导航雷达第三章雷达设备接收机

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雷达原理

一、绪论雷达：无线电探测与测距。

利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。

雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。

定时器发射机收发开关天线显示器接收机天控系统组成框图雷达测量原理雷达发射信号：雷达接收信号：雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息雷达组成：天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波收发开关：发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波接收机：放大微弱的回波信号，解调目标信息雷达的工作频率：工作频率范围：22mhz--35ghz扩展范围：2mhz--94ghz绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。

跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度发射功率的和调制波形：发射功率的大小直接影响雷达的作用距离发射信号的调制波形：早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。

影响探测能力和距离分辨力重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。

决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。

机械性扫描和电扫描接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。

这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。

第三章雷达信号模型及信号处理

Suppose that we want to measure the position and speed of an object -- for example a car going through a radar speed trap. Naively, we assume that (at a particular moment in time) the car has a definite position and speed, and how accurately t l we can measure these th values l d depends d on the th quality lit of f our measuring i equipment i t -- if we improve i th the precision of our measuring equipment, we will get a result that is closer to the true value. In particular, we would assume that how precisely we measure the speed of the car does not affect its position, and vice versa. In 1927, 1927 German physicist Werner Heisenberg proved that these assumptions are not correct. correct Quantum mechanics shows that certain pairs of physical properties, like position and speed, cannot both be known to arbitrary precision. That is, the more precisely one property is known, the less precisely the other can be known. This statement is known as the uncertainty principle (or Heisenberg's uncertainty principle). The uncertainty principle isn't a statement about the accuracy of our measuring equipment, equipment but about the nature of the system itself -- our naive assumption that the car had a definite position and speed was incorrect. On a scale of cars and people, these uncertainties are too small to notice, but when dealing with atoms and electrons they become critical. yp principle p shows mathematically y that the p product of the uncertainty y in the p position and momentum of The uncertainty a particle (momentum is velocity multiplied by mass) could never be less than a certain value, and that this value was related to Planck's constant.

导航雷达

导航雷达概念：导航雷达是供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。

船舶上供探测周围目标位置，以实施航行避让、自身定位等用的雷达。

船上装备雷达始自第二次世界大战期间，战后逐渐扩大到民用商船。

国际海事组织(IMO)规定,1600吨位以上的船只须装备导航雷达。

导航雷达的一项重要任务是目标标绘，这项任务正逐渐改由自动雷达标绘装置来担任。

国际海事组织还规定所有 1万吨位以上的船只逐步装设这种装置。

一般雷达把自身作为不动点表示在平面位置显示器（见雷达显示器）的中心。

但在航海中，船舶自身在运动，总是与固定目标或运动目标作相对运动。

适应航海环境的雷达，应是真正运动的雷达，须能自动输入船舶自身的航速和航向，数据必须相当准确。

第二次世界大战以后，微波航海雷达的基本结构并无很大的改变，磁控管发射机、高灵敏度接收机、双工器、天线和显示器的工作原理均与以前的相同，但性能和可靠性已经得到改进。

应用固态电子技术，使设备的可靠性有了很大的提高。

现代航海雷达除磁控管和阴极射线管以外，其他有源电路元件基本上已全部使用晶体管和集成电路。

由于电路改进，脉冲宽度已从1～2微秒减至0.1微秒，磁控管峰值功率已从3千瓦提高到50千瓦，从而目标分辨力和灵敏度得到提高。

开槽波导天线阵列使天线波束宽度从2°减至0.7°或0.8°，使目标方位辨别能力得到提高。

由于这些改进，在40厘米平面位置显示器上可描绘出航线式图像，便于船舶在沿海岸线航行和进出港时标绘。

60年代后期，利用小型计算机研制成功自动雷达目标跟踪和估算系统，它能处理雷达视频电压，检测和跟踪目标，测量船舶与目标之间的相对运动，预计目标未来的运动和最接近点，协助驾驶人员采取回避动作。

导航雷达和自动雷达标绘装置是航海领域内的重要设备，是驶近陆地、引导船舶出入港口和窄水道的必要设备。

多普勒导航雷达利用多普勒效应测量飞机飞行速度的机载导航雷达，与机上航向设备、导航计算机等组成自主式航位推算多普勒导航系统。

雷达原理3- 雷达接收机

第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机 3.1.2
1. 灵敏度灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。超外差式雷达接收机的灵敏度一般约为(10-12~10-14)W.
接收机的工作频带宽度主要决定于高频部件(馈线系统、高频放大器和本机振荡器)的性能。带宽是不是越宽越好？
第3章雷达接收机
3. 动态范围动态范围表示接收机能够正常工作所容许的输入信号
强度变化的范围。最小输入信号强度通常取为最小可检测信号功率Si min,
允许最大的输入信号强度则根据正常工作的要求而定。使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
第3章雷达接收机
3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标
3.1.1 超外差式雷达接收机的组成 l接收机的任务
发射脉冲噪声
被噪声淹没的信号
图3.3 显示器上所见到的信号与噪声
第3章雷达接收机 2. 接收机的工作频带宽度
接收机的工作频带宽度种类？
接收机的顺时带宽是指，该部件在特定的增益（有时是相位）容差内能同时放大两个或两个以上信号的频带。
调谐带宽是指该部件在调整适当的电气或机械旋钮时可以工作，而不降低指定性能的频带。

雷达接收机的工作原理

雷达接收机的工作原理雷达接收机是一种将雷达信号从接收天线传到解调器的机制，其主要作用是将来自雷达天线的电磁波转化为电信号，以供后续处理。

雷达接收机是雷达系统中至关重要的一部分，其主要工作就是接收反射信号，提取目标信息，然后对目标进行跟踪和定位。

雷达接收机的工作原理：雷达接收机的工作原理可以简单地分为两个步骤：第一步是将返回天线的电磁波转化为电信号，第二步是对电信号进行放大和滤波，然后将其输送到解调器以及其他处理单元进行处理。

第一步：将接收到的电磁波转化为电信号雷达接收机使用共振回路来将接收天线接收到的电磁波转化为电信号。

共振回路是一个可以与特定频率振荡的电容和电感组合的电路元件。

当接收天线接收到电磁波时，它会将电场和磁场分别指向接收天线的两个端口。

这些场产生的电压被输入到共振回路中，从而产生振荡电压。

第二步：对电信号进行放大和滤波在将来自天线的信号转化为电信号之后，雷达接收机会将其进一步将其放大和滤波。

接收到的电信号通常非常微弱，因此需要一个放大器来提高信噪比，同时也要进行滤波，以去除任何不需要的频率成分。

滤波的目的是去除噪声和干扰，从而提高雷达系统的灵敏度。

雷达接收机中的放大器和滤波器通常采用晶体管、IO 器件组成的电路。

这些电路可以根据不同的频率和信号强度条件进行优化，以提高雷达系统的性能。

总结：雷达接收机是雷达系统中至关重要的一个部件。

它负责将来自雷达天线的电磁波信号转化为电信号，并对其进行放大和滤波来去除噪声和干扰。

雷达接收机的主要任务是提取目标信息，从而实现目标跟踪和定位。

在雷达系统中，雷达接收机的性能往往是决定系统性能的关键因素之一。

因此，对于雷达系统的设计和优化而言，雷达接收机是一个非常关键的组成部分。

第三章雷达接收机

临界灵敏度
Si,m inkT0BnF 0M
Si,m inkT0BnF0
令M=1
对数表示
Si,m in(dB m W )10lgS 1 i0 ,m i3 n(dB m W ) Si,m in(dB m W ) 114dB 10lgB n(M H z) 10lgF 0
一般接收机的灵敏度在-90~-110dBmW
1. 噪声系数只适用于接收机的线性电路和准线性电路。(非线性电路,需要考虑输出信号与噪声的交叉项)
2. 为使噪声系数具有单值确定性，规定输入噪声以天线等效电阻在室温290K时产生的热噪声为标准。噪声系数只由接收机本身参数确定。
3. 噪声系数没有单位。通常用分贝表示
4. 无源四端网络的噪声系数
图3.13，P60
雷达接收机的高频部分
发射机
收发转换开关
接收机保护电路
收发开关
本机振荡
高频放大器
天线
混频器接收机保低噪声高护器来自放至主中放前置中放
本级振荡器
混频器
接收机的 “前端”
收发转换开关
功能：
发射时，使天线与发射机接通，同时与接收机断开，避免高功率发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。接收时，使天线与接收机接通，同时与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失。
F 0 1 T 0 F 1 1 T 0 F 2 G 1 1 T 0 F G 3 1 G 2 1 T 0 G 1 G F 2 n G 1 n 1 T 0
T e T 1 G T 2 1 G T 1 G 32 G 1 G 2 T nG n 1
接收机灵敏度
衡量接收机接收（检测）微弱信号的能力。
使接收机开始出现过载时的输入功率与最小可检测功率之比

雷达信号接收设备调试工作流程

雷达信号接收设备调试工作流程一、概述雷达信号接收设备调试是确保雷达系统正常运行的重要环节，它涉及到信号传输、处理和分析等方面的工作。

本文将介绍雷达信号接收设备调试的详细工作流程。

二、准备工作在进行雷达信号接收设备调试之前，需要进行以下准备工作：1. 验证设备连接：检查接收设备与雷达系统主控制台之间的连接是否正常，确保数据传输通畅。

2. 设备检查：检查接收设备的各个部件是否完好，包括天线、放大器、滤波器和AD转换器等。

3. 校准仪器：校准接收设备的各个参数，确保其能够准确地接收雷达信号。

三、信号接收设备调试流程1. 设置优先级：根据雷达系统的需求，设置信号接收设备的优先级，确定需要接收的信号类型。

2. 带宽选择：根据不同的应用场景，选择合适的带宽，以适应信号传输的需求。

3. 信号增益设置：根据雷达系统的要求，设置接收设备的信号增益，以确保能够接收到弱信号。

4. 信号过滤：根据信号频率和干扰情况，设置合适的信号滤波器，以滤除不需要的干扰信号。

5. 时钟同步：对接收设备进行时钟同步，确保多个设备之间的数据同步和传输的一致性。

6. 数据采集和存储：设置接收设备的数据采集模式和存储路径，以便后续的信号分析和处理。

7. 灵敏度调节：根据雷达系统的要求，调节接收设备的灵敏度，以适应不同信号强度的接收。

8. 信号解调：对接收到的信号进行解调处理，提取其中的有用信息。

9. 数据输出：将处理后的数据输出到雷达系统的主控制台，以供后续的分析和显示。

四、实验验证完成信号接收设备的调试工作后，需要进行实验验证，以确保其正常工作：1. 信号测试：发送特定类型的雷达信号，检查接收设备是否能够正常接收并处理。

2. 数据比对：将接收到的数据与预期结果进行比对，验证接收设备的准确性和可靠性。

3. 故障排查：在实验过程中，如果发现接收设备存在异常情况，需要及时排查并解决故障。

五、总结雷达信号接收设备调试是确保雷达系统正常运行的关键步骤，本文介绍了其详细的工作流程。

现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第3章

23
本节首先介绍RCS的定义，然后介绍影响RCS的几个因素及计算，最后介绍统计意义上的雷达横截面积模型和模型对最小可检测信号的影响。
24
3.2.1 RCS的定义
雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。一般用后向散射能量的强度来定义目标的RCS。为了描述目标的后向散射特性，在雷达方程的推导过程中，定义了“点” 目标的RCS为σ，σ定义为
(3.1.8) 由式(3.1.8)可看出，接收的回波功率Pr与目标的距离 R的四次方成反比，这是因为在一次雷达中，雷达波的能量衰减很大(其传播距离为2R)。只有当接收到的功率Pr大于最小可检测信号功率Smin时，雷达才能可靠地发现目标。
9
所以，当Pr正好等于Smin时，就可得到雷达检测目标的最大作用距离Rmax。因为超过这个距离，接收的信号功率Pr进一步减小，就不能可靠地检测到目标。它们的关系式可以表示为
根据式236接收机的噪声系数f为3111机带宽代入上式输入端信号功率为3112若雷达的检测门限设置为最小输出信噪比snromin则最小可检测信号功率可表示为311331143115统计检测理论基础上的统计判决方法来实现信号检测检测目标信号所需的最小输出信噪比又称为检测因子detectabilityfactordsnromin就是满足所需检测性能即检测概率为pd和虚警概率为pfa在检波器输入端单个脉冲所需要达到的最小信噪比也经常表代替snromin并考虑接收机带宽失配所带来的信噪比损耗在雷达距离方程中增加带宽校正因子c3116器输入端的d0n值可以下降因此该方程表明了雷达作用距离和脉冲积累数n之间的关系计算和绘制出标准曲线供查用
(3.1.4)
6
目标受到电磁波的照射，因其散射特性将产生散射回波。散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1 及目标的散射特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散射特性。若假定目标可将接收到的回波能量无损耗地辐射出来，就可以得到目标的散射功率(二次辐射功率)为

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基本雷达
天线角位置与船首标识
定时脉冲
雷达视频
陀螺罗经或 THD
艏向
SDME
航速
EPFS、AIS 位置、识别其他传感器水文地理信息
信息处理与显示系统
方位量化 a
坐
视
同步单元
标
频
转
处
视频量化 b 换
理
IEC 61162 NMEA 等其他接口
刻度标识
综合信息显示与操作控制
I/O 接口及视频处理器
增益控制电路：改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度
控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）
第三章雷达设备-接收系统组成
（三）海浪杂波抑制电路（STC）
目标
海杂波
改变近距离放大倍数，抑制海浪干扰回波。
u
抑制深度
t O 抑制范围
控制电压
（四）检波及视频放大器
信息处理器（目标跟踪、信息融合）
主控制器
现代雷图达3信-6-息1 雷处达理信与息处显理示与系显示统系的统基本组成框图
第三章雷达设备—显示系统
➢雷达视频处理电路
雨雪干扰抑制、同频干扰抑制、恒虚警率处理、扫描相关处理、回波平均、回波扩展和尾迹显示
1．雨雪干扰抑制（FTC—Fast Time Constant/ Anti-Rain Clutter）
（二）灵敏度与放大倍数
表征接收系统接收弱信号的能力，通常由最小可辨信号功率Prmin表示，一般可达10-12～10-14 W。
（三）通频带
通频带也称频带宽度，表示中频放大器能够不失真地放大回波信号的频率响应范围。通频带越宽，信号被
放大时失真越小，雷达的观测精度就越高，但雷达保持较高的放大倍数和灵敏度就越受到限制，适合近量程。
第三章雷达设备—接收系统的主要技术指标
（四）恢复时间
从引起接收系统饱和或过载的强信号过后开始，到接收系统刚刚恢复正常工作能力为止所经历的时间，越短越好。
恶劣天气中的强海浪回波、强雨雪回波以及近距离大型船舶的回波，应警惕其后方目标。
第三章雷达设备—雷达信息处理及显示系统
第六节雷达信息处理及显示系统
fS始终相差一个中频；调谐不当将影响雷达图像质量。包括：人工调谐和自动调谐（AFC）调谐标准：显示器上调谐指示最大或回波饱满清晰。
第三章雷达设备-接收系统组成
（二）中放（中频放大器）：把微弱的中频回波信号不失真地放大近百万倍，然后送去检波成为视频信号
V → V
1）前置中放：着重尽可能地减小噪声，2 ~ 3级 2）主中放：着重提高信号放大倍数，6 ~ 7级
两部分：本机振荡器、混频器
1）本机振荡器：产生比磁控管振荡频率高一个中频的小功率等幅连续振荡信号，即本振信号fL
2）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）混频晶体二极管
➢接收系统的调谐：调整本振的输出频率fL ，以满足其与回波信号频率
雨/雪/云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波。
微分电路将宽回波视频信号微分变窄，突出信号前沿，减弱回波信号的能量即强度，只保留了回波的前沿，以抑制雨雪干扰。同时也提高了距离分辨力。
Input
Output
使用注意事项①将减小探测距离②丢失弱小目标回波,只在雨雪干扰严重时使用FTC。
1st 扫描 2nd 扫描视频输出
TI
T
I
T
T II T II TI
二进制与门运算： 0×0=0； 1×0=0； 0×1=0 ；1×1=1
3）恒虚警率处理电路（CFAR-Constant False Alarm Rate ）
抑制机内噪声和干扰，为现代雷达普遍采用
缺点：易丢失弱小目标
Sea
Rain
5）回波扩展
包括：方位扩展、距离扩展和方位距离同时扩展，回波扩展可以提高屏幕对小目标的检测能力，但会引起回波变形及目标的屏幕分辨力下降。
2）同频干扰抑制电路（RIC—Radar Interference Canceler 或 IR）：
同频干扰：两台距离相近的同波段雷达同时工作，相互间产生的干扰。其特点是：近量程时干扰在屏幕上较为分散，螺旋线效果不明显；随着量程增大，干扰变得密集，远量程时干扰杂波表现为密集混乱的图像，
同频干扰一般发生在狭水道船舶航行密集的海域。
第三章雷达设备工作原理
第五节雷达接收系统
自双工器
高放
变频器混频器
中频放大器
检波器
本振 MIC
人工调谐
自动调谐增益触发脉冲（AFC）海浪抑制
图3-5-1 接收系统框图
Байду номын сангаас
视频放大器至显示器
第三章雷达设备-接收系统组成
（一）变频器：把超高频回波信号变成中频（30、45、60 MHz）信号
u clutter clutter
t
O
Ship
u O
Ship
Island
（a）Raw video t
（b）CFAR bias
u
t
O
（c）CFAR video
4）回波平均
对连续两幅或多幅画面的回波强度进行平均化处理，稳定可靠的回波强度基本保持不变，而杂波干扰经平均后，屏幕显示亮度大幅度降低，去干扰。
被干扰的小目标
岸线基本不受影响
（a）近量程
旁瓣接收同频干扰（b）量程增加
图3-6-4 同频干扰图像
（c）远量程
同频干扰的相关性：
相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）
比较若干次扫描回波，有用的目标回波总是处于相同距离位置；而同频干扰信号则因大多处于不相同的周期，所处的位置不同。利用“与门”运算，可消除同频干扰
STC
目标丢失
增加
目标正常保留
海杂波减弱
目标减弱
检波器：将中频雷达信号转变为低频的原始视频信号，经过放大后送到显示器。
目标重现 STC 作用
第三章雷达设备—接收系统的主要技术指标
二、雷达接收系统主要技术指标
（一）中频频率：根据设备型号不同，雷达中频普遍采用30 MHz，45 MHz或 60 MHz 。
PPI（Plane Position Indicator） : 模拟信号处理（传统式）光栅（TV）、液晶 : 数字信号处理（现代式）
阴极
电子枪栅极
阳极偏转线圈罩
管脚灯丝
管径位移线圈
Fig CRT
电子束屏荧光锥体
【传统PPI阴极射线管显示器】
【现代电视光栅扫描显示器】
传感器