • 点目标、大目标、分别目标
• 目标（后向）散射功率 / 照射目标的功率密度
• 波长、视角、极化、目标特性的复杂函数
第1章 雷达技术基础
10
雷达方程与雷达系统设计
1.0 瑞利区 振荡区 光学区
r 2
球
0.1
0.01
0.001 0.1
– 利用运动目标回波中的多普勒频移信息
– 测速方法：多普勒滤波；斜距变化率 – 物理依据 • 物体相对运动所产生多普勒频移现象
2vr (m / s) f d ( Hz) (m)
0 0
vr 0，目标接近 vr 0，目标背离
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 目标大小、形状的测量
• 接收机输入额定噪声功率 • 接收机噪声系数
Ni kT0 B
SNRi Si Ni F0 1 SNRo So N o
FN 1 F2 1 F3 1 F0 F1 G1 G1G2 G1G2 GN 1
• 要求：低噪高放LNA
第1章 雷达技术基础
20 Pfa ＝10－16 15
雷达发射机
• 雷达发射机
– 提供调制的大功率射频信号，由天线辐射出去
– 单级振荡式：一级大功率射频振荡器，非相参 – 主振放大式：主控振荡器 + 射频放大链，相参
– 主要质量指标
• 电性能指标：波段、功率、效率、波形、信 号稳定度或频谱纯度 • 结构指标：体积、重量、散热、防震、防潮 • 使用指标：监控、检修、可靠性
– 工作频率不同的雷达在工程实现时差别很大 – 工程中常采用字母来命名雷达波段： L：1G~3G，22cm C：4G~8G，5cm Ku：12G~18G，2.2cm 米波、毫米波、激光波段 S：2G~4G，10cm X：8G~12G，3cm Ka：27G~40G，8mm
第1章 雷达技术基础
1.3 雷达的工作频率
0.9
0.99
0.999
第1章 雷达技术基础
雷达方程与雷达系统设计
– 损耗因子L • 馈线、信号处理、传播、其它 – 发射总能量Et – 天线有效接收面积Ar
– 相关处理间隔 CPI
– 门限检测
1) 发现概率Pd：有目标时判为有目标的概率
2) 漏警概率Pla ：有目标时判为无目标的概率 3) 不发现概率Pan：无目标时判为无目标的概率
f
2 －f 2 ＋r
b a f 移相器
r
b a 短路
相扫的光学馈电系统： (a) 透镜系统; (b) 反射镜系统
(a)
(b)
第1章 雷达技术基础
天线波束与扫描方式
(a)
串联馈电示意图


(b)
并联馈电示意图 相扫的强制馈电系统： (a) 串联系统; (b) 并联系统
第1章 雷达技术基础
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 无线电磁波的特征（续）
– 天线极化：习惯上取为电场方向
• 线极化：垂直和水平极化 • 圆极化：水平 + 垂直极化 • 接收天线与极化同向，吸收能力最大 • 反射物改变极化方向，目标识别辅助手段 椭圆极化
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 雷达接收（回波）信号
– 其它坐标：斜距、方位角、高度，测高仪
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 – 角度：方位角和俯仰角（高低角） – 径向速度 – 目标特征：大小；形状；表面粗糙度；介电特 性
第1章 雷达技术基础
1.1 雷达的概念
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算）
– 方位角 a （q） – 俯仰角 b （j） – 径向速度 vr
现代雷达技术
第1章 雷达技术基础
第1章 雷达技术基础
课程介绍
• 课程简介
– 课程内容：雷达技术基础、主要现代雷达介绍
– 学习目标： • 巩固雷达基础知识 • 全面掌握现代雷达技术及其原理 • 了解现代雷达新技术、新体制及发展方向
第1章 雷达技术基础
课程介绍
• 参考资料
– 张明友、汪学刚，《雷达系统（第二 版）》，电子工业出版社（教材）
2 p( ) 2 exp
4
第1章 雷达技术基础
雷达方程与雷达系统设计
–波长 ：目标特性，功能、体积、对抗等 –接收机灵敏度Smin：最小可检测SNR
Smin (kT0 ) B F0 (SNRo )min (kT0 ) B F0 D (kT0 ) B F0 D0
0.2 0.3 0.5 0.8 1.0
2 2r
3
5 8 10
20

第1章 雷达技术基础
雷达方程与雷达系统设计
飞机的雷达截面积 （工作波长10cm）
35 30 25 dB
20 15
10
5
第1章 雷达技术基础 类 型