第2章_雷达基本组成(1)
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)
天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
二次雷达工作原理课件(一)
二次雷达工作原理课件(一)
二次雷达工作原理课件
教学内容
•二次雷达的定义和基本原理
•二次雷达的组成部分
•二次雷达的工作过程
•二次雷达的应用领域
教学准备
•二次雷达的示意图或实物模型
•讲义或PPT
•实验设备（如果需要进行实验演示）
教学目标
•了解二次雷达的定义和基本原理
•理解二次雷达的组成部分及其功能
•掌握二次雷达的工作过程
•了解二次雷达在实际应用中的领域
设计说明
本课件以简洁清晰的方式介绍二次雷达的工作原理，通过图示和文字说明，使学生能够轻松理解和掌握相关知识。
教学过程
1.介绍二次雷达的定义和基本原理
–阐述雷达的定义和作用
–解释二次雷达的基本原理，即利用回波信号进行目标检测和跟踪
2.分析二次雷达的组成部分及其功能
–列举二次雷达的主要组成部分，如发射器、接收器、信号处理器等
–详细介绍每个组成部分的功能和作用
3.说明二次雷达的工作过程
–用图示展示二次雷达的工作流程，包括发射、接收、信号处理等步骤
–解释每个步骤的具体操作和原理
4.探讨二次雷达的应用领域
–引导学生思考并讨论二次雷达的实际应用领域，如航空、交通、气象等
–列举并解释二次雷达在不同领域中的具体应用案例
课后反思
本课件通过简明扼要的方式介绍了二次雷达的工作原理，结合图示和文字说明，帮助学生更好地理解相关概念。
在教学过程中，可以适当引导学生参与讨论和实验演示，以加深对二次雷达原理的理解。
同时，可以提供相关阅读材料，进一步拓展学生的知识面。
SAR技术ppt课件
率ρg ，地距分辨率是随入射角不同而变化的。
(2) 单点目标分辨率
单点目标分辨率定义：点目标冲激响应主瓣半功率点 (-3dB)处宽度对应的空间长度
0dB -3dB -4dB
…… 副瓣 副瓣 副瓣
速度取决于轨道精度，是有规律的。 ● 安装空间和位置：安装空间和载荷能力是有限的。 ● 供电能力：卫星电源供电能力是有限的。
7.2 波段和极化
● 目前SAR的工作波段已经几乎覆盖了全部雷达波段， 多波段SAR系统是一个发展方向。
● 不同目标对不同极化的电磁波散射特性也不同，并 会产生不同的极化方向旋转。 多极化SAR系统是一个发展方向。
回顾 2 合成孔径雷达采用的先进技术
宽频带的天线馈线系统； 分布式有源相控阵天线系统； 距离向多波束扫描方式（ScanSAR）； 方位向多波束工作方式； 聚束工作方式（Spotlight）； 多频段、多极化SAR技术； 干涉SAR技术； 宽频带相干发射接收系统； 高稳定度信号源； 线性调频脉冲产生和脉冲压缩技术；
特别 B = fMax 时——信号带宽使用100%（实际做不到）
SAR是一种微波全息
SAR是微波全息成像，SAR 原始数据就是数 字化的全息图，成像处理就是图像重建。
在方位向通过载机飞行和 PRF 进行全息图的 采样，因此要求载机直线飞行。
采样间隔必须固定不变，因此通常 PRF 随地 速成正比变化。或记录飞行速度（或加速度） 在成像处理中进行校正。
在距离向通过距离采样时钟进行全息图的采样。
合成孔径雷达技术
2005年6月
合成孔径雷达技术内容
回顾：1 合成孔径雷达的基本特点 2 合成孔径雷达采用的技术 3 合成孔径雷达系统的组成
《雷达原理与系统》PPT课件
W
G 发射天线增益
倍
Ar 接收天线有效面积（孔径）m2
工作波长 m
目标的雷达截面积 m2
R 雷达与目标之间的距离 m
Pr min 接收机灵敏度 W
未考虑因素：大气衰减与路径（多精径选，课件曲p率pt），目标特性与起伏
9
1.1 雷达的任务
举例：
某雷达发射脉冲功率为200KW，收发天线增益为30dB，波长0.1m，抗研究所 2014年2月
精选课件ppt
1
主要内容
1、绪论
2、雷达发射机
3、雷达接收机
4、雷达终端显示器与录取设备
5、雷达作用距离
6、目标距离的测量
7、目标角度的测量
8、目标速度的测量
精选课件ppt
2
主要内容
9、连续波雷达 10、脉冲多普勒雷达 11、相控阵雷达 12、数字阵列雷达 13、脉冲压缩雷达 14、双基地雷达 15、合成孔径雷达
收发信号载波频率的差（多卜勒频率）
举例：
fd
ttrt2Vr
2t
tr 2R0Vrt c
频率为10GHz的雷达，当目标径向速度为300m/s时，其多卜勒频率为
c f3 1 1 18 0 H m 0 0/s z0 .0m 3 ,fd2 0 3 .0m m 0 3 /s 0 2K 0Hz
精选课件ppt
8
灵敏度为-110dBm，不考虑大气损耗等，试求其对=1m2目标的最大作用
距离
1
Rm
ax
2
105 1032 0.12
4 3 1014
1
4
1
2 1023
4 3
4
100.786km
精选课件ppt
新一代天气雷达演示
雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。 首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场； 气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子； 垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中 气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量； 相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。 水平尺度：5-10km； 生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰 雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流 无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三 种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分 辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均 径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角 从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径 向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯 一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴 形态出现，含有一个或多个脉冲单体。
雷达基本理论与基本原理
雷达基本理论与基本原理一、雷达的基本理论 1、雷达工作的基本过程发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。
向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。
2、雷达工作的基本原理一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。
目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。
如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。
该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2rd v f λ=,即可得到目标的速度。
3、雷达的主要性能参数和技术参数 3.1 雷达的主要性能参数 3.1.1 雷达的探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。
3.1.2 测量目标参数的精确度和误差精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。
3.1.3 分辨力指雷达对两个相邻目标的分辨能力。
可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。
距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2c R τ∆=。
因此，脉宽越小，距离分辨力越好3.1.4数据率雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。
3.1.5 抗干扰能力指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。
3.1.6 雷达可靠性分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。
3.1.7 体积和重量体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。
魏青 雷达原理 -回复
魏青雷达原理-回复雷达原理是指利用电磁波的特性来探测和测量目标物体位置与速度的一种技术。
在这篇文章中，我们将会逐步介绍雷达原理，从最基本的概念到具体的工作原理和应用。
首先，让我们来了解一下雷达的基本概念。
雷达是由“Radio Detection And Ranging”（无线电探测与测距）这几个单词的首字母组成的缩写。
雷达系统通常由三个基本组件组成：天线、发射器和接收器。
天线用于发射和接收电磁波，发射器则产生电磁波并发送给目标物体，而接收器则接收目标物体反射回来的电磁波。
雷达工作的基本原理是利用电磁波在空间中传播的特性。
电磁波是由电场和磁场交替振荡而成，可分为不同波长的频段，包括无线电波、微波、红外线、可见光等。
在雷达系统中主要使用微波和无线电波。
当电磁波遇到物体时，一部分电磁波会被物体吸收、散射或反射。
雷达系统利用接收到的反射波信息来判断目标物体的位置、形状、速度等参数。
下面，我们来详细了解雷达系统的工作原理。
首先，雷达系统通过发射器发射一束电磁波，这束电磁波被称为脉冲。
发射脉冲的频率和功率取决于具体的应用场景和要求。
发射的脉冲电磁波会以近乎光速的速度在空间中传播，同时也会被目标物体吸收、散射或反射。
接下来，雷达系统通过天线接收到目标物体反射回来的电磁波。
天线接收到的电磁波信号会经过放大器放大后传输到接收器中进行处理。
接收器通过解调和滤波，将信号分离为目标信号和杂波信号。
目标信号是目标物体反射回来的电磁波信号，而杂波信号则包括天气、地形等其他干扰信号。
接收信号经过处理后，雷达系统可以通过测量信号的时间延迟来计算目标物体与雷达系统之间的距离。
这是利用电磁波在空间中传播速度恒定的特性来实现的。
雷达系统根据发射脉冲信号和接收到的目标物体反射波信号之间的时间差来计算距离。
通过测量连续的脉冲信号，雷达系统还可以获得目标物体的速度信息。
最后，让我们来看一些雷达系统的应用。
雷达技术在许多领域都得到了广泛应用。
雷达基本工作原理ppt课件
工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进 度越高
4 抗杂波干扰能力的关系
工作波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大
29
5.2 脉冲宽度对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
脉冲宽度越大，能量越大，作用距离越大
2 对最小作用距离的关系
固定距标圈 荧光屏边缘
10
1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理 Δ t: 往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理 借助于定向天线 － 扫描.
11
2 雷达基本组成
微波传输线 发射脉冲
发射机
天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
测 (2)
无视线限制
测量目标参数 距离，方位，速度，航向...
导航 (1) 避碰
(2) 定位
7
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动 船桥系统是未来主要的导航系统
8
1.3雷达考核内容
雷达结构及其工作原理 雷达影像失真的特点及其产生原因 影响雷达正常观测的诸要素 雷达测距/测方位 雷达定位与导航 雷达航标
28
5.1 工作波长对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的rmax要比10cm的大 雨雪天，则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多
2 对距离分辨率和测距精度的关系
工作波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有 利于缩短脉冲宽度，提高距离分辨率
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D Pt
0.001
Tr
1 2
V
2
Tr
脉冲多普勒雷达可达 102,101 ，甚至更高
连续波 D 1
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标
– 3、总效率：
• 发射机输出功率与输入功率之比
– 4、信号形式（调制方式）
雷达的常用信号形式
波形
调制类型
简单脉冲
• 例：“爱国者”AN/MPQ-53工作在C波段，160个 跳频点，瞬时工作带宽4MHz，总的工作频率范围为 640MHz
§2.1 发射机
• 如何选择工作频率？根据任务
– b、舰载应用
– 尺寸不能太大，且当掠地角趋近于零度时，从目 标直接接收的回波，几乎完全被从同一目标由水 面反射回来的回波抵消（多径效应）。 广泛采用 S，X波段
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标
– 1、工作频率、波段 – 雷达频率确定是极其重要的工作，一定要根据用
途和实际需要，一旦确定，即成为整个系统之基 础，不能轻易动摇（硬件完全确定） – 雷达频率可以是一个或多个（捷变频） – 频率的选择需要权衡多种因素 a、物理尺寸 b、发射功率 c、天线波瓣宽度 d、大气衰减等等
二相制
相位编码 多相制
脉冲编码信号 频率编码 阶梯式
随机式 调相编码
脉冲串信号
均匀脉冲串信号 加权脉冲串信号
参差脉冲串信号 频率编码脉冲串信号 重复周期参差脉冲串信号
随机 信号
连续信号 采样噪声
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标
– 5、信号的稳定度和频谱纯度： – 信号的各项参数（振幅，相位，脉宽，脉冲重频）
§2.1 发射机
• 关于发射机的进一步说明
– 载波受调制
• 脉冲雷达 • 简单调制
§2.1 发射机
• 关于发射机的进一步说明
– 载波受调制
• 线性调制脉冲 LFM
• (linear Frequency Modulation)
• 相位编码脉冲
§2.1 发射机
• 关于发射机的进一步说明
– 大功率：不同雷达功率量级不同 – 脉冲雷达，峰值功率可达KW，MW， – 连续波雷达，几十瓦，几瓦就相当大了 – 思考一：为什么如此大功率？ – 思考二：为何通常采用脉冲工作方式？
displays
第二章 雷达基本组成
§2.1 发射机 §2.2 接收机 §2.3 天线 §2.4 显示器
§2.1 发射机
• 功能
– 产生载波受调制的某一功率（通常是大功率）射 频信号，再经馈线和收发开关由天线辐射出去。
– 一般分为连续波发射机和脉冲发射机，最常用的 是脉冲雷达发射机。
– 通常是雷达系统中最重、最费钱的一部分。
– c、机载应用：
– 对尺寸限制很严，最低频段是UHF和S波段
• 例： 1、预警机 E2 ：UHF波段；AWACS ： S波段
•
作用距离远，天线罩巨大
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、无线电高度计：C波段
•
3、大部分战斗机、攻击机、侦察机雷达，工作
在X和Ku波段
§2.1 发射机
• 一、发射机主要质量指标
– 2、输出功率 – 雷达发射机中最为重要的指标，直接影响雷达威
例： 1、Pt 100kw, 1s,Tr 2000s
Pav
100
1 2000
0.05kw
2、以矩形调制脉冲雷达为例: 脉宽
脉冲重复周期 Tr
射频振荡信号振幅 V
射频信号最大瞬时功率： Po V 2
发射机峰值功率:
Pt
1 2
V
2
发射机平均功率: Pav Pt
• 频率选择需要权衡的因素
– c、波束宽度：天线波束宽度正比于
L
• 为了得到窄波束 低频，天线要求较大
•
高频，天线尺寸较小
– d、大气衰减：电波通过大气时，吸收、散射
• 频率<100MHz时，大气衰减可忽略
• 频率>10GHz时， 大气衰减很严重
– 工作频率对硬件的要求
• 在1000MHz以下要采用微波三、四极管。
§2.1 发射机
• b、平均功率Pav
– 脉冲重复周期内输出功率的平均值
在D脉 冲为重工复作周比期（Tr占内空, P比av ） P，Ttr 表 明Pt 雷Tr达 发Pt 射D
Tr
时间与总时间之比（duty factor）
§2.1 发射机
• 瞬时功率、峰值功率、平均功率的关系举例
矩形振幅调制
脉冲压缩
线性调频
脉内相位编码
高工作比多普勒
矩形调幅
调频连续波
线性调频
正弦调频
相位编码
连续波
工作比(％) 0.01～1 0.1～10
30～50 100
100
§2.1 发射机
• 信号形式（调制方式）
普通脉冲信号
规则 信号
雷达 信号 波形 分类
普通连续波信号 线性调频信号
脉冲调频信号 非线性调频信号
• 在1000MHz以上则有多腔磁控管、大功率速调管、行 波管以及前向波管等。
§2.1 发射机
• 如何选择工作频率？根据任务
– a、陆基应用： – 远程警戒雷达，预警雷达：选UHF和VHF
• 例：铺路爪PAVE PAWS选在UHF波段420～ 450MHz，波长大约69厘米
– 战术雷达，炮瞄雷达：作用距离近，尺寸 不能太大，可选L，S，C波段甚至更高
力和抗干扰能力 – 定义：发射机送至天线输入端的功率。 – 与发射机输出功率有关的两个基本概念
• a、峰值功率Pt • b、平均功率Pav
§2.1 发射机
• a、峰值功率Pt（Peak Power）
– 脉冲持续期间射频振荡信号的平均功率（有效功 率）
– 注意：不是射频正弦振荡的最大瞬时功率
– 每个脉冲能量 E Pt 是脉冲宽度
§2.1 发射机
• 频率选择需要权衡的因素
– a、物理尺寸 ：产生和发射无线电频率功率的硬 件尺寸，一般和波长成正比
• 低频：硬件又大又重
• 高频：雷达很小
– b、发射功率：发射机合理承受功率电平的能力 受电压梯度（单位长度上电压）和散热要求限制
•
米波雷达：MW级
•
毫米波雷达：百瓦级
§2.1 发射机
雷达基本组成
•现代雷达由以下基本部分构成
– 雷达发射机：Radar Transmitters – 雷达接收机：Radar Receivers – 信号处理机：Signal Processors – 数据处理机：Data Processors – 雷达天线： Radar Antennas – 指 示 器 和 显 示 器 ： Radar Indicators and