雷达
雷达的知识简介
雷达的知识简介雷达是一种利用射频信号进行探测和测量的技术，广泛应用于军事、航空、气象、地质勘探、交通等领域。
雷达的原理是利用电磁波在空间中传播时的反射和散射现象，通过测量这些反射和散射信号的特性来获取目标的位置、速度、形状等信息。
雷达系统由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器产生一束高频电磁波并发射出去，这些电磁波会在目标上反射或散射，一部分被接收器接收到。
接收器将接收到的信号转化为电信号，并经过放大、滤波等处理后传送给信号处理器。
信号处理器对接收到的信号进行分析和处理，通过计算目标与雷达之间的距离、速度等参数来获取目标的相关信息。
雷达的工作原理是基于电磁波在空间中的传播和反射规律。
当雷达发射出的电磁波遇到目标物体时，部分能量会被反射回来，这部分反射信号称为回波。
根据回波的时间延迟和幅度等特征，雷达可以判断目标物体的位置、距离和速度等信息。
雷达系统中的发射器通常采用高频振荡器和功率放大器组成，能够产生高频电磁波。
这些电磁波的频率通常在几百兆赫兹到几十吉赫兹之间，具有较长的波长。
发射器将电磁波发射出去后，通过天线辐射到空间中。
接收器一般由天线、低噪声放大器、混频器等组成。
天线用于接收回波信号，并将其转化为电信号。
低噪声放大器用于放大接收到的微弱信号，以提高信号的可靠性和灵敏度。
混频器用于将接收到的高频信号与本地振荡器产生的信号进行混频，得到中频信号。
信号处理器是雷达系统中的核心部分，它通过对接收到的信号进行采样、滤波、放大、解调等处理，提取出目标的信息。
信号处理器利用雷达系统中的数学算法和信号处理技术，通过对回波信号的特征进行分析和处理，可以获取目标的位置、距离、速度、形状等信息。
雷达系统的性能取决于发射器的功率、接收器的灵敏度、天线的方向性和信号处理器的算法等因素。
发射器功率的大小决定了雷达的最大探测距离和目标的探测能力。
接收器的灵敏度决定了雷达对微弱回波信号的接收能力。
天线的方向性决定了雷达的目标定位精度和目标的方位角测量能力。
雷达(Radar)
改变了能见度不良航行的历史。
4. ARPA
ARPA为自动 雷达标绘仪， 将雷达模拟 信号进行数 字处理并再 现，从而实 现对目标的 自动捕捉与 跟踪，显示 与航行与避 让等有关数 据。如图。 返回
雷达(Radar) Radio detection and ranging
1.雷达的产生
• 世界上第一部雷达诞生于1934年12月，
美国海军航空器无线电实验室。 • 1945年，随着第二次世界大战的结束， 雷达开始进入商用。
2. 雷达的原理
• 雷达是通过测量无线电波从
发出后到遇到目标后返回到 发射点的时间确定目标距离， 然后根据距离将目标显示在 荧光屏上，通过天线的旋转 将周围目标均显示出来，如 图。
雷达简介
雷达的历史
1842年多普勒（ChristianAndreasDoppler）率先提出利用多 普勒效应的多普勒式雷达。
1921年业余无线电爱好者发现了短波可以进行洲际通信后，科 学家们发现了电离层。短波通信风行全球。
1934年，一批英国科学家在 R．W．瓦特领导下对地球大气层进 行研究。有一天，瓦特被一个偶然观察到的现象吸引住了。它发现荧 光屏上出现了一连串明亮的光点，但从亮度和距离分析，这些光点完 全不同于被电离层反射回来的无线电回波信号。经过反复实验，他终 于弄清，这些明亮的光点显示的正是被实验室附近一座大楼所反射的 无线电回波信号。瓦特马上想到，在荧光屏上既然可以清楚地显示出 被建筑物反射的无线电信号，那么活动的目标例如空中的飞机，不是 也可以在荧光屏上得到反映吗?
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对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测 出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤 除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲 多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中 的活动目标。
脉冲多普勒雷达于 20世纪 60年代研制成功并投入使用。20世 纪 70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，脉冲 多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦 察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。 装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹 的有效军事装备。此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行 多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布 情况。
雷达是什么
雷达是什么
雷达是通过蝙蝠进而发明的，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为“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”。
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。
雷达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，是由于一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。
雷达简介-雷达工作的基本参数-PART1
雷达简介-雷达工作的基本参数-PART1一．雷达简介1．什么是雷达雷达（Radar），又名无线电探测器，雷达的基本任务是探测目标的距离、方向速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和显示器等组成。
2.雷达的工作原理雷达通过发射机产生足够的电磁能量，通过天线将电磁波辐射至空中，天线将电磁能量集中在一个很窄的方向形成波束向极化方向传播，电磁波遇到波束内的目标后，会按照目标的反射面沿着各个方向产生反射，其中一部分电磁能量反射到雷达方向，被雷达天线获取，反射能量通过天线送到接收机形成雷达的回波信号。
这里要说明的是，由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达接收的回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没，接收机将这些微弱的回波信号经过低噪放，滤波和数字信号处理，将回波信号处理为可用信号后，送至信号处理机提取含在回波信号中的信息，将这些信息包含的目标距离方向速度等现实在显示器上。
二．雷达的基本用途1.测定目标的距离为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2。
其中，S为目标距离T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间C为光速2.测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。
测量仰角靠窄的仰角波束测量。
根据仰角和距离就能计算出目标高度。
雷达发现目标，会读出此时天线尖锐方位的指向角，就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
3.测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理．当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达探测原理
雷达探测原理雷达（Radar）是利用无线电波进行远距离探测和测量的一种技术。
雷达技术在军事、航空、航海、气象等领域具有重要应用，其核心原理是通过发射电磁波，并通过接收和处理回波信号来获取目标的位置、速度和其他信息。
一、雷达系统组成雷达系统主要由发射器、接收器、天线和信号处理器组成。
发射器负责产生并发射连续的电磁波，这些波被称为雷达脉冲。
脉冲的功率和频率决定了雷达的性能。
接收器接收回波信号，经过放大和滤波后，提取出目标的信号。
天线是雷达的窗口，它负责发射和接收电磁波。
雷达可以使用不同类型的天线，如抛物面天线、相控阵天线等。
信号处理器对接收到的信号进行处理和分析，提取出目标的相关信息。
二、雷达工作原理雷达的工作原理基于电磁波的发射、传播、接收和处理。
1. 发射电磁波雷达通过发射器产生射频信号，并将其转换为脉冲信号进行发射。
这些脉冲信号由天线发射出去，沿着一定方向传播。
2. 电磁波传播和回波接收发射的电磁波在空间中以光速传播。
当电磁波遇到有反射能力的物体时（如目标），一部分波会被目标吸收，而另一部分波会被目标反射回来。
反射回来的电磁波成为回波信号，这是雷达检测目标的关键。
回波信号会被雷达的天线接收并发送到接收器。
3. 回波信号处理接收器会将接收到的回波信号进行放大、滤波等处理，以便更好地提取出目标的信息。
接收器将处理后的信号传递给信号处理器进行进一步分析。
4. 目标信息提取信号处理器通过对回波信号的分析、处理和比对，提取出目标的位置、速度、形状等相关信息。
这些信息可以用来追踪目标的移动、识别目标的特征等。
三、雷达探测能力雷达的探测能力主要取决于以下几个因素：1. 雷达脉冲功率：脉冲功率越大，雷达的探测距离越远。
2. 雷达工作频率：频率越高，雷达的分辨率越高，但威力衰减也越快。
3. 天线增益：天线增益越高，雷达的探测距离和解析度越大。
4. 目标的大小：大型目标的回波信号较强，易被雷达探测到。
5. 目标与雷达之间的距离和方位：目标离雷达越近、出现在雷达主瓣方向上，探测能力越强。
雷达简介
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2 其中S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。
通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。
各种类型雷达描述讲解
各种类型雷达描述讲解雷达是一种利用电磁波进行探测、测量和判断目标存在及其位置、运动状态等信息的仪器。
根据其工作原理、用途和性能等不同，雷达可以分为多种类型。
下面将对各种类型的雷达进行详细讲解。
1. 相控阵雷达（Phased Array Radar）相控阵雷达是一种通过控制大量天线单元的相位和振幅，从而改变发射和接收波束方向或形状的雷达系统。
相对于传统雷达，相控阵雷达具有较高的目标探测率、方位精度和抗干扰能力。
它广泛应用于天气雷达、航空管制雷达和军事雷达等领域。
2. 同步脉冲雷达（Synchronous Pulse Radar）同步脉冲雷达是一种雷达系统，它利用脉冲信号与回波信号的同步关系来测量目标的距离。
该雷达系统具有较好的测距精度，适用于测量目标与雷达的距离较远的应用场景，如航天、航空和海洋导航等。
3. 连续波雷达（Continuous Wave Radar）连续波雷达以连续的电磁波信号进行发射与接收，通过测量回波信号与发射信号的频率差异来计算目标的相对速度。
连续波雷达主要应用于测速雷达、防撞雷达以及距离测量等领域。
4. 天气雷达（Weather Radar）天气雷达是一种特殊类型的雷达系统，用于监测大气中的天气现象，如降雨、雷暴和风暴等。
它可以通过测量回波的强度和频率分析，得出天气的类型、强度和运动情况等。
天气雷达在天气预报、气象监测和空中交通控制等领域起到重要作用。
5. 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）合成孔径雷达是利用航天器或飞机在运动中合成一个长虚拟天线孔径，从而产生高分辨率的雷达图像。
它主要用于地面目标检测和监测，如地质勘探、地表变形监测和林业资源观测等。
合成孔径雷达能够克服大气、云层和深度研究等问题，以获取高精度的地表信息。
6. 目标识别雷达（Target Recognition Radar）目标识别雷达是一种能够识别雷达回波中的目标特征，并据此判断目标的类型、形状和材料等信息的雷达系统。
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二. 雷达测方位原理
1、利用收发定向天线 ，只向一个方向发射雷达波且 只接收此方向上的目标的反射回波 2、天线旋转依次向四周发射雷达波，则可探知周围 物标的方位——天线的方向即目标的方向
第 二 节
雷 达 基 本 组 成 、 作 用
天线
触发器 收发机
方位与 船首线 回波
显示器
ARPA
Fig1-2(1)
安全 开关
船电 性能监视器 （回波箱）
天线与扫描系统
Slots
天线：隙缝波导天线
(a) SWG structure Slotted waveguide Horn
Filter (b) Antenna structure
定向收发共用天线，水平极化
Radiation window Antenna mask (c) Antenna appearance Fig. SWG antenna structure
图象清晰饱满 调谐指示表指示最大
目标
海杂波
目标 丢失
STC
海浪干扰
增 加
目标正 常保留
海杂波减弱
目标减弱 目标重现
STC 作用
第三节 接收机
二、雷达接收机主要技术指标
1、接收机灵敏度： 接收微弱信号的能力。用最小可辩功率Pmin表示
一般1012 ~ 1014 W，接收机放大量应106 ~ 108（120 ~ 160 dB）
方位标志
荧光屏边缘
Fig. 距离与方位测量
第一节 雷达测距与测方位原理
一. 雷达测距原理
1、物理基础：超高频无线电波在空间直线传播 遇物标能良好反射 2、测距公式：R = 1/2· × t C Δ t ： 往返于天线与目标的时间 C: 电磁波在空间直线传播速度 C = 3×102 m/ s
如△t = 1μs，则，R = 150 m；对应于1 nm 距离， △t ＝12.35 μs 荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离
距离扫描
雷达 电源
变压器 视频 系统 回波 船辉亮 电路
定时系统
第四节 雷达显示系统
二、数字系统
1. 基本原理：
基本雷达 天线 a b 方位量化 定时 视频量化 e d PPI/ 光栅扫描 转换 扫描信号 发生器 光栅雷达信号
原始视频→量化→数字视频→处理→
1）查磁控管电流： 等于说明书规定值——正常
等于零——不发射 大于或小于规定值——管子衰老或高压太高或太低
电表指针抖动——管内打火
2）查输出有无： 拆开收发机波导接头，氖灯置于口端约10~15 cm 氖灯闪亮表明正常
2.性能监视器
第二节 微波传输线及雷达天线系统
一、微波传输线
1）要求：损耗小，防止辐射、干扰、失真 2）种类：波导、同轴电缆 1.同轴电缆： 用于10 cm雷达 由内外两层导体构成，严格同轴
第三节 接收机
本振调谐： 调节本振频率使之比回波频率正好高一个中频， 回波图象最佳
①粗调：大范围改变振荡频率 ○机械调谐：调节谐振腔尺寸（决定中心振荡频率） ○电气调谐：调节工作电压
②细调：小范围改变振荡频率 ○自动调谐：自动频率控制电路（AFC）完成 ○人工调谐：手动调节电位器改变本振工作电压 粗调时机： 更换磁控管后 本振元件更换后 本振频率不正常时 平时操作雷达的控制面板调谐标准：
按显示要求读出→还原模拟信号→显示
收发机
c
直角坐标 数据内存
光栅扫描 a — 原始方位和船首信号；b — 触发脉冲；c — 原始视频； 雷达 d — 数字方位信号；e— 数字视频
①将原始视频杂波抑制，然后与天线方位信号、船艏信号量化 ②进行坐标转换，产生光栅扫描信号
第四节 雷达显示系统
三、测距、测方位的误差测定和校正：
予调制器
收发 开关
门开关
来自电源 雷达发射机 至接收机
触发脉冲产予调制器 生器
组成：脉冲调制器（预调制器、调制器） 磁控管振荡器 电源（低压、高压）
二、发射机技术指标
1.工作频率（波长） ：超高频（正弦波）的频率范围 即船用雷达 磁控管工作频率 S 波段：λ＝10 cm; f=2 900~3 100 MHz 如：3 050 MHz X波段 : λ＝3 cm; f=9 000~9 500 MHz 如：9 375 MHz 天气好: X band; 天气坏(雨/雪) : S band 2.脉冲宽度（τ）：发射脉冲的持续时间。 一般τ= 0.04~1.2μs 随量程改变：近量程，窄脉冲；远量程，宽脉冲 距离分辨率 海浪/雨雪 杂波 τ↓→ τ↑→Rmax↑ 盲区 3.脉冲重复频率（F）：每秒钟发射的脉冲数 500 ~ 4 000 Hz 周期T （=1/F）> 根据量程需要选择时间基准 随量程改变：近量程，高F；远量程，低F
2.波导：用于3 cm雷达
由矩形空心管构成 — 由铜拉制成
第二节 微波传输线及雷达天线系统
波导元件
①均匀波导：直、扭、弯、软波导 ②不均匀波导： 谐振腔、带销钉的波导、 分支、开缝波导等 波导接头：扼流接头
(a)Waveguide section (b) Broad side bend (d) Elbow
三、雷达传感器与IBS
现代雷达
IBS的重要组成部分 定位、导航、避碰
主要传感器
雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS
第二章 船用雷达设备
第一节 雷达发射机（Transmitter）
一、组成部分及作用
至显示器 至接收机 触发脉冲 产生器 低压 电源 发射机 脉冲调制器 调制器 磁控管 调制器 发 射 开 关 延 时 开 关 门 特高压 开 电源 关 至天线 特高压 磁控管
防管内打火 老练方法：
1.只加灯丝电压工作半小时以上
2.加较低的高压工作一段时间（时间视具体情况定） 3.如无打火现象，逐渐加高压到正常值
第一节 雷达发射机（Transmitter）
四、正常工作标志
通过收发箱内的表头或显示器上的磁控管电流指示判断
有——正常；无——不正常
五、性能检测
1.磁控管工作是否正常
船舶导航雷达
第一章 雷达基本工作原理
引言
Radar —Radio detection and ranging
—无线电探测和测距
雷达：发射微波脉冲 探测目标回波
测定目标信息
第一节 雷达测距与测方位原理
岛屿 本船 Δ t＝123.5 μ s 0 方向扫描 90° 本船 245° 岛屿 海图平面 270 245 雷达不能探测目标的背面，因 此目标的后沿是不可见的. 量程: 12 nm EBL 180 雷达平面 固定距标圈 90 目标船 HL 回波 (10 nm) 扫描线 目标
1. 测距误差的测定和校正
1）固定测距误差：扫描起始时间误差 ①测定：选一个 2 n mile内、位置在海图上明确且回波清晰的目
标，海图上量出或用其它方法精确测出实际距离，然
后与雷达测的距离比较。 ②调整：调节触发延时 2）活动距标误差： ①测定：以固定距离标志圈为准 ②校正：按说明书有关内容进行调整
4.发射功率：指峰值功率，一般3~75 kW 1）峰值功率 pt: 在脉冲持续时间内的平均功率 2）平均功率 Pm: 一个脉冲重复周期内输出功率的平均值 3）二者关系 R max t 杂波 p = p p↑→ m tT 天线旁瓣干扰 故障 5.脉冲波形：发射脉冲的包络 理想脉冲: 矩形 波形： 实际波形: u 1）越接近矩形，能量越大，
第四节 雷达显示系统
2. 测方位误差的测定和校正：
1）相对方位（舷角）误差：艏线位置不正确 ①测定：用方位分罗经测物标真实相对方位（舷角），与雷达 测得的该物标的相对方位（舷角）比较 ②校正：调整艏线延时 2）船首线指零误差：扫描线与天线旋转不同步 ①测定：艏向上显示，艏线未对准固定方位圈的0度， 当误差值超出1°时应进行调整 ②校正：调整方位延时
三、磁控管振荡器
1.作用：产生大功率超高频微波振荡（正弦波） 2.组成：阴极和灯丝、阳极、输出耦合系统、磁铁
作用空间 阳极 输出环
阴极 谐振腔 磁控管结构
3.工作条件：
1）灯丝加6.3 V交流电压，加热阴极使其发射电子 2）阳阴极间加高压电场：阳极接地，阴极加万伏高压 3）必须加永久恒定强磁场 4）输出负载阻抗匹配，保证功率和频率稳定
3、收发开关： 发射时，关闭接收机，大功率射频脉冲送天线； 接收时，接通接收机，微弱回波能量送接收机。
4、天线：定向收发天线，将发射机送来的射频脉冲聚成细束 集中向一个方向发射，并接收此方向物标反射回来 的雷达波（回波）送接收机。
第二节 雷达的基本组成、作用
5、接收机：超外差式，将微弱回波信号放大千万倍以符合 显示器要求。 V 几十V
第二章 船用雷达设备 第三节 收发开关和雷达接收机的组成框图
双功器 自天线 微波 集成 电路 变频器 混频 器 中频
检波器
放大
视频 放大
至显示器
本振
增益 & 触发脉冲 STC 接收机组成框图
主中频放大器 视频部分
微波集成电路
双功器
前置中放
第三节 接收机
混频器： 把回波信号（fS）与本振信号（fL）通过非线性元件混频 产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号 与回波信号的差频——中频信号（fI）
4.磁控管的检查：
万用表欧姆档测灯丝阻值：其阻值接近于0（几个欧姆）正常 兆欧表检查阳阴极之间绝缘电阻：其值应大于200
5.使用注意事项
1）阴极充分预热3~5分钟，暂时不用只关高压 2）保护磁性，严禁敲打，铁磁物相距大于10 cm 3）防高压触电，防电磁辐射，带电检查需两人在场 4）波导天线连接要良好且水密防变形，禁拆波导开高压 5）新管或长期不用（大于6个月 ）的使用前应进行老练，