雷达原理及系统课件：第5章雷达作用距离
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雷达侦察作用距离(本科)
切线信号灵敏度PTSS和工作灵敏度POPS定义
在输入脉冲功率电平作用下,接收机输出端 脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声( 只有接收机内噪声时)的顶部在一条直线上( 相切),则称此输入脉冲信号功率为切线信号 灵敏度PTSS。
当输入信号处 于切线电平时, 接收机输出端 视频信号与噪 声的功率比约 为8dB。
修正的侦察方程
(1)雷达发射机到雷达发射天线间的馈线损耗L1≈3.5dB; (2)雷达发射天线波束非矩形损失L2≈1.6～2dB; (3)侦察天线波束非矩形损失L3≈1.6～2dB; (4)侦察天线增益频带内变化所引起损失L4≈2～3dB;
(5)侦察天线与雷达信号极化失配损失L5≈3dB;
(6)从侦察天线到接收机输入端的馈线损耗L6≈3dB
工作灵敏度POPS的定义为:接收机输入端在 脉冲信号作用下,其视频输出端信号与噪声 的功率比为14dB时,输入脉冲信号功率为接 收机工作灵敏度POPS。 工作灵敏度的换算 PTSS+3dB 平方律检波 POPS= PTSS+6dB 线性检波
5.2 侦察作用距离
简化的侦察方程
假设侦察机和雷达的空间位置如图5―5所示,雷 达的发射功率为Pt,天线的增益为Gt,雷达与侦察 机之间的距离为R,当雷达与侦察天线都以最大增 益方向互指。
2 PG t t Rr 2 0.1L (4 ) P 10 r min 1 2
侦察的直视距离
在微波频段以上,电波是近似直线传播的,地球表面 的弯曲对传播有遮蔽, 侦察机与雷达间的直视距离 受到限制。假设雷达天线和侦察天线高度分别为 Ha,Hr, R为地球半径, 直视距离为
侦察接收天线收到的雷达信号功率
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5.1.2 切线信号灵敏度PTSS的分析计算 侦察接收机与雷达接收机有两点明显的不同。首 先,雷达接收机的检波前滤波器、检波后滤波器都与其 接收信号处于准匹配状态;而对于侦察接收机来说,由于 侦收的都是未知信号,检波前和检波后的滤波器都与其 接收的雷达信号处于严重失配状态,检波前的滤波器带 , 宽∆fR 与检波后的视放带宽∆fV之比相差很大(雷达接收 机中∆fR/∆fV≈2);
2bPTSS b 1+ ≈ 1 + PTSS a a
代入(5―16)式,经配方整理,可得
2 2 KC KC ∆ f R2 A∆ fV = KT0 FR [ + 2 2 ]W ∆ f R + KC 2 f R ∆ fV − ∆ fV2 + 2 4 GR FR
PTSS
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
(5―21)
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
4. 检波前增益很高 A∆ fV 检波前增益很高, 2 2 GR FR 很小,切线信号灵敏度可按下式近似: 2 A∆ fV KC ∆ f R2 时, 当 ∆ fV ≤ ∆ f R ≤ 2∆ fV , 2 2 << 2∆ f R ∆ fV − ∆ fV2 +
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
图5―3 输入信号、噪声功率谱及放大器的幅频特性 (a)输入信号功率谱;(b)输入噪声功率谱; (c)放大器的幅频特性
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
因此,检波输出的噪声功率谱F(f)由下式给出:
γ2 ∆ fR 2 2 R [W0 ( ∆ f R − f ) + PS 0W0 ] 0 ≤ f ≤ 2 V F( f ) = 2 ∆ fR γ [W 2 ( ∆ f − f )] < f < ∆ fR 0 R 2 RV 2
雷达原理介绍ppt课件
的射频信号进行下变频以转化为视频信号（即中心频率等
于0）。正交解调接收机即可完成这样的下变频处理：
sm(t) = s(t) exp(-j2 f0t) 可见，正交解调处理将信号的中心频率降低了 f0 。
|s( f )|
s(t)
sm(t)
正交解 调前
exp(-j2 f0t)
0 |sm( f )|
f0
f
正交解
基本原理
发射系统 接收系统
目标
将雷达的接收信号与发射信号进行比较，就可 以获得目标的位置、速度、形状等信息，根据这些 信息，雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识 别等任务。
基本原理
发射信号：
Tp
t
Tr
雷达发射周期性脉冲，记脉冲宽度为 Tp，重复周期为 Tr，雷达峰值功率（即脉冲期间的平均功率）为Pt，雷达 平均功率（即周期内的平均功率）为Pav，工作比（即脉冲 宽度与重复周期之比）为D。显然有：
SNR = Ps / Pn 显然SNR越高，目标回波就越显著，就越有利于信号分析。
发射功率
不考虑各种损耗，影响目标回波峰值功率Ps的因素有：
雷达发射峰值功率Pt、目标的雷达截面积（RCS） 、目
标与雷达的相对距离R。它们之间存在关系：
Ps= Pt /R4 是与雷达系统及环境有关的常数。若 过小或R过大，则
Tp
t
响应的 3dB宽度称为雷 达距离分辨率，它表征 了雷达将相邻目标区分 开的能力。若接收机没 有脉冲压缩，可用发射
与雷达相距r的目标回波相对于发射脉冲 脉宽Tp近似距离分辨率；
的延时 = 2r / c，c为电磁波的传播速度。 若有脉冲压缩，分辨率
那么，与雷达的相对距离差为r的两个
雷达原理第三版丁鹭飞精品PPT课件
设雷达发射功率为Pt, 雷达天线的增益为Gt, 则在自由空间
工作时, 距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
目标受到发射电磁波的照射, 因其散射特性而将产生散射回波。
散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散
Pr
Si min
PtAr2 42Rm4 ax
PtG 22 (4 )3 Rm4 ax
(5.1.7)
第 5 章 雷达作用距离
或
1
Rmax
PtAr2
42
Si
min
4
1
Rmax
PtG 22 (4 )3 Si min
4
(5.1.8) (5.1.9)
式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式, 它表明了作 用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系。
第 5 章 雷达作用距离
5.2 最小可检测信号
5.2.1 典型的雷达接收机和信号处理框图如图5.2所示, 一般把检波
器以前(中频放大器输出)的部分视为线性的, 中频滤波器的特性 近似匹配滤波器, 从而使中放输出端的信号噪声比达到最大。
第 5 章 雷达作用距离
Si min
kT0BnF
n
S N o min＝Do
Pr
Ar S2
PtGtA (4R2 )2
(5.1.4)
第 5 章 雷达作用距离
由天线理论知道, 天线增益和有效面积之间有以下关系:
G
4A 2
式中λ为所用波长, 则接收回波功率可写成如下形式:
Pr
PtGtGr2 (4 )3 R4
《雷达原理与系统》PPT课件
W
G 发射天线增益
倍
Ar 接收天线有效面积（孔径）m2
工作波长 m
目标的雷达截面积 m2
R 雷达与目标之间的距离 m
Pr min 接收机灵敏度 W
未考虑因素：大气衰减与路径（多精径选，课件曲p率pt），目标特性与起伏
9
1.1 雷达的任务
举例：
某雷达发射脉冲功率为200KW，收发天线增益为30dB，波长0.1m，抗研究所 2014年2月
精选课件ppt
1
主要内容
1、绪论
2、雷达发射机
3、雷达接收机
4、雷达终端显示器与录取设备
5、雷达作用距离
6、目标距离的测量
7、目标角度的测量
8、目标速度的测量
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2
主要内容
9、连续波雷达 10、脉冲多普勒雷达 11、相控阵雷达 12、数字阵列雷达 13、脉冲压缩雷达 14、双基地雷达 15、合成孔径雷达
收发信号载波频率的差（多卜勒频率）
举例：
fd
ttrt2Vr
2t
tr 2R0Vrt c
频率为10GHz的雷达，当目标径向速度为300m/s时，其多卜勒频率为
c f3 1 1 18 0 H m 0 0/s z0 .0m 3 ,fd2 0 3 .0m m 0 3 /s 0 2K 0Hz
精选课件ppt
8
灵敏度为-110dBm，不考虑大气损耗等，试求其对=1m2目标的最大作用
距离
1
Rm
ax
2
105 1032 0.12
4 3 1014
1
4
1
2 1023
4 3
4
100.786km
精选课件ppt
雷达基本工作原理ppt课件
3 对方位分辨率和测方位精度的关系
工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进 度越高
4 抗杂波干扰能力的关系
工作波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大
29
5.2 脉冲宽度对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
脉冲宽度越大，能量越大，作用距离越大
2 对最小作用距离的关系
固定距标圈 荧光屏边缘
10
1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理 Δ t: 往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理 借助于定向天线 － 扫描.
11
2 雷达基本组成
微波传输线 发射脉冲
发射机
天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
测 (2)
无视线限制
测量目标参数 距离，方位，速度，航向...
导航 (1) 避碰
(2) 定位
7
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动 船桥系统是未来主要的导航系统
8
1.3雷达考核内容
雷达结构及其工作原理 雷达影像失真的特点及其产生原因 影响雷达正常观测的诸要素 雷达测距/测方位 雷达定位与导航 雷达航标
28
5.1 工作波长对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的rmax要比10cm的大 雨雪天，则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多
2 对距离分辨率和测距精度的关系
工作波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有 利于缩短脉冲宽度，提高距离分辨率
工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进 度越高
4 抗杂波干扰能力的关系
工作波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大
29
5.2 脉冲宽度对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
脉冲宽度越大，能量越大，作用距离越大
2 对最小作用距离的关系
固定距标圈 荧光屏边缘
10
1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理 Δ t: 往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理 借助于定向天线 － 扫描.
11
2 雷达基本组成
微波传输线 发射脉冲
发射机
天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
测 (2)
无视线限制
测量目标参数 距离，方位，速度，航向...
导航 (1) 避碰
(2) 定位
7
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动 船桥系统是未来主要的导航系统
8
1.3雷达考核内容
雷达结构及其工作原理 雷达影像失真的特点及其产生原因 影响雷达正常观测的诸要素 雷达测距/测方位 雷达定位与导航 雷达航标
28
5.1 工作波长对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的rmax要比10cm的大 雨雪天，则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多
2 对距离分辨率和测距精度的关系
工作波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有 利于缩短脉冲宽度，提高距离分辨率
《雷达基本工作原理》PPT课件(2024)
雷达抗干扰与隐身技术探讨
2024/1/28
15
常见干扰类型及抗干扰措施
有源干扰
通过发射与雷达信号相似的干扰信号，使雷达难以区分目标 回波和干扰信号。
2024/1/28
无源干扰
利用反射、散射等方式，使雷达信号偏离目标或产生虚假目 标。
16
常见干扰类型及抗干扰措施
01
02
03
信号处理技术
采用先进的信号处理技术 ，如脉冲压缩、动目标检 测等，提高雷达抗干扰能 力。
2024/1/28
雷达定义
利用电磁波的反射原理进行目标 探测和定位的电子设备。
发展历程
从20世纪初的萌芽阶段到二战期 间的广泛应用，再到现代雷达技 术的不断创新和发展。
4
雷达应用领域及重要性
应用领域
军事、民用航空、气象、海洋监测、 地质勘探等。
重要性
在各个领域发挥着不可替代的作用， 如保障国家安全、提高航空安全、预 测天气变化等。
强化信号处理部分
信号处理是雷达技术的核心，建议增加相关 课时和实验，深入讲解信号处理技术。
2024/1/28
33
课程安排建议和拓展学习资源推荐
• 引入新技术：随着科技的发展，新型雷达技术不断涌现，建议课程中加入新型雷达技术的介绍和 讨论。
2024/1/28
34
课程安排建议和拓展学习资源推荐
2024/1/28
02
在安检、反恐、生物医学等领域 具有潜在应用价值。
2024/1/28
30
06
总结回顾与课程安排建议
2024/1/28
31
关键知识点总结回顾
雷达基本概念
雷达是一种利用电磁波进行探测和测 距的电子设备，广泛应用于军事、民 用等领域。
第五章 雷达作用距离-修改解读
KT0BnFn
检波器
检波后积累
检测装置
► 信噪比表示的雷达方程
检测门限
由
则
灵敏度
可得，
识别系数M
min
作用距离
灵敏度
min
检测因子
在接收机匹配滤波器输出端（检波器输入端）测量的信号噪声 功率比值。表示检测目标信号所需的最小输出信噪比称为D 0
► D0表示的雷达方程
带宽校正因子
雷达各部分损耗 引入的损失系数
第五章 雷达作用距离
作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达 能在多大的距离上发现目标。 作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射 机、接收系统、天线等分机参数，同时又和目标的性 质及环境因素有关。
第一节 雷达方程
雷达作用距离方程，表征雷达作用距离和发射机、接收系 §5.1.1 基本雷达方程 统、天线分机参数以及目标的性质、环境因素等的关系 距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度： 考虑到定向天线增益G： 目标散射截面积设为σ，则其接收的功率为σS1 以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：
第三节 积累对作用距离的改善
► 积累的作用：增加信号功率，提高检测性能 ► 积累的方法：相干积累，非相干积累
相干积累
在检波前完成，亦称检波前积累或中频 M个脉冲的中频理想积累可使信噪比提高为原来的M倍 积累，相干积累要求信号间有严格的相 位关系，即信号是相干的。
非相干积累
M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的 M～M倍之间
§5.3.1 积累效果
► 相干积累
1
原因：信号功率增大M 2 倍，噪声功率增大M 倍
► 非相干积累
,
1
积累效率
► 积累对作用距离的改善
检波器
检波后积累
检测装置
► 信噪比表示的雷达方程
检测门限
由
则
灵敏度
可得，
识别系数M
min
作用距离
灵敏度
min
检测因子
在接收机匹配滤波器输出端（检波器输入端）测量的信号噪声 功率比值。表示检测目标信号所需的最小输出信噪比称为D 0
► D0表示的雷达方程
带宽校正因子
雷达各部分损耗 引入的损失系数
第五章 雷达作用距离
作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达 能在多大的距离上发现目标。 作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射 机、接收系统、天线等分机参数，同时又和目标的性 质及环境因素有关。
第一节 雷达方程
雷达作用距离方程，表征雷达作用距离和发射机、接收系 §5.1.1 基本雷达方程 统、天线分机参数以及目标的性质、环境因素等的关系 距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度： 考虑到定向天线增益G： 目标散射截面积设为σ，则其接收的功率为σS1 以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：
第三节 积累对作用距离的改善
► 积累的作用：增加信号功率，提高检测性能 ► 积累的方法：相干积累，非相干积累
相干积累
在检波前完成，亦称检波前积累或中频 M个脉冲的中频理想积累可使信噪比提高为原来的M倍 积累，相干积累要求信号间有严格的相 位关系，即信号是相干的。
非相干积累
M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的 M～M倍之间
§5.3.1 积累效果
► 相干积累
1
原因：信号功率增大M 2 倍，噪声功率增大M 倍
► 非相干积累
,
1
积累效率
► 积累对作用距离的改善
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检测准则
降低门限的缺点：只要有噪声存在，其尖峰超过门限 电平的概率增加，虚警相应增加。 门限检测采用奈曼-皮尔逊准则：在给定的信噪比条件 下，在满足一定的虚警概率时的发现概率最大，或者 漏警概率最小。
§5.2.2 检测性能和信噪比
由： Pd＋Pla＝1， Pan＋Pfa＝1 雷达信号的检测性能由其发现概率Pd和 虚警概率Pfa定义
门限
输出包络超 过门限，认 为目标存在
§5.2.2 门限检测
信号是否超出门限判断目标有无的四种情况
发现：存在目标，判为目标－－－－－－－Pd 漏报：存在目标，判为无目标－－－－－－Pla 正确不发现：不存在目标，判为无目标－－Pan 虚警：不存在目标，判为目标－－－－－－Pfa
显然 Pd＋Pla＝1， Pan＋Pfa＝1
第五章 雷达作用距离
第一节 雷达方程
§5.1.1 基本雷达方程
距离R 处任一点处的雷达发射信号
功率密度：S1
Pt
4 R2
考虑到定向天线增益Gt：
目标的雷达散射面积
S1
PtGt
4 R2
目标接收到的功率： S1
以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：
雷达收到功率：Pr
Ar S2
PtGt Ar (4 )2 R4
S2
S1 4 R2
4 R2
PtG
4 R2
雷达天线接收面积
接收功率Pr 为接收机最小检测功率Simin 最大测量距离
1
Rmax
PtGt Ar (4 )2 Simin
4
当接收功率为接收机最小检测功率Simin时 Rmax
收发不同天线时，最大作用距离
1
Rmax
PtGt Ar (4 )2 Simin
灵敏度
Si min
kT0 Bn Fn
S N
o min
信噪比的接收信号能量表示形式
简单矩形脉冲： 能量 功率 脉冲宽度
S S S Er
N N0 Bn N0 N0
检测因子
噪声功率谱密度
D0
S N
o min
Er N0
o min
S N
o min
Er N0
o min
检测目标信号所需的最小输出信噪比
PtG2 2 (4 )3 Simin
4
Pt A2 4 2Simin
4
A G2 4
R4max ∝1/λ2
天线面积不变时，波长λ增加天线增益下降，Rmax下降；天 线增益不变时，波长λ增加要求天线面积增加，天线有效面 积增加→ Rmax增加。
总结：
基本雷达方程给出了作用距离和各参数间的定量关系， 但由于未考虑设备的实际损耗和环境因素，且目标有效反 射面积σ和最小可检测信号Simin不能准确预定，因此仅用来 作估算的公式，考察各参数对作用距离的影响。
➢ 接收仅为回波信号，任何微弱信号都可被检测 ➢ 接收=回波+噪声(干扰) ，微弱信号检测困难
噪声是限制微弱信号检测的基本因素 雷达检测取决于信噪比 首先决定可靠检测的信噪比要求
§5.2.1 最小可检测信噪比
Simin
Si min Ni
匹配接收机
So No
min
检波器
检波后积累
检测装置
D0表示的雷达方程
1
1
Rmax
PtG2 2 (4 )3 Simin
4
(4
)3
PtG2
kT0 Bn Fn
2
(S
4
N )omin
1
1
Rmax
(4
PtG2 2
)3 kT0BnFn
D0
4
4
Pt A2
2kT0 Bn Fn
D0
4
能量形式的雷达方程
1
1
Rmax
EtG2 (4 )3 kT0
2
Fn D0
4
Pt A2 4 2kT0BnFnD0
4
接收检测系统方框图
将积累输出与某一 门限电压比较
Simin
Si min Ni
匹配接收机
So No
min
检出信号包络
检波器
检波后积累
检测装置
KT0Bn
在中频部分对单个脉冲 信号进行匹配滤波
对检波后的n个脉 冲进行加权积累
KT0Bn
信噪比表示的雷达方程
门限
F Si Ni 灵敏度 So No
Si
FNi
So No
FkT0 Bn
So No
Simin
FkT0 Bn
So No
min
识别系数M
1
1
RmaxBiblioteka PtG2 2 (4 )3 Simin
4
(4
)3
PtG2
kT0 Bn Fn
2
(S
4
N )omin
4
收发同天线时
Ar At A
Gr Gt G
1
1
Rmax
PtG2 2 (4 )3 Simin
4
Pt A2 4 2Simin
4
A G2 4
雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ、 Simin、噪声和 其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。
R4max∝λ2
1
1
Rmax
虚警概率Pfa
接收机中放上的噪声通常是宽带高斯噪声，其概率密度
函数：
p(v)
1
2
exp
v2
2 2
高斯噪声通过窄带中频滤波器（带宽<<噪声中心频率）
后加到包络检波器，输出噪声电压包络振幅的概率密度
函数：
p(r)
r
2
exp
r2
2 2
r0
设置门限电平VT，则Pfa（噪声包络超 过门限的面积）即虚警概率：
Pfa P(VT
r )
VT
r
2
exp
r2
2 2
dr
exp
VT 2
2 2
当噪声分布函数一定时，虚警大小完全取决于门限
散射总功率 照射功率密度
4 *
返回接收机每单位立体角内的回波功率 入射功率密度
➢ 在远场条件（平面波照射的条件）下，目标处每单 位入射功率密度在接收机处的单位立体角内产生的 反射功率乘以4π。
➢ 导电良好、各向同性的金属球σ=球体几何投影面积。 ➢ 外形复杂的实际目标，不同照射方向有不同的σ值。
习题
雷达在噪声和其他干扰背景下检测目标，同时，复杂目 标的回波信号本身存在起伏，因此，接收机输出的是一个 随机量。雷达作用距离也不是一个确定值而是统计量，通 常只在概率意义上讲，当虚警概率（如10-6）和发现概率 （如90%）给定时的作用距离是多大。
§5.1.2 目标的雷达截面积
目标的雷达截面积定义： 实际测量：
设单基地雷达目标距离为R0 ，当标准金属圆 球（截面积为σ）置于目标方向离雷达R0 /2处 时，目标回波的平均强度正好与金属球的回波 强度相同，试求目标， 的雷达横截面积。
解：
Pr
PtG2 2 (4 )3 R0 2
4
PtG2 2 t (4 )3 R04
t
R04
R0 24
16
第二节 最小可检测信号