雷达模拟器的未来发展趋势
雷达模拟器未来发展趋势
班级：***************班
学号：*****
作者：薛飞
摘要：本文通过雷达的发展简史、计算机模拟技术发展历史及趋势、电子游戏画面引擎技术和雷达模拟器的相关图形学原理作为参考依据，通过类比的方法和引用未来电子画面渲染技术的发展方向来分析和推测雷达模拟器的未来几年的发展趋势。
关键词：雷达电子计算机模拟技术模拟软件游戏引擎
0 引言
雷达：是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置……
计算机模拟：是利用计算机进行模拟的方法。利用计算机软件开发出的模拟器，可以进行故障树分析、测试VLSI逻辑设计等复杂的模拟任务……
1 雷达的发展历史及现状
雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。
雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。
二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。
后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。还有一种精神感应雷达，该雷达能够对人类在脑电波起反应，对人体的生命迹象进行感知。
当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标
进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。
自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。
雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示出了很好的应用潜力。
2 电子计算机模拟技术的发展
计算机模拟（简称sim）是利用计算机进行模拟的方法。利用计算机软件开发出的模拟器，可以进行故障树分析、测试VLSI逻辑设计等复杂的模拟任务。在优化领域，物理过程的模拟经常与演化计算一同用于优化控制策略。计算机模拟器中有一种特殊类型：计算机架构模拟器，用以在一台计算机上模拟另一台指令不兼容或者体系不同的计算机。阿兰·图灵曾提出：（不同体系的）机器A或机器B不考虑硬件和速度的限制，在理论上可以用指令实现互相模仿（即图灵机）。然而在现实中，速度和硬件是必须考虑的。
模拟器的历史很长几乎伴随着计算机发展史，很多模拟器的出现，实际上是为了保存很多年前原始的游戏（程序），不过是在不同的设备上运行。在很多欧美国家，拥有和使用模拟器玩游戏是违法行为。在美国，若收集者没有该游戏的原始电子板、卡带或光碟等的游戏原始载体，都视为违法行为，收集ROM也同样不允许。在中国发布与收集都没有限制，制作模拟器或破解ROM都是网络高手热衷的工作。随着模拟器的发展，游戏ROM也在以极快的速度汉化，中国的网站成为模拟器与ROM的储存基地。
3 雷达模拟器
雷达模拟器是通过计算机的软件程序通过对指定数据的运算得出的虚拟雷达工作状态的软件，可以模拟各种雷达信号，产生各类信号的调制波形，控制输出信号功率，控制射频频率。根据用户要求设定信号类型、频率、重复周期、脉宽等参数。在实验室模拟船舶在海上航行环境，训练正确运用雷达进行航行定位、导航和避碰。
现有雷达模拟器种类：雷达岸线模拟器雷达目标模拟器雷达操作模拟器雷达性能模拟器大气及气象环境模拟器雷达阴影扇形模拟器雷达假回波模拟器
3.1 雷达模拟器现有缺陷
雷达模拟器现在发展仍然处于初级阶段，因为计算机模拟刚刚开始发展不就而且大多数雷达都可以做到“边使用边学习”或者“理论教学”。雷达模拟器的发展并不迅速切另一原因是雷达只有特殊行业才能使用所以市场需求不大导致模拟器发展缓慢。
现有的雷达模拟器主要存在以下缺陷：1.对真实环境模拟偏差较大。2.成像与真实雷达成像差别较大（见图1）。3.为独立模拟器与其他模拟器（如航空模拟器）并联同步模拟兼容性不好。
图 1 雷达真实成像（左）与雷达模拟器成像（右）
4 游戏引擎在模拟器上的应用
游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序
的核心组件。这些系统为游戏设计者提供各种编写游戏所需的各种工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏程式而不用由零开始。大部分都支持多种操作平台，如Linux、Mac OS X、微软Windows。游戏引擎包含以下系统：渲染引擎（即“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎）、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。
游戏引擎即为模拟器的基础软件，其早已应用于《攻击战斗机》（内包含简单的雷达模拟器）《现代空战》《DCS》系列等。
5 结论
通过雷达的发展史我们了解到雷达的功能越来越趋于多样化，且雷达在空间的电磁效应也越来越多的得到关注，各国军队也越来越讲究电磁对抗。由此我们可以得出：雷达模拟器也将从简单的雷达使用教学模拟器逐步转变为雷达研发时的模拟器和雷达所发射电磁波在空间效应的模拟器。
同时雷达模拟器也将要仅仅成为某些大型模拟器的一个模块，使用游戏引擎来增强画面模拟的真实性，并且基于游戏引擎加入更大的数据库，进行更加复杂综合的模拟运算并输出雷达各方面的指标、图形。
未来的雷达模拟器将是一个包含大型数据库、可以进行实时综合参数变化运算输出的大型软件配套模块，而且具有很好的各模拟软件数据库通用性，模拟准确性和视图还原性几乎达到虚拟现实成像运算标准。并可以进行空间电磁信息分析，对于军方的雷达模拟器可以实施联机动态模拟各种环境条件下的电磁对抗。民用雷达模拟器可以根据模拟软件其他状态的改变量进行实时输出并可模拟复杂条件天气下的雷达工作状态。
经典雷达资料-第16章 机载动目标显示(AMTI)雷达-1
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达 FRED M. STAUDAHER 16.1 采用AMTI技术的系统 机载搜索雷达最初是为远程侦察机探测舰艇研制的。第二次世界大战后期，美海军研制了几种机载预警（AEW）雷达，用来探测从舰艇雷达天线威力区之下飞近特遣舰队的低空飞机。在增大对空和对海面目标的最大检测距离方面，机载雷达的优点是显而易见的，只要了解下述情况就很清楚了，高度为100ft的天线桅杆，其雷达视线距离只有12n mile，而与其相比，飞机高度为10 000ft时，雷达视线距离则为123n mile。 神风突击队袭击造成多艘哨舰的损失引起了机载自主探测与控制站的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界巡逻机。 E—2C航空母舰舰载飞机（如图16.1所示）使用机载预警雷达作为其机载战术数据系统中的主要传感器。这种雷达的视界很宽，用于检测海杂波和地杂波背景中的小飞机目标。由于其首要的任务是检测低空飞行的飞机，因此这种雷达就不能靠抬高天线波束的仰角来消除杂波。AMTI雷达系统就是在这种情况下发展起来的[1]~[3]，与前一章中探讨的地面雷达的MTI 系统相似[1][4]~[6]。 图16.1 带有旋转天线罩的E—2C空中预警机 在截击机火炮控制系统中，AMTI雷达系统还可用来捕捉和跟踪目标。在这种场合中，雷达仅需抑制指定目标附近的杂波。因此，在目标所处的距离和角度扇形区内可将雷达优化到最佳状态。MTI系统也可以装在侦察机或战术歼击-轰炸机上用来检测地面运动的车辆。由于目标速度低，因而采用较高的雷达频率以获得大的多普勒频移。因为背景杂波通常很强，故这些雷达能够有效地采用非相参MTI技术。 高空、高机动、高速度的环境条件及尺寸、重量、功耗的限制给AMTI雷达设计者带来了一系列的特殊问题。本章将专门探讨机载条件下如何处理这些特殊问题。
雷达运动目标检测大作业
非均匀空时自适应处理 摘要 本文首先依次介绍了在非均匀环境下的STAP处理法，包括降维、降秩以及LSMI方法，接着重点分析了直接数据域（DDD）方法的原理及实现过程，最后针对直接数据域方法进行了仿真实验。 引言 机载雷达对运动目标检测时, 面临的主要问题是如何抑制强大的地面杂波和各种类型的干扰，空时自适应处理（STAP）是解决该问题的关键技术。STAP 技术通过对杂波或干扰训练样本分布特性的实时学习来来形成空域—时域二维自适应权值，实现对机载雷达杂波和干扰的有效抑制。 STAP技术在形成自适应权值时，需要计算杂波协方差矩阵R。实际系统的协方差矩阵是估计得到的，即先在待检测距离单元的临近单元测得K个二维数 据矢量样本V i（i=1，2…K），再计算R的估计值?=Σ i=1K V i V i H∕K，然后可得自 适应权值W=μR^-1S，其中μ为常数，S为空时导向矢量。临近训练样本的选择必须满足独立同分布（IID）条件。同时，为了使由杂波协方差矩阵估计引起的性能损失控制在3dB内，要求均匀训练样本数K至少要2倍于其系统自由度（DOF）。如果所选样本非均匀，则形成的权值无法有效对消待检测单元中所含有的杂波和干扰，从而大大降低对运动目标的检测性能。 在实际应用中, 机载雷达面临的杂波环境往往是非均匀的, 这对经典的S T A P 技术带来了极大的挑战。针对这一难题, 许多新的适用于非均匀杂波环境的S T A P 方法不断被提出。 1、解决非均匀样本的方法 1.1、降维方法 降维方法的最初目的是为了减少空时自适应处理时所需的巨大运算量, 但后来发现该类方法同时大大减少了对均匀训练样本数的需求, 对非均匀情况下杂波抑制起到了积极的作用。降维方法将每次自适应处理所需要抑制的杂波范围限制在某一个较小杂波子空间内, 根据RMB准则和Brennan定理, 自适应处理时所需要的均匀训练样本数由2 倍于整体系统自由度减至降维后2 倍于子空间系统自由度。降维程度越高, 对均匀训练样本的需求就越少。降维方法属固定结构方法, 无法充分利用杂波的统计特性。当辅助波束与杂波谱匹配很好时, 处理性能往往很好。反之, 则性能下降。 1.2、降秩方法 与固定结构降维方法相反, 降秩方法充分利用回波中杂波的分布特性, 每次处理选取完备杂波空间来形成自适应权值对消杂波分量, 可看作依赖回波数据的自适应降维方法。该类方法在形成权值过程中利用的信息中不含噪声分量, 所以避免了小样本情况下噪声发散带来的性能下降问题, 故减少了对均匀训练样本数的需求。同样, 该类方法在满足信杂噪比损失不超过 3 d B 条件时所需的训练样本数约为 2 倍的杂波子空间的维数。从处理器结构上来看, 降秩方法可
汽车毫米波雷达目标模拟器
一 汽车毫米波雷达目标模拟器 科电工程的毫米波雷达目标模拟器，用来验证车载76GHz和79GHz毫米波雷达的性能参数。解决毫米波雷达生成企业在研发，生成，质量控制等环节的测速，测距等性能测试需求。特别适合于整车条件下对ACC,FCW,AEB等辅助自动驾驶ADAS功能的验证和测量。同时也提供整车EMC暗室环境下的抗干扰版本。 科电MRT7681-02毫米波雷达目标模拟器 适用范围： ?ISO15622ACC自适应巡航控制系统； ?ISO15623FCW前向碰撞预警系统； ?商用车辆自动紧急制动系统（AEBS）性能要求及试验方法； ?GB/T20608自适应巡航控制系统性能要求与检测方法； ?ISO18682智能交通系统-外部危险检测与预警系统； ?ECE R131先进的紧急制动系统； ?JT/T883营运车辆行驶危险预警系统； ?ETSI EN302288短程设备；运输和交通遥感信息领域；在76GHz-77GHz范围内运行的雷达设备； ?ETSI EN302264短程设备；运输和交通遥感信息领域；在77GHz-81GHz范围内运行的雷达设备； ?GB/T36654-201876GHz 科电MTR78Pxx-T5DW角反射器（xx:20,15,10,5,0dBsm)
高精度毫米波雷达目标角反射器，可以用于雷达产线上的RCS性能标定测试；以及微波暗室内的雷达RCS性能标定测试频率范围：76GHz-81GHz；RCS雷达反射截面积精度:±0.5dBsm。 科电MDL76G-W单目标静态雷达目标模拟器 用于汽车毫米波雷达产线上雷达测距的性能标定。频率范围：76GHz-81GHz；延时距离: 1-150m±0.1。任意定制。
雷达模拟器的未来发展趋势
雷达模拟器未来发展趋势 班级：***************班 学号：***** 作者：薛飞 摘要：本文通过雷达的发展简史、计算机模拟技术发展历史及趋势、电子游戏画面引擎技术和雷达模拟器的相关图形学原理作为参考依据，通过类比的方法和引用未来电子画面渲染技术的发展方向来分析和推测雷达模拟器的未来几年的发展趋势。 关键词：雷达电子计算机模拟技术模拟软件游戏引擎 0 引言 雷达：是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置…… 计算机模拟：是利用计算机进行模拟的方法。利用计算机软件开发出的模拟器，可以进行故障树分析、测试VLSI逻辑设计等复杂的模拟任务…… 1 雷达的发展历史及现状 雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。 二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。 后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。还有一种精神感应雷达，该雷达能够对人类在脑电波起反应，对人体的生命迹象进行感知。 当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标 进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。 自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。 雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示出了很好的应用潜力。
雷达目标检测性能分析
雷达目标检测实例 雷达对Swerling起伏目标检测性能分析 1.雷达截面积(RCS)的涵义 2.目标RCS起伏模型 3.雷达检测概率、虚警概率推导 4.仿真结果与分析
雷达通过发射和接收电磁波来探测目标。雷达发射的电磁波打在目标上，目标会将入射电磁波向不同方向散射。其中有一部分向雷达方向散射。雷达截面积就是衡量目标反射电磁波能力的参数。
雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)定义:22o 2 4π 4π4π4π()4πo i i P P R m P P R σ=== 返回雷达接收机单位立体角内的回波功率 入射功率密度 在远场条件下，目标处每单位入射功率密度在雷达接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。 R 表示目标与雷达之间的距离，P o 、P i 分别为目标反射回 的总功率和雷达发射总功率
?目标RCS和目标的几何横截面是两个不同的概念?复杂目标在不同照射方向上的RCS不同 ?动目标同一方向不同时刻的RCS不同 飞机舰船 目标RCS是起伏变化的，目标RCS大小直接影响着雷达检测性能。为此，需用统计方法来描述目标RCS。基于此，分析雷达目标检测性能。
Swerling 模型是最常用的目标RCS 模型，它包括Swerling 0、I 、II 、III 、IV 五种模型。其中，Swerling 0型目标的RCS 是一个常数，金属圆球就是这类目标。Swerling Ⅰ/Ⅱ型： 1 ()exp()p σ σσσ =- 指数分布 Swerling Ⅰ：目标RCS 在一次天线波束扫描期间是完 全相关的，但本次和下一次扫描不相关（慢起伏），典型目标如前向观察的小型喷气飞机。 Swerling Ⅱ：目标RCS 在任意一次扫描中脉冲间不相关（快起伏），典型目标如大型民用客机。
《雷达原理》知识点总结
【雷达任务：测目标距离、方位、仰角、速度；从目标回波中获取信息 【雷达工作原理：发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。 【影响雷达性能指标：脉冲宽度（窄），天线尺寸（大），波束（窄），方向性。 【测角：根据接收回波最强时的天线波束指向 【雷达是如何获取目标信息的？ 【雷达组成：天线，发射机，接收机，信号处理机，终端设备（电源，显示屏），收发转换开关 【发射机工作原理：为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。 【发射机基本组成：单级振荡式：脉冲调制器，大频率射频振荡器，电源。 主振放大式：脉冲调制器，中间和输出射频功放，电源，定时器，固体微波源（主控振荡器，用来产生射频信号） 工作过程：（1）单级振荡式：信号由振荡器产生，受调制 （2）主振放大式：信号由固体微波源经过倍频后产生，经射频放大链进行放大，各级都需调制（脉冲调制器），定时器协调工作。 优缺点：单击振荡式：简单经济轻便，频率稳定度差，无复杂波形； 主振放大式：频率稳定度高，相位相参信号，有复杂波形，适用频率捷变雷达【发射机质量指标：（1）工作频率（波段）（2）输出功率：影响威力和抗干扰能力。峰值功率（脉冲期间射频振荡的平均功率）和平均功率（脉冲重复周期内输出功率的平均值）。（3）总效率Pt/P。（4）调制形式：调制器的脉冲宽度，重复频率，波形。（5）信号稳定度/频谱纯度，即信号各项参数。 【调制器组成：电源，能量储存，脉冲形成 【调制器任务与作用：为发射机的射频各级提供合适脉冲，将一个信号载到一个比它高的信号上 【仿真线：由于雷达的工作脉冲宽度多半在微秒级别以上，用真实线长度太长，因此在实际中是用集总参数的网络代替长线，即仿真线 【刚/软性开关：刚性开关的电容储能部分放电式调制器，特点为部分放电，通电利索；软性开关的人工线性调制器，特点为完全放电，效率高，功率大。 【接收机指标：（1）灵敏度：表示接收机接受微弱信号的能力。提高灵敏度，减小噪声电平，提高接收机增益。（2）工作频率宽度：表示接收机瞬时工频范围，提高：高频部件性能（3）动态范围：表示正常工作时接收信号强度的范围，提高：用对数放大器增益控制电路抗干扰（4）中频滤波特性：减小噪声，带宽>回波时，噪声大。（5）工作稳定度（6）频率稳度（7）抗干扰能力（8）噪声系数 【收发软换开关工作原理：脉冲雷达天线收发共用，需要一个收发软换开关TR，发射时，TR使天线与发射机接通，与接收机断开，以免高功率发射信号进入接收机使之烧毁；接收时，天线与接收机接通，与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱接收信号受损。 【收发开关组成及类型：高频传输线，气体放电管。分为分支线型和平衡式。 【显示器分类：距离，平面，高度，情况和综合，光栅扫描。 【显示器列举：距离（A型J型A/R型）平面（PPI）高度（E式RHI） 【A型显示器组成：扫掠形成电路，视频放大电路，距标形成电路。
经典雷达动目标显示MTI雷达
I的影响。这些曲线是在假设天线的方向图只取(sin U)/U第一对零点之间的曲线情况下计算出的。图示的无反馈的几条曲线与如图15.12所示显示的具有高斯形状方向图的理论曲线几乎完全相同（说明反馈对三路延迟对消器影响是一条曲线而不是直线，这是因为在3个零点中，已有两个零点不在原点上，并且根据波束宽度内有14个脉冲的实际情况，它们已沿单位圆移动了最佳量。因此，当波束宽度内有40个脉冲时，这两个零点由于离原点太远而不起太大的作用）。 从理论上讲，采用数字滤波器来合成各种形状的速度响应曲线是可能的[16]。对Z平面上的每对零点和每对极点而言，都需要两个延迟线，用前馈路径控制零点位置，而用反馈路径控制极点位置。 速度响应曲线的形状可以仅用前馈而不用反馈来实现。不采用反馈的主要优点是对消器具有很好的瞬态响应，这是相控阵或系统存在脉冲噪声干扰时的一项重要的考虑因素。如果相控阵雷达使用反馈对消器，则在对消器的瞬态振铃还未下降到容许的电平之前，波束就已经改变了位置，因而许多脉冲不得不落在波束以外。人们已提出一种预置技术来缓解这种现象[20]，但仅仅部分地降低瞬态稳定时间。若只使用前馈，则在波束移动后仅有3个或4个脉冲被去掉。采用前馈控制速度响应曲线的形状的缺点是，对每个用于形成速度响应的零点都需附加一个延迟线。此外，若采用零点来形成速度响应，则曲线就会导致改善因子引入一个固有的损耗。这个损失可能很重要也可能不重要，需根据杂波谱展宽的程度和对消所需零点数来确定。图15.25画出了只用前馈形成的四脉冲对消器的速度响应曲线和Z平面图。图中同时还画出了五脉冲前馈对消器和三脉冲反馈对消器的速度响应曲线。在给出的对消器中，无论杂波谱扩展程度为多少，三脉冲反馈对消器的改善因子潜力均比四脉冲前馈对消器大约好4dB。
雷达作业
通信工程专业技术讲座结课论文（题目：雷达技术的发展历程和发展展望） 姓名： 院系： 2014年6月16日
目录 一、综述 (1) 二、工作原理 (1) 三、雷达的类型 (3) 四、雷达系统与技术的发展历程 (4) 五、雷达系统与技术发展的特点和现状 (6) 六、雷达系统与技术发展的展望 (7)
一、综述 雷达（RADAR），是英文“Radio Detection and Ranging”（无线电侦测和定距）的缩写及音译。将电磁能量以定向方式发射至空间之中，借由接收空间内存在物体所反射之电波，可以计算出该物体之方向，高度及速度，并且可以探测物体的形状。以地面为目标的雷达可以用于探测地面的精确形状。 自从雷达诞生至今，在70 多年的发展历程中，随着科技的不断发展、需求的不断变化，出现了多种体制的新功能雷达，雷达的技术哇能、体积和重量、可靠性、维修性、抗恶劣环境的生存能力等也发生了天翻地覆的变化。尤其是近年来，科学技术在飞速发展，各种新技术，新材料已经越来越快的应用到雷达系统中。特别是近年来，雷达在航电系统综合化的过程中变化非常大，如雷达作为独立系统，起初失去了显示分系统，接着又失去了信号和数据处理分系统，现在仅剩下接收、发射和天线等主要分系统。同时雷达作为一种有源传感器，与激光、红外、紫光和声学等不同传感器信息融合，增强了探测阵能和环境适应性。可见雷达已与电子系统打破了明显界限，雷达系统作为独立设备有逐步消亡的趋势。因此，有必要仔细研究雷达发展的历史，分析雷达系统与技术发展的特点，总结雷达发展的普遍规律，展望雷达系统发展的方向。 二、工作原理 雷达天线把发射机提供的电磁波能量射向空间某一方向，在此方向上的物体反射碰到的电磁波。这些反射波载有该物体的信息并被雷达天线接收，送至雷达接收设备进行处理，提取人们所需要的有用信息并滤除无用的信息，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 雷达可分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。单一频率连续波雷达是一种最为简单的雷达形式，容易获得运动目标与雷达之间的距离变化率（即径向速度）。它的主要缺点是：①无法直接测知目标距离，如欲测知目标距离，则必须调频，但用调频连续波测得的目标距离远不及脉冲雷达精确；②在多目标的环境中容易混淆目标；③大多数连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开，并要求有一定的隔离度。
雷达动态探测目标的仿真建模
雷达动态探测目标的仿真建模 谢卫，陈怀新 （中国电子科技集团公司第十研究所,成都 610036) 摘要：通过对雷达动态探测目标过程分析，提出了雷达探测目标仿真模型的方法，实现了雷达目标检测、多目标滤波跟踪、资源调度管理等数字模型。实际表明这些模型满足数据融合中雷达探测目标数据的需求，并且建模方法对数据融合传感器模型建立具有实际指导意义。关键词：雷达；建模；仿真；数据融合 Radar detection of targets dynamic simulation modeling XIE Wei，CHEN Huai-xin (CETC No.10th Research Institute, Chengdu, China; ) Abstract:With the analysis of the process of radar dynamic detecting targets, a method of the simulation model based on of radar detect targets is presented, some mathematic models (such as target indication by radar, variable number of targets tracking, resource management based on Scheduling algorithm) are realized. An actual experiment that the simulation data provided by radar detecting model can supply for the study of data fusion was made, simultaneity modeling method has a certain actual instructing meaning at the aspect of sensor detecting model of data fusion. Key words: radar; modeling; simulation; data fusion 1 引言 现代战场上各种目标的出现，要求利用多种传感器组网来采集信息并加以融合，充分利用不同目标各个方向、不同频段的反射特性，最大限度地提取信息，满足战场需要。对于数据融合来说真实的战场目标和传感器探测数据，是检验其有效性的最好条件。然而这样的真实数据很少，而且成本也较高，在融合算法的前期研究和实验阶段，就需要我们较真实的模拟多中传感器的探测数据。雷达是战争中至关重要的侦察手段，本文以雷达为列，分析其数据处理流程，并进行仿真建模。 2 雷达探测仿真建模 雷达探测功能仿真是通过仿真目标回波、接收机噪声、干扰、杂波等信号的幅度信息来复现雷达的检测过程。一般采用基于Monte Carlo的方法来实现，其流程如下图所示：
雷达原理
1、MTI：动目标显示 z基本原理： 动目标显示雷达是在普通脉冲雷达基础上发展起来的。这种体制的雷达能在杂波或噪声干扰背景中抑制固定干扰、探测运动目标信息。其基本原理在于利用运动目标回波多普勒频移效应，借助固定目标回波同动目标回波经相检波输出的视频脉冲串在幅度上的差异，通过延迟对消实现动目标检测。 z功能：可在空对地、空对海、地对地场合发挥空中预警、目标指示或武器控制的功能。 z MIT信号的主要特征： （1）低重频，一般低于4KHZ（可保证无测距模糊）； （2）采用参差重频、脉组间变重频及重频分集技术（获得目标速度信息，克服盲速）； （3）载频主要分布于L、S波段； （4）有较高的雷达工作频率稳定度（为了提取动目标频移信息）； （5）脉冲重频稳定度高（为实现延迟对消）； 2、PD雷达：脉冲多普勒雷达 z基本原理：PD雷达是在MTI雷达的基础上建立起来的，比MTI有更强的杂波抑制能力，改善因子高达50-60dB，且具有普通脉冲雷达的距离分辨力及连续波雷达的速度分辨力。PD雷达的PRF可分为高，中，低三种，其特点及用途也是根据PRF划分的。一般而言，低重频PD雷达也就是MTI 雷达，所谓PD雷达主要指高，中重频的情形。 z功能： 表 PD雷达的分类与功能 分类 PRF范围 特点 功能 高PRF 几十KHZ—几 百KHZ 不存在速度模糊，但有距 离模糊 机载预警（高空） 中PRF 10KHZ-20KHZ 存在速度模糊、距离模糊目标跟踪（近程低空） 低PRF 不超过几KHZ 存在速度模糊，但没有距 离模糊 MTI z信号特征： (1) 信号为一组相干脉冲串,有高度的短期稳定性,无论工作频率,脉宽,脉位,脉幅要求苛刻. (2)PRI一般较高,大于5KHZ. (3)重频调变是其最大特点:重频参差、分段调频 脉冲多普勒雷达在机载火控、机载预警、空中交通管制、导航、气象探测等 领域都己得到了广泛的应用，下面一一介绍其作为不同用途的信号特征差别: 1）机载火控 目前世界上先进的战斗机火力控制雷达几乎毫无例外的都采用了PD体制。PD 体制在战斗机火力控制雷达领域得到了最充分、最有效的运用。 机 载 火 控雷达的主要参数特点: (1) 工作频率一般在X波段，多存在脉组频率捷变。 (2) 重复频率多以高、中重频为主。 (3) 脉冲宽度多在0.5- 0 .8微秒范围内。 2）机载预警
雷达原理复习总结
雷达原理复习要点 第一章（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)： radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务： 利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。 从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息 斜距R : 雷达到目标的直线距离OP 方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。 仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。 2、目标距离的测量 测量原理 式中，R为目标到雷达的单程距离，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) 距离测量分辨率 两个目标在距离方向上的最小可区分距离 最大不模糊距离3、目标角度的测量 方位分辨率取决于哪些因素 4、雷达的基本组成 雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源 第二章 1、雷达发射机的任务 为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去 2、雷达发射机的主要质量指标 工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度 3、雷达发射机的分类 单级振荡式、主振放大式 4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点 单级振荡式：
雷达原理习题
1. 简述雷达测距、测角和测速的物理依据。 2. 已知常规脉冲雷达的发射信号脉冲宽度为s μ2，求该雷达的距离分辨力。 3. 已知一X 波段雷达，其工作波长为3cm ，若一目标以300s km /向着雷达站飞行，计算 回波信号的多普勒频移。 4. 已知某雷达波长cm 10=λ，MW P t 2=，5000=G ，pW S i 0 5.0min .=，求其对一架 有效反射面积2 10m =σ的飞机的最大探测距离。 5. 所需条件仍与上题一致，求当目标在波束轴上距离雷达为300km 时，接收机输入的实际 回波功率r S 为多少？ 6. 雷达常用的发射机哪两类，特点是什么？接收机通常采用什么形式？如何理解超外差？ 7. 雷达进行目标检测时，门限电平与发现概率和虚警概率的关系是怎样的？要在虚警概率 保持不变的情况下提高发现概率，则应调整哪些参数？ 8. 积累可提高接收机输出信噪比，在其他参数不变的情况下，81个脉冲的理想相干积累将 使雷达作用距离提高为原来的多少倍？ 9. 在脉冲法测距中，测距模糊的出现原因是什么？若常规脉冲雷达发射信号脉冲宽度 s μτ1=，脉冲重复周期kHz T r 5=，则最大单值不模糊距离和距离分辨力各为多少？ 10. 已知一毫米波雷达，其参数为mm 3=λ（-2.5），kW P t 4=（3.6），dB G 37=， MHz B n 20=（73），dB F n 10=，dB L 6=，dB N S o 13)/(=，求2 20dBm =σ和 220dBm -=σ时的最大探测距离。 11. 某雷达波长cm 5.5=λ（-1.26），dB G 40=，在其300km （5.48）的作用距离上检测概 率为90%，虚警概率为610-，且知2 1m =σ（0），dB F n 10=，MHz B n 20=（73）， 试问在不计发射和接收的损耗并忽略大气损耗情况下，在测量期间要发射的最小能量应该是多少？ 12. 为了充分利用雷达的最大作用距离km R 200max =，载有发现低飞目标雷达的飞机应飞 在怎样的高度上？（目标飞机高度不小于50m ） 13. 地面雷达站发现在离地300km 高度上飞行的人造地球卫星的直视距离有多大？ 14. 简述距离分辨力的定义。写出电子测距时距离分辨力的求解公式，并简单说明其原理。 15. 某常规脉冲雷达采用二重复频率脉冲法测距，采用的二重复频率分别为15000r f Hz =， 26000r f Hz =，脉冲宽度为0.2s τμ=，用1r f 测得的目标模糊距离为5km ，用2r f 测 得的目标模糊距离为10km ，求： 1)该雷达的距离分辨力； 2)目标的真实距离。
经典雷达资料-第15章 动目标显示(MTI)雷达-3
图1５.２４显示了反馈对改善因子I的影响。这些曲线是在假设天线的方向图只取(sｉn U)/U第一对零点之间的曲线情况下计算出的。图示的无反馈的几条曲线与如图１5.12所示显示的具有高斯形状方向图的理论曲线几乎完全相同(说明反馈对三路延迟对消器影响是一条曲线而不是直线，这是因为在3个零点中,已有两个零点不在原点上,并且根据波束宽度内有1４个脉冲的实际情况，它们已沿单位圆移动了最佳量。因此，当波束宽度内有40个脉冲时,这两个零点由于离原点太远而不起太大的作用)。 从理论上讲,采用数字滤波器来合成各种形状的速度响应曲线是可能的[１6］。对Ｚ平面上的每对零点和每对极点而言，都需要两个延迟线，用前馈路径控制零点位置,而用反馈路径控制极点位置。 速度响应曲线的形状可以仅用前馈而不用反馈来实现。不采用反馈的主要优点是对消器具有很好的瞬态响应,这是相控阵或系统存在脉冲噪声干扰时的一项重要的考虑因素。如果相控阵雷达使用反馈对消器,则在对消器的瞬态振铃还未下降到容许的电平之前，波束就已经改变了位置，因而许多脉冲不得不落在波束以外。人们已提出一种预置技术来缓解这种现象[2０],但仅仅部分地降低瞬态稳定时间。若只使用前馈，则在波束移动后仅有3个或4个脉冲被去掉。采用前馈控制速度响应曲线的形状的缺点是，对每个用于形成速度响应的零点都需附加一个延迟线。此外,若采用零点来形成速度响应，则曲线就会导致改善因子引入一个固有的损耗。这个损失可能很重要也可能不重要，需根据杂波谱展宽的程度和对消所需零点数来确定。图15．25画出了只用前馈形成的四脉冲对消器的速度响应曲线和Z平面图。图中同时还画出了五脉冲前馈对消器和三脉冲反馈对消器的速度响应曲线。在给出的对消器中,无论杂波谱扩展程度为多少,三脉冲反馈对消器的改善因子潜力均比四脉冲前馈对消器大约好４dＢ。 图１５．24 扫描对具有反馈的对消器改善因子的限制 曲线是在假定天线方向图只取sin U／U第一对零点之间的形状时，由计算机计算出来的。
雷达原理复习提纲1课案
雷达 ——Radar (Radio detection and ranging) ——无线电探测和测距。 定义： 雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测定目标信息的设备。早期任务：测距、探测 现代任务：获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等 1、电磁波特性 直线传播 二次辐射（反射） 实际空间充满了各种不同电磁特性的介质。电磁波在不同介质中传播表现出不同的特性。人们正是通过这些不同的特性获取介质或目标性质性的理论依据。因此电波传播是无线通信、遥感、目标定位和环境监测的基础。 2、发现目标方法及原理 3、雷达回波中的可用信息 回波中可提取的信息： i.距离和空间角度 ii.目标位置变化（时间变化规律） iii.目标尺寸和形状（分辨率） iv.目标形状的对称性（极化） v.表面粗糙度及介电特性 4、雷达基本工作原理 由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再定向辐射于大气中，如果目标位于定向天线波束内，截取一部分电磁能，再将这些截取能量向各方向散射，部分能量进入到雷达接收机。接收机将散射回波信号经信号处理送终端显示。
测定目标距离 目标斜距的测量 2r Ct R = 或 C R t r 2=
R ：单程距离m ， 往返时间s ，C 光速 ，1μs→150m 测距精度与发射信号（时宽）带宽（成处理后脉冲宽度）有关，脉冲越窄、性能越好 测定目标角度 一般用密位表示，2π=6000 密位=360° 角位置指方位成仰角，利用天线的方向性来实现。 天线尺寸越大→测角精度越低 回波波前方向（角位置）还可以利用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。 相对速度的测量 λ r d v f 2= 式中, f d 为多普勒频移，单位为Hz; v r 为雷达与目标之间的径向速度， 单位为m/s; λ为载波波长，单位为m 。 λ θ cos 2r d v f = 当目标向着雷达站运动时, v r ＞0, 回波载频提高; 反之v r ＜0, 回波载频降低。雷达只要能够测量出回波信号的多普勒频移f d , 就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。径向速度也可以用距离的变化率来求得, 此时精度不高但不会产生模糊。无论是用距离变化率或用多普勒频移来测量速度, 都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。 多普勒频移除用作测速外, 更广泛的是应用于动目标显示(MTI)、脉冲多普勒(PD)等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。 雷达探测能力→基本雷达方程
雷达动目标显示MTI雷达
图15.24显示了反馈对改善因子I的影响。这些曲线是在假设天线的方向图只取(sin U)/U第一对零点之间的曲线情况下计算出的。图示的无反馈的几条曲线与如图15.12所示显示的具有高斯形状方向图的理论曲线几乎完全相同（说明反馈对三路延迟对消器影响是一条曲线而不是直线，这是因为在3个零点中，已有两个零点不在原点上，并且根据波束宽度内有14个脉冲的实际情况，它们已沿单位圆移动了最佳量。因此，当波束宽度内有40个脉冲时，这两个零点由于离原点太远而不起太大的作用）。 从理论上讲，采用数字滤波器来合成各种形状的速度响应曲线是可能的[16]。对Z平面上的每对零点和每对极点而言，都需要两个延迟线，用前馈路径控制零点位置，而用反馈路径控制极点位置。 速度响应曲线的形状可以仅用前馈而不用反馈来实现。不采用反馈的主要优点是对消器具有很好的瞬态响应，这是相控阵或系统存在脉冲噪声干扰时的一项重要的考虑因素。如果相控阵雷达使用反馈对消器，则在对消器的瞬态振铃还未下降到容许的电平之前，波束就已经改变了位置，因而许多脉冲不得不落在波束以外。人们已提出一种预置技术来缓解这种现象[20]，但仅仅部分地降低瞬态稳定时间。若只使用前馈，则在波束移动后仅有3个或4个脉冲被去掉。采用前馈控制速度响应曲线的形状的缺点是，对每个用于形成速度响应的零点都需附加一个延迟线。此外，若采用零点来形成速度响应，则曲线就会导致改善因子引入一个固有的损耗。这个损失可能很重要也可能不重要，需根据杂波谱展宽的程度和对消所需零点数来确定。图15.25画出了只用前馈形成的四脉冲对消器的速度响应曲线和Z平面图。图中同时还画出了五脉冲前馈对消器和三脉冲反馈对消器的速度响应曲线。在给出的对消器中，无论杂波谱扩展程度为多少，三脉冲反馈对消器的改善因子潜力均比四脉冲前馈对消器大约好4dB。 图15.24 扫描对具有反馈的对消器改善因子的限制 曲线是在假定天线方向图只取sin U/U第一对零点之间的形状时，由计算机计算出来的。 五脉冲对消器被Zverev称为线性相位[21]MTI滤波器[22]。4个零点分别位于Z平面实轴的+1，+1，-0.3575和-2.7972。许多关于滤波器综合的文献都描述过这种线性相位的滤波器，但对MTI应用而言，线性相位并不重要。如图15.25所示，若采用非线性相位滤波器只需要极少的脉冲就可以得到几乎和线性相位滤波器相同的响应曲线。由于在波束照射目标期间可利用的脉冲数是固定的，一个也不能浪费，所以人们应当选用那些只使用极少脉冲数的非线性相位滤波器。 图15.25 赋形速度响应曲线的前馈对消器与三脉冲反馈对消器的比较
【目标管理)经典雷达资料第章动目标显示(MTI)雷达
（目标管理）经典雷达资料第章动目标显示(MTI)雷达
图15.24显示了反馈对改善因子I的影响。这些曲线是于假设天线的方向图只取(sin U)/U第壹对零点之间的曲线情况下计算出的。图示的无反馈的几条曲线和如图15.12所示显示的具有高斯形状方向图的理论曲线几乎完全相同（说明反馈对三路延迟对消器影响是壹条曲线而不是直线，这是因为于3个零点中，已有俩个零点不于原点上，且且根据波束宽度内有14个脉冲的实际情况，它们已沿单位圆移动了最佳量。因此，当波束宽度内有40个脉冲时，这俩个零点由于离原点太远而不起太大的作用）。 从理论上讲，采用数字滤波器来合成各种形状的速度响应曲线是可能的[16]。对Z平面上的每对零点和每对极点而言，均需要俩个延迟线，用前馈路径控制零点位置，而用反馈路径控制极点位置。 速度响应曲线的形状能够仅用前馈而不用反馈来实现。不采用反馈的主要优点是对消器具有很好的瞬态响应，这是相控阵或系统存于脉冲噪声干扰时的壹项重要的考虑因素。如果相控阵雷达使用反馈对消器，则于对消器的瞬态振铃仍未下降到容许的电平之前，波束就已经改变了位置，因而许多脉冲不得不落于波束以外。人们已提出壹种预置技术来缓解这种现象[20]，但仅仅部分地降低瞬态稳定时间。若只使用前馈，则于波束移动后仅有3个或4个脉冲被去掉。采用前馈控制速度响应曲线的形状的缺点是，对每个用于形成速度响应的零点均需附加壹个延迟线。此外，若采用零点来形成速度响应，则曲线就会导致改善因子引入壹个固有的损耗。这个损失可能很重要也可能不重要，需根据杂波谱展宽的程度和对消所需零点数来确定。图15.25画出了只用前馈形成的四脉冲对消器的速度响应曲线和Z平面图。图中同时仍画出了五脉冲前馈对消器和三脉冲反馈对消器的速度响应曲线。于给出的对消器中，无论杂波谱扩展程度为多少，三脉冲反馈对消器的改善因子潜力均比四脉冲前馈对消器大约好4dB。 图15.24扫描对具有反馈的对消器改善因子的限制 曲线是于假定天线方向图只取sin U/U第壹对零点之间的形状时，由计算机计算出来的。 五脉冲对消器被Zverev称为线性相位[21]MTI滤波器[22]。4个零点分别位于Z平面实轴的+1，+1，-0.3575和-2.7972。许多关于滤波器综合的文献均描述过这种线性相位的滤波器，但对MTI应用而言，线性相位且不重要。如图15.25所示，若采用非线性相位滤波器只需要极少的脉冲就能够得到几乎和线性相位滤波器相同的响应曲线。由于于波束照射目标期间可利用的脉冲数是固定的，壹个也不能浪费，所以人们应当选用那些只使用极少脉冲数