雷达的探测概率和信噪比(精)
经典雷达资料-第2章--雷达距离估算
第2章雷达距离估算Lamont V. Blake2.1 引言对于自由空间中特定目标的检测（该目标的检测受热噪声的限制），雷达最大作用距离估算的基本物理机理从雷达出现起就为人所熟知。
本章的术语自由空间指以雷达为球心、半径远远延伸到目标之外的球形空域内仅有雷达和目标。
本章采用的自由空间定义对具体的雷达而言是相当准确的，而通用定义是冗长的，且用处不大。
该定义还暗示，自由空间内可被检测的雷达频率电磁波除了来源于雷达自身的辐射外，仅来自于自然界热或准热噪声源，如2.5节所述。
尽管上述的条件是不可能完全实现的，但是它接近许多雷达的实际环境。
在许多非自由空间和完全非热噪声的背景下，估算问题要复杂得多。
这些在早期分析中没有考虑到的复杂性也是由接收系统电路的信号和噪声关系的改变（信号处理）引起的。
在本章中将给出自由空间方程，讨论基本的信号处理，以及考虑一些十分重要的非自由空间环境下的方程和信号处理。
另外还将考虑一些常见非热噪声的影响。
虽然不可能涉及所有可能的雷达环境，但是本章所叙述的方法将简要地说明那些适合于未考虑到的环境和条件的必然方法的一般性质。
一些要求采用特定分析的专用雷达将在后面章节中叙述。
定义雷达作用距离方程包含许多雷达系统及其环境的参数，其中一些参数的定义是相互依赖的。
正如2.3节所讨论的，某些定义含有人为因素，不同作者使用不同的作用距离方程因子定义是常见的。
当然，若存在被广泛接受的定义，则采用该定义。
但更重要的是，虽然某些定义允许一定的随意性，但是一旦一个距离方程因子采用特定的定义，则一个或更多的其他因子的定义将不再具有随意性。
例如，脉冲雷达的脉冲功率和脉冲宽度的定义各自均具有很大的随意性，但是一旦任何一个定义被确定，那么另一个定义将由限制条件决定，即脉冲功率与脉冲宽度的乘积必须等于脉冲能量。
在本章中将给出一套定义，该定义遵循上述准则，并已被权威组织采纳。
约定由于传播途径因子和其他距离方程因子的变化很大，因此在这些因子的具体值未知的标准条件下，某些约定是估算作用距离所必需的。
雷达检测概率模型研究
雷达检测概率模型研究作者：李秀金王坤范江涛于卫刚来源：《现代电子技术》2013年第21期摘要：针对传统雷达检测概率计算复杂性的问题，基于雷达方程和Albersheim公式，推导了任意虚警概率下雷达检测概率与目标距离之间的关系，建立了一种易于计算的雷达检测概率模型。
并根据典型雷达参数，对不同虚警概率和脉冲积累时的雷达检测概率模型进行了仿真分析，仿真结果准确可信。
该模型对敌我攻防作战的规划具有一定的参考价值。
关键词： Albersheim公式；检测概率模型；虚警概率；脉冲积累；仿真分析中图分类号： TN957⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）21⁃0018⁃030 引言在日益复杂的电磁权争夺战中，雷达组网以其巨大优势成为雷达对抗中最为有效的方法之一。
在雷达网优化部署和制定突防策略时，雷达在不同距离处的检测概率是一项重要的性能指标。
雷达检测概率与虚警概率、信噪比及雷达性能参数有关，在传统方法中，计算公式非常复杂，计算难度较大。
在工程应用中，对雷达检测概率的计算常常利用查表法进行，使用起来极为不便。
文献[1]和[2]分别采用不同的模型计算了雷达在不同距离处的检测概率，然而分析表明这两种模型只适用于目标雷达散射截面积（RCS）服从瑞利分布的情况，而没有考虑脉冲积累对检测概率的影响。
本文根据Albershem经验公式[3⁃5]建立了一个计算简单、适用性更广的雷达检测概率模型，并依据典型雷达参数，仿真分析了不同虚警概率和不同脉冲积累时雷达检测概率关于目标距离的变化特性，重点分析了雷达在虚警概率为10-6时的检测概率变化特点，为组网雷达优化部署和制定突防策略提供了重要的理论支撑。
1 传统雷达检测概率模型通常加到接收机中频滤波器（或中频放大器）上的噪声是宽带高斯噪声，其概率密度[6]为：[pv=12πexp-v22σ2] （1）式中：[pvdv]为噪声电压处于[v]和[v+dv]之间的概率；[σ2]为噪声容差，噪声均值为零。
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
雷达侦察作用距离与截获概率
Gr 2
m in10 0.1L
1/ 2
3. 侦察的距离优势
侦察视距
A
B
C
Hr
Ha
R
RSR 4.1( H a H r )
侦察作用距离：
Rr
Pt Gt Gr 2 (4 ) 2 Pr min
1/ 2
雷达作用距离：
优势：
Ra
Pt
(4
Gt2 2
3）检波前增益不足
此时无射频放大器或者射频放大器增益不足。 因子 Afv 很大，灵敏度计算可以近似为：
当fGVR2 FR2 fR 2fV 时，
PTSS
114dBm FR
10 lg3.1f
R2.5
Af v
G
2 R
FR2
当 fR 2fV时
PTSS
PTSS
114dBm
FR
10 lg3.1f
R2.5
2f R fV
fV2
1.5f
2 R
Af v
G
2 R
FR2
上式中fR 和 fV以MHz为单位，FR以dB为单位。
2） fR 2fV
此时射频带宽比视频带宽大，为宽带接收机的情 况。采用平方率检波器时，信号切线灵敏度为
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5．1 侦察系统的灵敏度 5．2 侦察作用距离 5．3 侦察截获概率与截获时间
5．1 侦察系统的灵敏度
1. 灵敏度定义 1) 切线信号灵敏度 在某个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接收机内部的基线噪声的顶部 在一条线上相切，称此时的输入信号功率为切线信号灵 敏度PTSS。如图示当
雷达基本理论与基本原理
雷达基本理论与基本原理一、雷达的基本理论 1、雷达工作的基本过程发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。
向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。
2、雷达工作的基本原理一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。
目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。
如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。
该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2rd v f λ=,即可得到目标的速度。
3、雷达的主要性能参数和技术参数 3.1 雷达的主要性能参数 3.1.1 雷达的探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。
3.1.2 测量目标参数的精确度和误差精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。
3.1.3 分辨力指雷达对两个相邻目标的分辨能力。
可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。
距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2c R τ∆=。
因此，脉宽越小，距离分辨力越好3.1.4数据率雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。
3.1.5 抗干扰能力指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。
3.1.6 雷达可靠性分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。
3.1.7 体积和重量体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。
雷达接收机的噪声系统及灵敏度
雷达接收机的噪声系统及灵敏度接收机是雷达系统中必不可少的的一部分，而接收机性能也关系到雷达的正作。
接收机根据其系统架构可以分成：超外差接收机、宽带中频接收机、零中频接收机、数字中频接收机等。
接收机在朝着高集成度、低功耗、射频前端的软件化、数字化发展。
雷达接收机的射频前端主要进行的是滤波、放大、频率转换等信号处理，而固有噪声存在于整个接收机前端系统，从而对接收的雷达信号产生影响，降低了输入射频信号的信噪比。
而噪声系数(NF)就是对这种影响的度量。
所有接收机的灵敏度都受到热噪声的限制，而在雷达中，主要是来自接收机的热噪声(而不是外部噪声源)。
噪声系数系统的噪声系数决定了最小可检测有用信号或者接收机的灵敏度。
噪声系数的线性描述-噪声因子，是一个无单位的量，它是接收机所有的输出噪声(包括输入信号引入的噪声和接收器本身产生的噪声)和仅有输入噪声产生的输出噪声之比。
式中，SNRin是接收机输入信噪比，SNRout是接收机输出信噪比。
级联系统的噪声系数可由如下公式表征。
假设在一系列放大器链路中，第一级放大器的增益是G1、噪声系数为F1，第二级放大器的的增益是G2、噪声系数为F2，第三级放大器的增益是G3、噪声系数为F3，以此类推，那么总的噪声系数F如下式所示：如果G1值很高，那么除了F1之外，其他项的贡献都可以忽略不计，这是一个良好设计系统追求的目标。
因此，系统噪声系数很大程度上取决于接收机链路的第一级。
在大多数现代雷达系统中，采用基于砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)的半导体低噪声放大器(LNA)。
这些部件彻底改变了雷达接收机的设计，使雷达接收机噪声系数轻松提高1dB，这比以前的系统好10倍左右。
当然，做任何事情都是需要代价的，避免失真也是至关重要的，因此低噪声放大器具有线性是至关重要的。
一个非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏线性度，因此，在线性度和噪声系数之间进行权衡是接收机设计的一个重要方面。
在有源电子扫描阵列(AESA)雷达中，通常在阵列的每个发射/接收模块中包含一个低噪声放大器，这减少或消除了在后续接收机的输入端接入低噪声放大器的需求。
基于APD阵列三维成像激光雷达信噪比分析
２１ ０ ０年 ２月
激 光 与 红 外
Ｌ ＥＲ ＆ Ｉ Ｒ ＡＳ ＮＦ ＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ． ０ ， １ ４ Ｎｏ． ２
Ｆ ｂ ｕｒ ２ １ ｅ ｒ ａｙ， ０ ０
文章编号： ０ － ７ （００ ０－１２ ４ １ １ ０８２ １）２ ３－ ０ ５ ０ ０
噪声 主要 有大气 的后 向散 射 和太 阳光辐 射引 入 的噪
信 噪 比 Ｓ Ｒ定 义 为 信 号 的峰 值 功 率 与 噪声 功 Ｎ 率 的均 方根 值 的 比值 。基 于 Ａ Ｄ阵列 的 三 维成 像 Ｐ
激光 雷 达系统 信 噪 比可 由公 式 （ ） ６ 表示 ｊ １：
声 。 内部 噪声 主要是 Ａ Ｄ的暗 电流 噪声 和热 噪声 。 Ｐ
ｔｒ ｓ ｏｄ ｖ ｌ ｇ ｆ Ｄ ａｒ ｙ ｅ ｅ ｄｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ Ａｎ ｌ ｅｓｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｄｃ ｔ ｈ ｔｓ ｌｃ ｉｇ ａ ｈ ｅ ｈ ｌ ｏ ｔ ｅｏ ａ ＡＰ ｒａ ｓｗ ｒ ｉｃ ｓｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ． ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｕｔ ｉ ｉａｅ ｔ ａ ｅｅ ｔ ｎ印 一 ｈ ｈ ｏ ｅ ｓｎ ｎ
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｄ ｉ ａ ｎ Ａ Ａ ａｅ ｎ Ａ Ｄ ａｒｙ ｃｐｕｅ Ｄ ｉ ａｅ ｗ ｔ ｓ ｇ ａｅ ｐ ｌ ．ｎ ｏｄ ｒｔ ｅ ｕａ ｓｒ ｔ３ ｇ ｇＬ Ｄ Ｒ ｂ ｓｄ ｏ Ｐ ｒ ｓ ａ ｔ ｓ３ ｍ ｇ ｉ ｉ ｌ ｌ ｒ ｕｓ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｍ ｌ ｅ ａ ｍｉ ａ ｒ ｈ ｎｅ ｓ ｅ ｔ
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雷达
专业综合课程设计实验内容：雷达回波的信号检测某雷达发射信号为普通单载频信号，脉冲宽度PW （1~100us 自定），重复周期PRI （自定，不出现距离模糊），采样频率自定。
天线增益G （20~30dB 自定），天线有效接收面积r A （0.5~52m 自定），发射峰值功率t P （100KW ~1MW 自定），接收机采用检波非相参体制，带宽w B 较宽，带内噪声近似于白噪声，临界灵敏度min S 自定，系统损耗10dB 左右。
波束内有2~3个目标，距离自定，散射面积自定（飞机0.1~102m ，船舶100~100002m ），假设目标散射面积脉内不起伏，脉间起伏特性自定。
(1)利用雷达方程，进行雷达回波信号的仿真。
(2)在目标距离处，对有无信号条件下的概率密度函数进行估计(3)若脉冲内只有一个采样点，采用最小错误率贝叶斯判决方法进行目标检测，统计虚警率和漏警率。
(4)要求虚警率不大于10-5，试计算判决阈值并进行目标检测，统计虚警率和漏警率。
1．雷达系统仿真模型雷达系统仿真中，最重要的工作就是建立雷达系统的数学模型。
现代雷达不仅是多功能系统，而且也是一个高分辨力系统。
因而现代雷达系统的建模将是一个比较复杂和困难的过程，但给出一个一般性的模型还是可以的。
下面给出雷达系统仿真模型的总体框图。
雷达(Radar)全称是无线电探测与测距，它的基本原理其实很简单，就是通过定向发射电磁波照射到目标上，通过接收反射回来的电磁波测定目标位置。
电磁波是直线传播的，电磁波的传播速度c ，雷达定向发射电磁波到达目标后反射回来，接收机接收到该电磁波，这一过程所用时间为t ，目标的距离2ctd。
这是雷达基本测距原理。
又因为雷达电磁波是定向发射的，目标的方位也就可以确定了，有了方位和距离，我们就可以实现目标的定位。
雷达用途众多，雷达的用途不同体现在雷达战术性能参数的不同，进而决定了雷达的技术性能参数(包括辐射源特征参数)不同，反之，如果知道了雷达的辐射源特征参数，我们也可以通过某种规则和算法分析判断出雷达战术性能参数、进而推断出该雷达的用途。