雷达系统导论
雷达系统导论2
雷达系统导论2二、目标距离的测量对单基地而言(发射机和接收机放在同一位置)，设电波在雷达与目标间往返一次所需时间为R t (即回波相对发射信号的延迟)，则目标至雷达的距离为：R ct R 21= 简单未调制的连续波雷达没有测距能力，这与其发射波形的频谱(带宽)较窄有关。
若必须测量距离，则在连续波载频上必须加上某些定时的标志，定时标志可以识别发射的时间和回波时间。
标志越尖锐、鲜明，则传输时间的测量越准确。
由傅里叶变换性质知：定时标志越尖锐，则发射信号的频谱越宽。
因此为了测量传输时间或距离，则必须发射一定宽度的频谱[3]p68。
利用调幅、调频或调相可展宽连续波发射信号的频谱。
根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可采用脉冲法、频率法和相位法。
根据雷达信号的形式，雷达主要分为：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。
此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。
1．脉冲法[1]p174~181 (脉冲雷达)常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是矩形脉冲，按一定的或交错的重复周期工作。
脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关(简称为收发开关TR)和接收机保护器。
在发射时，收发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。
接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失[1]p58~58。
距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离，它主要取决于雷达信号波形。
对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为[2]p480：Bc R 2=δ 式中c 为光速，B 为发射波形带宽当采用简单未编码的矩形脉冲(如图8)时，τ1=B ，其中τ为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言，2τδc R =，即脉冲越窄，距离分辨力越好。
测距范围包括最小可测距离和最大单值测距范围。
最小可测距离是指雷达能测量的最近目标的距离。
雷达系统导论概述
ICASSP – International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing IEEE SP Society主办，年会，3000页左右 ICSP – International Conference on Signal Processing 中国电子学会主办，每两年一届(偶数年)，2000页左右 NAECON – National Aerospace and Electronics Conference IEEE AES Society主办，每年一届 International Conference on HF Radio Systems & Techniques IET主办，每三年一届 International Conference on Antennas and Propagation IET主办，每两年一届 IEEE Antennas and Propagation International Symposium IEEE AP Society主办，年会 IGARSS – International Geoscience and Remote Sensing Symposium IEEE GRS Society主办，年会 SPIE Conference, Symposium on ….. SPIE召开的系列研讨会，目前已累积出版数千册 OCEANS – / IEEE OE Society，每年在美国与MTS (the Marine Technology Society) 合办一次会议，在亚太地区(奇数年)、欧洲(偶数年)单独举办一次。
国内期刊
电子学报、Chinese Journal of Electronics 中国电子学会 电子与信息学报、Journal of Electronics (China) 中科院电子所 通信学报 中国通信学会 宇航学报 中国宇航学会 航空学报 中国航空学会 微波学报 中国微波学会 系统工程与电子技术、Journal of System Engineering and Electronics 信号处理、电波科学学报、现代雷达、雷达与对抗、雷达科学与技术、 中国雷达、电子对抗、电子对抗技术、航天电子对抗、舰船电子对抗
雷达系统导论实验教学课件_第一堂课
得到一维特性后推广到其它各个时刻，就可以得到整个白噪声
而任意两个时刻之间是不相关的。
过程的特性；因为其任一时刻的一维概率密度函数都是相同的，
随机过程的简化方法
一阶矩
均值
E[ x(t )] xP ( x)dx
二阶矩
相关函数 均方
rxx (t1 , t 2 ) E ( x(t1 ) x(t 2 )] E( x )
幅度：瑞利分布、韦布尔、复合k分布
功率谱：高斯谱，双峰
7
2.2 概述
雷达系统的输入：
杂波
气象杂波
云、雾、雨、雪、冰、雹等产生的杂波 幅度：瑞利分布 功率谱：高斯谱 仙波
海鸟等所产生的杂波
点或面杂波
8
2.2 概述
雷达系统的输入：
干扰 有源干扰
各种雷达欺骗信号
高功率的工业噪声
u F ( )
根据反函数，可以求取随机变量的抽样公式
i F 1 (ui )
17
直接抽样
• 利用直接法产生其它分布随机变量
[a,b]区间上均匀分布的随机变量
指数分布随机变量：E ( x) , D( x) 2
1
1
瑞利分布随机变量
E ( x)
2
1.25 , D( x) (2 ) 2 0.43 2
2
x1 x2 P( x1 x2 )dx1dx2
x 2 P( x)dx
方差
Var[ x(t )] E[( x(t ) E[ x(t )]) 2 ] E[ x 2 (t )] {E[ x(t )]}2
(完整版)雷达系统导论第9章作业答案.doc
9.1 （ a）推导尺寸为 D 的均匀照射线源口径的场强方向图的表达式。
（ b）大致画出它的辐射功率方向图的图形。
(c) 如果天线的尺寸是 60 波长，那么主波束的头两个零点间宽度是多少？ (d) 半功率点宽度是多少？(a) E( ) sin[ ( D / )sin ](D / )sin(b)-10-20-30edut in-40gam-50-60-70-80-80-60-40-20020406080angle(c)60πsin φ πφ0.955 o所以两零点宽度 1.9o(d)半功率点宽度 0.2693o9.7 为什么抛物面可以做成一个好的反射面天线？抛物面表面可以把从馈源辐射的球面波转成平面波，因此当被在焦点的馈源适当照射时，抛物面产生一个几乎对称的笔形天线方向图。
9.8 下列抛物反射面天线在什么情况下可以使用：(a) 旋转抛物面(b) 旋转抛物面的一段 (c) 抛物柱面(d) 圆形环抛物面 (e) 偏馈抛物面(f) 卡塞格伦 (g) 镜面扫描天线 (h) 球面反射面天线(i) 透镜天线？旋转抛物面跟踪雷达旋转抛物面的一段二维对空警戒雷达抛物柱面需要精确的俯仰波束赋形偏馈抛物面既不存在由于孔径遮挡的方向图畸变，也没有任何显著数量的辐射被馈源截获引起阻抗失配。
卡塞格伦射电天文和空间通信镜面扫描天线体积小，重量轻，适合载荷有限的场合。
球面反射面天线对任何入射角均可反射到馈源，适合射电天文透镜天线天线辐射波束中的旁瓣和后瓣小，方向图较好；②制造透镜的精度要求不高，制造方便，重量比较轻，适合机载，星载等情况。
9.10 列出现有的五种获得相移的基本方法，并给出基于每种方法的移相器的例子。
为了获得相移的方法归纳如下：频率f应用于串联传输线，如蛇形馈电线长l可以用电子开关接入或去掉传输线的长度来实现移相，如二极管移相器。
导磁率当加上的磁场变化时，铁氧体材料显示导磁率的变化，从而产生相位变化，如铁氧体移相器。
雷达系统导论
特征测量雷达：
✓ 它能获得目标的雷达散射截面积、角闪烁特性、极化 特性、散射中心分布特性等参量，进而推求出目标形 状、体积、姿态、表面材料、粗糙程度等，从而达到 对遥远目标进行分类、辨识与识别的目的。
雷达的应用领域
军事
✓ 防空警戒（超远程、远程、近程）、反导（不同阶段）、指 挥引导（地面、机载）、制导（地面、导引头）、侦查（机 载、星载）、火控（地面、机载）、炮瞄、空间飞行器跟踪。
✓ 微波、毫米波波段，穿透性强，全天候 ✓ 缺点：分辨率不如光学和红外 ✓ 雷达系统：解决全天候使用的问题，不是为了提高分
辨率
雷达工作频率
雷达工作频率
10km 1km 100m 10m 1m 0.1m 1cm 1mm 0.1mm
VLF LF
MF HF VHF UHF SHF EHF
30K 音频
300K 3M 广播
雷达的发明
1904年，德国人胡尔斯耶而发明Telemobiloscope，探测到海面 船只，并申请了专利，但由于无法测量距离而没有大量应用。
雷达的发明
1935年，英国人Robert Watson Watt在研究“死 亡射线”的基础上，开始研究无线电的探测和测 距功能，2月用6MHz通信设备做了差拍信号探测飞 机实验，6月成功的验证了脉冲技术探测和测量飞 机距离的方案。
雷达目标的两种分类
合作目标：
✓ 雷达发展的重要分支——微波遥感，合成孔径雷达， 微波散射计、高度表等微波遥感设备。
非合作目标：
✓ 多采用“多、假、小、低”措施，采用多目标、诱饵、 隐身、低空等措施与雷达对抗，迫使雷达产生了相控 阵、多基地、脉冲多普勒等先进体制。
《雷达导论概论》课件
02 雷达系统组成
发射机
发射机是雷达系统的核心组成部分， 负责产生高频率的电磁波信号。
发射机的性能指标包括发射信号的频 率、功率、波形和调制方式等，这些 指标直接影响雷达的探测距离、分辨 率和抗干扰能力。
发射机通常包括振荡器、功率放大器 和调制器等组件，用于产生特定频率 和功率的信号。
为了提高雷达的性能，需要不断优化 发射机的设计，如采用新型的振荡器 和放大器技术，以提高信号的稳定性 和功率。
雷达干扰的种类与产生机理
• 杂乱式干扰：通过发射杂乱信号使雷达接收机过载，导致 无法正常工作。
雷达干扰的种类与产生机理
01
干扰产生机理
02
电磁波传播过程中受到自然或人为因素的干扰，导 致信号失真或被淹没。
03
干扰源通常包括敌方有意发射的干扰信号、自然界 的电磁噪声以及设备内部产生的噪声。
抗干扰技术的主要方法
的信息。
参数测量
参数测量阶段需要对目标的距离、速 度、角度等参数进行测量，以获取目
标的详细信息。
信号检测
在信号检测阶段，需要对接收到的信 号进行阈值检测或相关检测，以判断 目标是否存在。
数据处理
数据处理阶段需要对采集到的数据进 行预处理、特征提取和分类识别等操 作，最终输出目标信息。
05 雷达数据处理
智能化抗干扰技术
利用人工智能和机器学习技术，自动识别和 排除干扰信号。
软硬结合抗干扰技术
结合硬件和软件手段，从多个层面降低干扰 信号的影响。
多频段、多模式抗干扰技术
开发利用多个频段和多种工作模式的雷达， 提高抗干扰能力。
网络化抗干扰技术
通过组网技术，实现雷达之间的信息共享和 协同工作，提高整体抗干扰能力。
雷达系统导论4
雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。
脉冲多普勒雷达：采用脉冲方式发射的多普勒雷达。
动目标显示：为增强检测并显示运动目标的一种技术。
共同特点：利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标，杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。
主要区别：《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。
用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊，用高PRF可克服多普勒频率模糊，但一般难以同时克服两种模糊。
通常MTI雷达的PRF选得较低，以便能克服距离模糊(即没有多次回波)，但频率测量是模糊的并导致了盲速。
而PD雷达具有高的PRF，能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。
《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF，而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器，而PD雷达是用一组相参积累滤波器。
因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。
MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波，滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上，而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。
由于固定目标杂波背景的复杂性，MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制，达不到对动目标检测的最佳效果。
PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标，同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波，通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组，其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。
雷达系统导论第5-6章作业答案概览
5.1(a)求时间宽度为τ、幅度为A 的理想矩形（视频）脉冲的匹配滤波器频率响应函数)(f H （假设脉冲在时间上从2/τ-延伸至2/τ+）。
(b)概画)(f H 对正频率的的幅度。
(c)概画视频匹配滤波器的输出，（直接观察比计算更容易得到结果。
）可以取0=m t 。
解：(a)矩形脉冲的频谱为：)(sin 2)(*2/2/2/2/22f S ff Af j e A dt e A f S ft j ft j ==-==----⎰πτππττττππ 所以，m ft j a e f f A G f H πτπτπ2sin )(-= (b) 概画)(f H 对正频率的的幅度如下：(c) 取0=m t ,概画视频匹配滤波器的输出如下：5.6 在式（5.1）中给出的匹配滤波器频率响应函数表达式里，常数a G 的单位是什么？解：由式（5.1）)2exp()()(*m a ft j f S G f H π-=，式中)2exp(m ft j π-部分没有单位，常数a G 的单位是能量的单位的倒数1()VT -。
5.9 （a ）画出相关接收机的方框图。
（b ）解释为什么在检测性能上相关接收机可以认为等同于匹配接收机。
（c ）如果可能，在什么情况下可以选择制造相关接收机而不是匹配接收机？解：（a ）输入信号()in y t 首先乘以发射信号的延迟的()R s t T -（R T 是估计的目标回波信号的时延估计值），然后把乘积通过低通滤波器完成积分。
（b ）（参看P211）因为匹配滤波器的输出是接收信号和发射信号的互相关函数，所以匹配滤波器和互相关接收机在数学上是等价的，在检测性能上相关接收机可以认为等同于匹配接收机。
（c ）在对单一时延R T 检验是否出现目标时，可以选择制造相关接收机而不是匹配接收机。
5.12 证明匹配滤波器的脉冲响应)]()([t t s G t h m a -=是它的频率响应函数)2exp()()(*m a ft j f S G f H π-=的傅立叶变换。
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雷达系统导论（第三版）目录
作者介绍：Skolnik博士：美国国家工程院院士，IEEE会士担任美国海军研究实验室雷达分部负责人已有30余年，第一个在雷达技术与应用方面获得IEEE Dennis J．Picard 章；同时是IEEE Harry钻石奖，JohnsHopkins大学著名男毕业生奖，以及美国海军著名文官服务奖的获得者。
Skolnik博士曾是IEEE会刊编辑，编著有《雷达手册》（由McGraw—Hill出版社出版，中文版第二版由电子工业出版社出版）和《雷达应用》（由IEEE出版）等书。
国际雷达会议资料：
/search/searchresult.jsp?history=yes&queryText=%28%28rad ar+conference%29%3Cin%3Emetadata%29
第1章雷达简介
1.1 基本雷达
1.2 雷达方程的简单形式
1.3 雷达框图
1.4 雷达频率
1.5 雷达的应用
1.6 雷达的起源
参考文献
习题
第2章雷达方程
2.1 引言
2.2 噪声中信号的检测
2.3 接收机噪声和信-噪比
2.4 概率密度函数
2.5 检测和虚警概率
2.6 雷达脉冲的积累
2.7 目标雷达横截面积
2.8 雷达横截面积的起伏
2.9 发射机功率
2.10 脉冲重复频率
2.11 天线参数
2.12 系统损耗
2.13 其他有关雷达方程的考虑
参考文献
习题
第3章MTI雷达和脉冲多普勒雷达
3.1 引言
3.2 延迟线对消器
3.3 参差脉冲重复频率
3.4 多普勒滤波器组
3.5 数字MTI处理
3.6 运动目标检测器
3.7 MTI性能的限制
3.8 运动平台的MTI（AMTI）
3.9 脉冲多普勒雷达
3.10 其他的多普勒雷达
参考文献
习题
第4章跟踪雷达
4.1 用雷达跟踪
4.2 单脉冲跟踪
4.3 圆锥扫描和顺序波束转换
4.4 跟踪精度的限制
4.5 低角跟踪
4.6 距离跟踪
4.7 其他有关跟踪雷达的专题
4.8 跟踪雷达的比较
4.9 监视雷达自动跟踪
参考文献
习题
第5章噪声中的信号检测
5.1 引言
5.2 匹配滤波器接收机
5.3 检测准则
5.4 检波器
5.5 自动检测
5.6 积累器
5.7 恒虚警率（CFAR）接收机
5.8 雷达操作员
5.9 信号管理
参考文献
习题
第6章雷达信号的信息
6.1 引言
6.2 基本雷达测量
6.3 雷达测量的理论精度
6.4 模糊图
6.5 脉冲压缩
6.6 目标识别
参考文献
习题
第7章雷达杂波
7.1 雷达杂波介绍
7.2 表面杂波雷达方程
7.3 地杂波
7.4 海杂波
7.5 表面杂波的统计模型
7.6 气象杂波
7.7 大气回波的其他来源
7.8 杂波中目标的检测
参考文献
习题
第8章雷达波的传播
8.1 引言
8.2 平坦地面的前向散射
8.3 球形地球表面的散射
8.4 大气折射——标准传播
8.5 非标准传播
8.6 绕射
8.7 大气衰减
8.8 环境噪声或外部噪声
8.9 其他的传播影响
参考文献
习题
第9章雷达天线
9.1 雷达天线的功能
9.2 天线参数
9.3 天线辐射方向图和孔径照射
9.4 反射面天线
9.5 电子扫描相控阵天线
9.6 移相器
9.7 频率扫描阵列
9.8 相控阵的辐射器
9.9 用于相控阵的结构
9.10 机械扫描平面阵列天线
9.11 方向图综合
9.12 误差对方向图的影响
9.13 低副瓣天线
9.14 相控阵雷达的成本
9.15 关于相控阵天线的其他论题
9.16 相控阵雷达系统结论
9.17 关于天线的其他论题
参考文献
习题
第10章雷达发射机
10.1 引言
10.2 线性束功率管
10.3 固态射频功率源
10.4 磁控管
10.5 正交场放大器
10.6 其他射频功率源
10.7 雷达发射机的其他方面
参考文献
习题
第11章雷达接收机
11.1 引言
11.2 接收机噪声系数
11.3 超外差接收机
11.4 收发开关和接收机保护器
11.5 雷达显示器
参考文献
习题。