雷达技术的发展及在交通领域中的应用

雷达技术的发展及在交通领域中的应用
1.雷达的基本概念 2.雷达的基本用途与种类 3.雷达在交通领域中的应用 4.雷达技术的发展
1. 雷达的基本概念
■雷达：利用电磁波的二次辐射、转发或固有辐射来探测 目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线 电技术学科（无线电设备）。 ■RADAR —radio detection and ranging（无线电探测和 测距）的缩写。 雷达的基本作用是对目标的探测、定位和跟踪。
Rmax f
2 P DA T 2 T 3 64 P r min
1 4
■电磁波传播条件对雷达作用距离的影响 距离探测范围； 地面反射造成的垂直波束分裂； 损耗。 垂直波束分裂示意：
■距离分辨力 雷达的距离鉴别力（Range resolution）表示区分相同方位 的两个相邻目标的能力。 雷达距离鉴别力越高，越容易在距离上把两个相邻目标区 分开来，雷达图象越清晰。
0.8
7～10 140
战斗机
远程轰炸机 潜艇驾驶室（出水面）
3～5
15～20 1
目标总是处于杂波背景中。 ■目标观测性能
探测范围，最小作用距离，最大作用距离，分辨力，精度， 可靠性…
■影响目标观测性能的主要因素：
信号的功率、频率，信号形式与信源自处理方式，设备性能，气象条件，杂波，目标特性，…
■探测范围 微波直视的距离探测范围
(6)战场监视雷达 对战场上的人员、车辆和舰只等移动目标进行近距离探测、 定位和识别。测定弹着点的修正射击参数，或测定敌方 炮弹轨迹。 采用动目标技术。 主要使用厘米波段。远程20～30千米范围，中程8～10千 米范围，近程0.5～3千米范围。
(7)截击雷达
装备在歼击机上，用于在能见度不良情况下搜索发现敌机， 并测定敌机坐标以便瞄准射击。
发射峰值功率：3kW～25kW 脉冲宽度：0.05s～1.2 s
重复频率：500Hz～3000Hz 航海雷达需船检认证，要求完善维护和修理能力。
航海雷达要求符合国际海事组织（IMO）标准、IEC标准和 国家标准。
收发机
ARPA终端
(2)船舶交通管理（VTS）雷达
水上交通管理、调度、监视、报警等。
复杂目标的反射性能总带有闪烁特性，反射功率总在起伏 变化中。 目标有效散射面积的数值是由大量测量取其统计平均值所 决定的。 某些目标的雷达截面积（m2）
雷达目标 雷达截面积 雷达目标 雷达截面积
小型船舶
大型船舶 拖网渔船
150
15000 750
中型船舶
巡洋舰 快艇
7500
14000 100
人
中型轰炸机 小型潜艇（出水面）
超宽带（UWB）雷达可获得复杂目标的精细回波响应， 提高目标识别和成像能力，可增强RCS和改进对杂波的 抑制。 冲激脉冲波通常是利用极高速开关产生极高峰值功率（几 GW）的极窄脉冲宽度（0.1ns～几纳秒）的波形。 ■按角跟踪方式分类 圆锥扫描雷达、隐蔽锥扫雷达、单脉冲雷达等。
精密跟踪雷达
■按天线扫描方法分类 机械扫描雷达、相控阵雷达、频扫雷达、固定波束雷达等。 相控阵天线是由许多辐射单元排列而成，而各个单元的馈 电相位是由计算机灵活控制的阵列。 相控阵雷达具有波束捷变能力等独特的优点，可以增强发 射功率、天线增益和接收机灵敏度。
大气边界层科学研究 大气环境污染的研究 全球气候变化的研究 极地气象气候的研究 航空机场的业务应用 中尺度危害性天气研究 战场应用及紧急事件的反应 城市气流模式的建立 近海和舰船平台上应用 风能研究应用
三、用于科学研究的雷达 （1）雷达天文学 来自宇宙天体的各种电磁波中，能够透过大气层的波段恰 恰是雷达波段。 射电望远镜实际就是一种被动雷达体制。 利用主动雷达观测月亮、太阳、金星、土星、流星、人造 卫星。 （2）字宙航行 精测飞船位置，指挥飞船登月，协助飞船会合等等。 在飞船上装有应答器时，雷达可测距地球8亿千米的飞船 位置。
A hA hT
■最大作用距离
目标可检测的最大距离。 接收机噪音具有起伏特性，目标反射性能也有闪烁特性，
都具有随机性质。 采用统计分析方法计算最大作用距离。
■自由空间的雷达最大作用距离——雷达方程
自由空间是指均匀的，不吸收电磁波，而且没有其他目标来影响 的空间。
R
式中：PT—雷达发射的功率； DA—雷达天线方向性系数； GA —雷达天线增益； 天线增益GA= DA ， =0.9～0.95 λ—雷达工作波长。 Prmin —接收机门限功率（灵敏度） σ T—目标的雷达截面积
(3)引导指挥雷达（监视雷达） 用于歼击机的引导和指挥作战。 对多批目标能同时检测。
一种可移动式堆积多波束中程 对空监视雷达。
中程全相参的三坐标对 空情报雷达
(4)制导雷达 精密跟踪雷达，对付的飞机和导弹。在测定敌方目标运动 轨迹的同时，引导我方导弹命中目标。 (5)炮瞄雷达 精确跟踪目标，连续测量运动 目标的坐标，并将数据传递 到指挥仪来带动火炮瞄准射 击。
舰载雷达
VHF （ 70-93MHZ ） 这种低频雷达的 波束宽，精度低 但对空距离长， 大约250公里
对海/对低空 搜索雷达
相控阵三坐标中 程对空搜索雷达
130/100毫米舰炮炮瞄雷达 火控雷达
二、民用雷达
（1）气象雷达 用于观测云、雾、雨、雪、雹、闪电、台风等气象状况。 雷达气象学。
测雨雷达 测风雷达 多普勒雷达 中小尺度天气预警：警戒强风暴强对流天气，增强防 灾抗灾能力。 我国已布设多普勒雷达替换（一次、二次）常规天气 雷达。
无折射
在相同的雷达天线高度和相同的目标高度情况下，出现 正折射时，观测距离将增加；距离探测范围
出现临界折射和超折射时，观测距离将大大增加；
出现负折射时，观测距离将减小。
■最小作用距离（盲区）
最小距离是指，对于一定截面积的目标，在1.5或0.75 nm 量程下目标回波斑点能与代表雷达天线位置处的点相区 分时，目标所处的最近距离。 波束盲区与灵敏度盲区。
■按信号处理方式分类 分集雷达（如频率分集、极化分集等） 相参或非相参积累雷达 动目标显示雷达 合成孔径雷达 提高方位分辨力：一是波长更短，二是天线更大。 可利用雷达与被测物体之间相对运动产生的随时间变化的 多普勒频率，进行横向相干压缩处理，从而实现方位上 的高分辨力。 提高横向距离分辨力：多普勒波束锐化（DBS）、侧视合 成孔径雷达（SAR）和利用目标转动的逆合成孔径雷达 （ISAR）。
（5）S波段（2.04.0GHz）：船用雷达 （6）C波段（4.08.0GHz） （7）X波段（8.012.5GHz）：船用雷达，其他民用雷 达，武器控制 （8）Ku、K和Ka波段（12.540.0GHz）：近距离高分辨 力 （9）毫米波波段（40GHz） 毫米波技术应用范围极广，在雷达、通信、精密制导、 遥感、射电天文学、医学、生物学等方面有广泛的应 用。 （10）激光频率：精确测距，成像，环境监测，云层高 度、对流层风速、大气温度、臭氧层分布和环境监测 等卫星遥感。
脉冲压缩雷达 采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大 作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄 脉冲，以提高距离分辨力 发射波形往往在相位上或频率上进行调制，接收时将回波 信号加以压缩，使其等效带宽B（或用f表示）满足 B=f 1/。 脉冲压缩按发射信号的调制规律可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩； （2）非线性调频脉冲压缩； （3）相位编码脉冲压缩； （4）时间频率编码脉冲压缩。
雷达是一种传感器，与光、声相比，作用距离远，精度高， 方便灵敏。 ■电磁波的应用：雷达，通信，导航（定位）
■雷达目标（target）：
飞机、导弹、云雨、冰雹、人造卫星、宇宙天体… 舰船、航标、岛屿、岸边…
山川、森林、地形、建筑物、工事、车辆、兵器、炮弹、 人员… ■目标的雷达截面积（ RCS ）
采用 “目标的雷达截面积”来表示目标 散射性能，用符号T来表示。
（3）鸟类迁徙
■按工作波段分类 米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达、激光 雷达，或S波段雷达、X波段雷达、Ku波段雷达…。 ■按信号形式分类 连续波雷达、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、脉冲压缩雷 达…。 脉冲多普勒（PD）雷达 对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波（频域滤波），具有 对目标进行速度分辨能力的雷达，能在较强的杂波背景 中分辨出动目标回波。
脉冲宽度对 应的距离
波形失真展宽 对应的距离 距离（时间） 光点半径对应 的距离
■方位分辨力
雷达的方位分辨力（Bearing resolution）表示区分距离相 同但方位略有不同的两个相邻目标的能力。 雷达方位分辨率指标，是以能够区分相同距离的两个相邻 点目标的最小夹角来表示。
■假回波 多径反射回波
上海长江长兴岛江段VTS图像（去掉跟踪标志）
巴东雷达站
(3)空中交通管制雷达 用于机场的空管系统，指挥飞机起飞着陆、监视、调度 等。
GJL-861交通管制雷达
X波段全相参双线偏振多普勒气象雷达
机场气象雷达。 X和C波段的多普勒气象雷达测定从大气中的雨、冰或其 他碎片散射回来的回波来探测湍流、风切变、微下冲气 流。 集红外、微波及激光于一体的多功能雷达，提高低空风切 变探测的性能，还能探测出雾、暴雨及晴空湍流。
低空边界层风廓线雷达
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(2)搜索和警戒雷达 用于发现飞机。 作用距离一般在100 km以上。 岸基预警机、预警直升机、舰载预警机
对空兼对海警戒搜索和目标指 示多功能雷达
J-231中程警戒雷达及对消前后图像
KJ-2000预警机由俄制轰炸机IL-76改装而 成，其机身安装了由以色列Elta公司研发 的费尔康相控阵雷达。
■按测量目标参量分类 测距雷达 测高雷达 两坐标雷达 三坐标雷达 测速雷达 目标识别雷达 按装置环境分，又有陆用、空用、海用、宇宙空间用或固 定装设、舰船装设、各种飞行器装设、人员便携等多种 雷达。