第九章雷达新技术1
雷达技术的基本原理及应用
雷达技术的基本原理及应用一、雷达技术的基本原理雷达（RAdio Detection And Ranging）是一种利用电磁波进行探测、测量和定位的无线通信技术。
它通过发射电磁波，并接收返回的信号来判断目标的位置、速度和其他相关信息。
雷达技术的基本原理如下：1.发射器：雷达通过发射器产生电磁波（通常为射频波），并将其辐射到空间中。
发射器的频率和功率决定了雷达的探测能力和范围。
2.天线：雷达的天线用于接收经目标反射回来的信号，并将其转换为电信号。
雷达可以采用不同类型的天线，如单极化天线、双极化天线和相控阵天线等，以实现不同的功能和应用需求。
3.反射回波：当雷达发射的电磁波遇到目标（如飞机、船只、天气等），部分能量会被目标反射回来，形成反射回波。
雷达接收到这些回波信号后，可以分析它们的时间延迟、频率偏移和幅度变化等信息来推断目标的属性。
4.接收器：雷达的接收器用于接收并放大天线接收到的回波信号，然后将其转换为数字信号进行后续处理和分析。
5.信号处理和分析：雷达的信号处理和分析单元对接收到的信号进行处理和分析，以提取目标的相关信息，如距离、速度、方向和形状等。
常用的信号处理算法包括傅立叶变换、滤波和目标特征提取等。
二、雷达技术的应用雷达技术具有广泛的应用领域，包括军事、民用和科研等方面。
以下列举了雷达技术在不同领域中的应用：1. 军事应用•战术侦察：雷达可以用于侦察敌方的军事装备和活动，提供情报支持和作战决策。
•目标跟踪：雷达可以用于实时跟踪和监视敌方目标的位置和状态，以进行情报收集和打击行动。
•防御系统：雷达可以用于监测和拦截敌方的导弹、无人机和飞机等威胁，提供防空和导弹防御能力。
2. 民用应用•航空导航：雷达可以用于飞机和船只的导航和防撞系统，提供安全和精确的定位服务。
•天气预报：雷达可以用于监测和研究天气现象，如降水、风暴和气象变化等，为天气预报提供数据支持。
•海洋勘测：雷达可以用于海洋资源的探测和勘测，如海洋地质、浮冰分布和鱼群迁徙等。
雷达技术提升方案
雷达技术提升方案简介雷达技术是一项非常重要的技术，应用广泛。
然而，随着科技的发展和市场需求的不断变化，传统的雷达技术已经不能满足当今的需求。
因此，如何提升雷达技术的性能和功能就成为了一个紧迫的问题。
本文将介绍几种雷达技术提升方案。
方案一：超分辨雷达技术超分辨雷达技术是近年来雷达技术领域的研究热点之一。
传统雷达技术在重叠区域无法分辨出多个目标，而超分辨雷达技术可以通过高分辨率信号处理，在重叠区域分辨出多个目标，从而提高雷达探测的精度。
常用的超分辨雷达技术包括多普勒雷达（Doppler radar）、相控阵雷达（phased-array radar）和合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）等。
超分辨雷达技术具有分辨率高、探测距离远等优点，可以大幅提升雷达探测的能力和精度。
方案二：数字信号处理技术数字信号处理技术广泛应用于雷达技术，可提高雷达信号处理的速度和精度。
数字信号处理技术采用高速的数字信号采集器和数字信号处理器，可以实现多通道高速采集及实时处理，解决了传统雷达技术处理速度慢、精度低的问题。
数字信号处理技术还可以增加雷达的自适应能力、干扰抵抗能力和目标识别能力，使雷达系统具有更强的适应性和稳定性。
方案三：多模式雷达技术多模式雷达技术是指采用多个工作频段和多种工作模式，以适应不同应用场景和需求的雷达技术。
多模式雷达技术可适用于不同的探测环境和目标类型，能够提高雷达探测的灵敏度和可靠性。
多模式雷达技术应用广泛，可用于军事、民用、横向领域的雷达探测。
方案四：大数据技术大数据技术是当前广泛应用于各个领域的技术，特别是在雷达探测中具有重要意义。
通过大数据技术处理海量雷达数据，可以实现目标识别、跟踪、分类等功能，提高雷达探测的精度和效率。
大数据技术还可以与其他技术结合，如机器学习技术，以实现雷达目标自动识别等功能。
因此，大数据技术在提高雷达技术性能方面具有重要的作用。
结论以上几种雷达技术提升方案具有各自的优点和适用场合，可以在不同场合中应用，提高雷达技术的性能和功能。
光电子学与光电子技术-激光雷达-1
航路导引，地形跟随和障碍物回避。
精确末制导，目标自动识别和敌我识别，目标 上瞄准点的选择
表1-1各种频段雷达综合性能的宏观比较
微波雷达
宏 观 雷 达 评 性 价 能 种 类
毫米波雷达
激光雷达
一 基 本 知 识
跟踪测量精度 综
合
下 上 上 下 上 下 下 下
中 中 中 中 中 中 中 中
对于常用的雷达实信号s(t)来讲，延时模糊函数
距 离 分 辨 率 、 测 距 精 度 和 测 量 误 差
就是接收信号的自相关函数，其定义为
（ ， 0 ） R ( ) s ( t ) s (t )dt
有效相关带宽e是说明信号包络s(t)自相关函数的频谱 与冲击函数的频谱的相似程度。由于冲击频谱是均匀谱， 所以有效相关带宽越宽，频谱越相似，在时域里的自相 关函数就越象冲击函数的形状，也就是具备的内在距离 分辨力越高, 实际距离分辨力也越好。 有效相关带宽由延时模糊函数定义为
激光器
数据 显示
信号处 理
光电 探测器
光学接 收天线
激光雷达接收机
本振激 光器
激光雷达发射机
A. 激光发射器
a) 射向目标
b) 本振或距离基准光
B. 激光调制器
C. 发射电源 D. 发射天线（光学系统） 光束整形 抑制束散角 扩束等
E. 激光束控制器：光束的空间位置与方向等
A、激光器。
激光器是激光雷达的核心器件。激光器种 类很多，性能各异，究竟选择哪种激光器
应 用 前 景
4. 制导激光雷达
5. 化学/生物战剂探测激光雷达 6. 水下探测激光雷达 7. 空间监视激光雷达 8. 机器人三维视觉系统 9. 其他军用激光雷达 ① 弹道导弹防御激光雷达 ② 靶场测量激光雷达 ③ 振动遥测激光雷达 ④ 多光谱激光雷达
雷达技术发展历程及未来发展趋势
雷达技术发展历程及未来发展趋势概述：雷达（Radar）是一种利用电磁波进行探测和测量的技术。
它在军事、航空、气象、导航等领域发挥着重要作用。
本文将介绍雷达技术的发展历程，并探讨未来雷达技术的发展趋势。
一、雷达技术发展历程：1. 早期雷达技术：雷达技术起源于20世纪初期，最早用于军事领域。
早期雷达系统主要采用机械扫描方式，通过发送脉冲信号并接收回波来实现目标探测。
这些早期雷达系统在第二次世界大战期间发挥了重要作用，匡助军队进行目标侦测和导航。
2. 脉冲雷达技术：随着科技的进步，雷达技术逐渐发展为脉冲雷达技术。
脉冲雷达系统通过发送短脉冲信号并测量回波的时间来确定目标的距离。
这种技术具有高分辨率和较长探测距离的优势，被广泛应用于航空、气象和导航领域。
3. 连续波雷达技术：连续波雷达技术是雷达技术的又一重要发展阶段。
连续波雷达系统通过发送连续的电磁波信号，并测量回波的频率变化来确定目标的速度。
这种技术在航空领域中被广泛使用，用于飞行器的导航和着陆。
4. 相控阵雷达技术：相控阵雷达技术是近年来的重要突破。
相控阵雷达系统通过利用多个发射和接收单元的组合，实现对目标进行快速扫描和定位。
相控阵雷达技术具有高分辨率、快速探测和抗干扰能力强的特点，广泛应用于军事和航空领域。
二、雷达技术的未来发展趋势：1. 多波束雷达：多波束雷达技术是未来雷达技术的重要发展方向。
通过利用多个波束同时进行探测和测量，可以提高雷达系统的探测效率和准确性。
多波束雷达技术可以应用于军事侦察、航空导航和天气预测等领域。
2. 超高频雷达：超高频雷达技术是未来雷达技术的另一个重要方向。
超高频雷达系统可以利用较高频率的电磁波进行探测，具有更高的分辨率和探测距离。
这种技术可以应用于目标识别、隐身飞行器探测和地质勘探等领域。
3. 弹性波雷达：弹性波雷达技术是未来雷达技术的新兴方向。
弹性波雷达系统可以利用地球表面的弹性波传播进行探测，具有对地壳结构进行高精度探测的能力。
现代雷达技术ppt课件
双极点滤波
+
_
延时
+ +
延时
K1
比较器
T
K2
yi xi K2 zi1
zi yi1 K1zi1
yi 为中间结果，zi 为输出。
二进制积累器（M-N检测器）
比较器
T1
+
+
-
……
比较器
T2
批处理器 当有KN个脉冲，先对K 个脉冲求和（分批处理），小于门限为 零，大于门限为1；然后将N个0和1求和，再与第二门限比较。
因
xi
xj
C02 4
sin
c
f
fi
sin
c
f
fi
sin c f
fi
2
sin c f
fi
假设杂波回波是大量随机分布散射点的回波的集合，与白噪声类 似，c(t) 看作在时间上密集分布的 (t) 函数的总和，其付氏变换 C(f)可认为是均匀分布的，C2(f)可用功率密度C0代替，因此有：
xi xj ctui tctu j t C2 f Ui f U j f df
低分辨力雷达的海杂波服从瑞利分布，高分辨力雷达的海杂波服从 对数正态（Log-Normal）分布和韦布尔（Weibull）分布，脉冲— —脉冲间具有很强的相关性。
同频干扰或者出现，或者不出现，在某一时间（距离）区间内可看 作是均匀分布的。
已知杂波幅度u的概率密度函数为p(u)，门限电平为UT，则虚警概率 为：
原始 视频
V(t)
v0
量化
锁存器1
距离 地 时钟 址
计 数
器
RAM 1
RAM 2 ......
雷达信号处理的新算法与新技术研究
雷达信号处理的新算法与新技术研究雷达技术是一种用于探测、定位、跟踪目标并获取相关信息的主要手段，具有广泛的应用领域，如防御、航空航天、气象、海洋等。
而雷达信号处理是雷达技术中最关键的环节之一。
在雷达信号处理中，通过对雷达回波信号进行采集、压缩、滤波、解调、配准、检测、跟踪等一系列处理，可以从目标反射的微弱信号中提取出目标与周围环境的有用信息。
随着科技的不断发展，雷达信号处理技术也在不断更新换代，新算法和新技术层出不穷，不断提高着雷达探测器的性能和实时性。
下面我们将介绍一些雷达信号处理的新算法和新技术。
一、压缩感知算法压缩感知是一种新型的信号处理理论，它利用信号的稀疏性和采样定理，可以在远低于传统采样率的情况下，从信号中提取出有用信息。
将压缩感知应用于雷达信号中，可以有效提高雷达探测器的性能和功率效率。
不同于传统的雷达信号处理方法，其需要对回波信号进行误差补偿、高通滤波等处理，以消除噪声、干扰等影响，而压缩感知技术直接利用信号的稀疏性，将高维信号映射到低维空间，在低维空间中对信号进行采样和重构，从而获取稀疏信号中的有用信息。
二、深度学习技术深度学习技术是一种基于人工神经网络的机器学习技术，其通过构建多层网络结构，使用反向传播算法来训练神经网络，实现自动化学习。
将深度学习技术应用于雷达信号处理中，可以有效提高数据处理的效率和准确率。
通过建立深度神经网络模型，可以对雷达信号进行端到端处理，从输入数据开始，经过多次映射和重构，最终输出预测结果。
与传统的人工处理方式相比，深度学习技术能够对数据进行更全面的学习，并且可以在不同的场景和环境下自适应地进行处理，从而提高雷达探测器的探测和识别能力。
三、多元混合高斯分布模型多元混合高斯分布模型是一种用于建模多维数据的概率统计模型，可以通过对多个高斯分布的线性组合，对复杂的多维数据进行建模和估计。
将多元混合高斯分布模型应用于雷达信号处理中，可以实现对信号的快速和准确的分类和分割，从而提高目标识别和跟踪的能力。
雷达技术及应用
雷达技术及应用雷达技术的概述雷达技术是一种物体探测和目标跟踪的技术，是通过发射电磁波，利用电磁波与物体相互作用的原理，利用反射波的特性，对物体进行探测和跟踪的技术。
雷达技术具有高速度、高精度、高可靠性、角度测量等优点，被广泛应用于军事、航空、海洋、交通等领域。
雷达技术的应用军事领域雷达技术在军事领域有着广泛的应用，如雷达对导弹、飞机、船舶等目标的探测和跟踪，在军事作战中发挥着关键的作用。
同时，还可以通过对雷达信号的分析，实现对通信和电子设备的干扰，具有较强的干扰能力。
因此，雷达技术在军事上具有极其重要的地位。
航空领域雷达技术在航空领域的应用主要体现在飞行器的导航和飞行安全上。
通过利用雷达技术，可以实现对飞行器航线的测量和纠正，同时可以实现对其它航空器的探测和跟踪，提高空中交通的安全性。
海洋领域雷达技术在海洋领域的应用主要体现在船舶导航和安全上。
通过利用雷达技术，可以实现对船舶位置的测量和纠正，同时可以实现对其它船舶的探测和跟踪，提高海上交通的安全性。
交通领域雷达技术在交通领域的应用主要体现在智能交通系统和车辆安全上。
通过利用雷达技术，可以实现对交通流量的测量和监测，提高道路交通的安全性和流畅性。
同时，还可以实现对车辆碰撞的检测和纠正，提高车辆驾驶的安全性。
雷达技术的发展趋势随着科技的不断发展，雷达技术也在不断完善和发展。
首先，雷达技术的精度和可靠性将得到进一步提高，越来越多的高频段雷达将应用于防御领域，从而更好的保障国家安全。
其次，对雷达信号处理算法的研究将越来越深入，进一步提高信号处理速度和灵敏度。
另外，雷达技术与人工智能的结合，将为雷达技术的应用带来更多的可能性。
最后，雷达技术的国际合作将在未来得到进一步加强，促进该领域的互相借鉴和技术交流。
结语雷达技术是一项先进并且复杂的技术，其应用范围广泛，带给人们许多便利和改变，同时也有很多仍需完善。
我们期待雷达技术在更多领域发挥更大的作用，为社会的不断进步和发展做出贡献。
雷达技术的进步与应用
雷达技术的进步与应用I. 前言雷达技术是一种重要的电子技术，可以通过无线电波探测目标的位置、速度、距离等信息。
随着科技的不断发展，雷达技术也在不断进步，广泛应用于军事、民用、气象等领域。
II. 雷达技术的发展历程雷达技术的发展历程可以追溯到20世纪初。
20世纪30年代，雷达技术开始进入实用化阶段，成为军事、航空领域不可或缺的技术手段。
在二战期间，雷达技术被广泛应用于战争中，对于战争的胜利起到了重要的作用。
20世纪50年代，微波雷达技术得到了飞速发展。
微波雷达的应用使雷达探测距离更远、分辨率更高、探测目标更小，成为雷达技术发展的重大里程碑。
21世纪以来，雷达技术得到了长足的发展。
雷达的体积、重量、功耗等方面得到了很大的改善。
雷达技术也渗透到我们日常生活的各个领域，包括汽车安全、气象预报、物流仓储等。
III. 雷达技术的应用1. 军事应用雷达技术在军事领域中具有极为重要的作用。
军事雷达可以对地面、海洋、天空等目标进行探测和追踪。
通过雷达技术，可以实现侦察、预警、导航、攻击等多种军事任务，保障国防安全。
2. 民用应用雷达技术在民用领域中应用也非常广泛。
例如，在航空领域中，飞机可以通过雷达技术检测天气情况、避免碰撞等。
在交通领域中，雷达技术可以用于建立智能交通系统，提高公路、铁路、港口等交通运输的安全性和效率。
在环保领域中，雷达技术可以用于监测大气和水体的污染状况。
3. 天气预报雷达技术可以用于气象领域中的天气预报。
雷达技术可以探测天空中的云层、降雨等，并通过数据分析给出准确的天气预报。
天气雷达技术在气象领域中的应用，对人们的日常生活、农业、林业等领域都具有重要意义。
IV. 雷达技术的未来随着科技的不断发展，雷达技术将继续迎来新的发展。
未来雷达技术将更加智能化、数据化、网络化。
数据处理技术将更加强大，雷达将能够处理更多的数据，提供更加准确的信息和应用。
网络化将让雷达可以通过互联网与其他设备实现联网应用，提高雷达的应用效率。
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MOTIVATION:
transitioning from conventional power-based measures of precipitation rate and coverage, to more accurate and complete dual-polarimetric estimates of precipitation types and amounts.
Dual-polarization OMT/Feedhorn
Two examples of dual-polarized antennas
Antenna(feedhorn, orthomode transducer [OMT], reflector)
SCOPE: polarimetric theory, radar design, data processing, physical interpretation, algorithms.
OBJECTIVE: through “hands-on” approach with data from research radars above, learn latest methods for quantifying precipitation types and mounts.
•For high quality cross-polar measurements (e.g., measuring depolarization) need an H/V or cross-polar isolation of at least30 dB (even lower if possible; 35 dB to 45 dB of isolation is preferable for effective hydrometeor identification).
•Critical antenna components
–Waveguide Switch –OMT/Feedhorn –Dish
•Antenna Requirements and effects on polarization measurements
–Zdr calibration*
Introduction: Simplified Block Diagram of a Common Polarization Radar System
V: Vertical) Polarization Basis -Transmit
TRANSMIT SIDE
Simplified Block Diagram of Polarization Agile Radar Systems in Linear (H: Horizontal, V: Vertical)
•Electromagnetic Spectrum •Electromagnetic Waves –Brief Mathematical
Description •Polarization •Backscattering Matrix •Covariance Matrix •Radar obserபைடு நூலகம்ables
–Polarization diversity: Ability to receive alternate orthogonal polarizations, but no alternate transmission of orthogonal components. Such a system transmits only a single elliptical orcircular polarization and then can receive co-polar and crosspolar components with dual receivers).
Water to Ice Transition in Tropical Convection
Transition across melt level is ~ 5-10 dBZ, as predicted by theory
Conventional Doppler Radar WSR-88D (NEXRAD)
–A single ferrite switch typically provides ~ 20 to 25 dB of isolation (combinations of ferrite switches can reduce the isolation, but the insertion losses are markedly increase). –Mechanical switch such as S-POL provides 47 dB of isolation –Dual transmit system such as the CSU-CHILL does not use a switch and attains very low isolation (better than 45 dB). Drawback is increased cost and complexity.
can physicists say the same thing?)
Refractive index and K-values as a function of phase and temperature
Differential Propagation Phase
• Define
–Propagation phase shift –Differential propagation phase (φdp) –Specific Differential phase shift (Kdp)
•Recall differences in returned power for ice and water
•Polarization of matter •Refractive Index
–Relationship to Dielectric (or relative permittivity)
Dual-polarization radar
–system types
•There are two general system types
–Polarization agility: Ability to change the transmitted polarization state between two orthogonal components (e.g., linear horizontal and vertical polarization, Hand V, respectively) on a pulse-topulse basis.
Electromagnetic Spectrum
Electromagnetic Waves: Spectrum
Electromagnetic Waves
Scattering and the Backscattering Matrix
What are we measuring?
Polarization, Dielectric, Refractive Index
Dual-polarized radar systems
•Introduction Polarization Radar System •Polarization agility vs. polarization diversity •Polarization agile system
–Transmit Block Diagram –Receive Block Diagram
•Critical that switch isolate the H and V transmit/receive powers.
–Ferrite switches are not as robust, in this regard, as rotary switches. –Further, Ferrite switches experience a larger power insertion loss, the loss is not uniform between transmit and receive modes, and theyare very sensitive to temperature fluctuations.
•We will focus primarily on polarization agile radar systems.
Polarization Agility –Transmitted Waveform Schematic
Simplified Block Diagram of Polarization Agile Radar Systems in Linear (H: Horizontal,
Polarization Basis –Receive
RECEIVE SIDE
Assuming linear polarization basis and dual Receiver (e.g., S-pol, CHILL)
Polarization or Waveguide Switch
To Switch or Not to Switch
Recall Differences Between Ice and Water
Recall Differences Between Ice and Water
Polarization
Relating the dielectric constant, refractive index, and the dielectric factor (or how many ways
NCAR CP-2 X-band (Rinehart and Frush, 1983)