第一章雷达基本工作原理
雷达与雷达模拟器
Pr min——接收机门限功率
0——物标有效散射面积（雷达截面积）
2、雷达最大探测范围：标准大气压下，雷达波正常折射 雷达可以探测到的最大距离。
计算公式
R max = 2.23（ h1 + h2 ） （n mile）
h1
Antenna radar horizon Target radar horizon
显示器要求。
V 几十V
6、显示器：平面位置显示器（PPI）。显示与测量目标，目标 回波按目标的实际距离和方位显示在荧光屏上； 且配有测量系统供随时测量。
7、雷达电源：把船电变成雷达所需的中频交流电。 400 ~ 2000 Hz
二、船用雷达单元构成：
1、三单元雷达： 收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关） 显示器、天线、中频电源
六、测方位精度
1、影响因素
水平波束宽度 方位同步系统误差 船首标志线的宽度和精度 方位测量设备的误差 船舶摇摆倾斜导致的误差 光点尺寸；视差；罗经航向误差
2、性能标准要求
测量位于屏边缘的目标回波，误差不能超过1； 船首线误差不能超过1；船首线宽度不大于0.5
第五节 雷达假回波
一、间接反射假回波
船上或陆地上的强反射体做为二次辐射源， 在荧屏上形成的假回波
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
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 p =p t m tT
R max
p↑→
杂波
A
B
雷达原理复习总结（可编辑）
雷达原理复习要点第一章（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)：radar的音译，RadioDetectionandRanging的缩写。
无线电探测和测距，无线电定位。
雷达的任务：利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。
从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？斜距R:雷达到目标的直线距离OP方位α:目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。
仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。
2、目标距离的测量测量原理式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒)距离测量分辨率两个目标在距离方向上的最小可区分距离最大不模糊距离3、目标角度的测量方位分辨率取决于哪些因素4、雷达的基本组成雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机：产生大功率射频脉冲。
收发转换开关:收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。
接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器：显示目标回波，指示目标位置。
天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。
电源第二章1、雷达发射机的任务为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去2、雷达发射机的主要质量指标工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度3、雷达发射机的分类单级振荡式、主振放大式4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点单级振荡式：脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。
优点：简单、廉价、高效；缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；主振放大式：固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。
激光雷达在三维重建中的应用
激光雷达在三维重建中的应用第一章激光雷达的基本原理激光雷达是一种通过发射激光束并测量其返回时间来获取目标物体位置和形状的设备。
它利用激光脉冲从目标物体上反射回来的时间来计算物体与激光雷达的距离，并通过精确控制激光束的扫描来获取物体的三维信息。
第二章激光雷达的工作原理激光雷达的工作原理基于时间飞行原理。
当激光束照射到目标物体上时，激光脉冲会在物体上反射，并返回到激光雷达接收器。
根据激光脉冲的飞行时间，激光雷达可以计算出物体与激光雷达的距离。
通过旋转激光雷达的激光束，可以获取目标物体的多个点的位置信息，从而实现三维重建。
第三章激光雷达的应用领域激光雷达在三维重建领域有着广泛的应用。
其中一个主要的应用领域是建筑与城市规划。
通过激光雷达可以获取建筑物的精确形状、尺寸等信息，可以用于建筑物的测量、设计和仿真模拟。
此外，激光雷达还可以用于车辆导航和自动驾驶系统中，通过实时获取周围环境的三维信息，帮助车辆做出智能决策。
激光雷达还可以应用于地质勘探、火灾救援等领域。
第四章激光雷达在三维重建中的数据处理激光雷达在进行三维重建时需要处理大量的数据。
首先，激光雷达通过扫描激光束获取目标物体的点云数据。
然后，需要对点云数据进行滤波、配准等预处理，以去除噪声和将多个扫描的点云数据拼接在一起。
接下来，可以使用基于特征的算法来提取目标物体的特征，如边缘、表面法线等。
最后，可以使用三维重建算法，如基于体素的方法或基于网格的方法，将点云数据转化为三维模型。
第五章激光雷达在三维重建中的挑战和发展趋势虽然激光雷达在三维重建中具有许多优势，但仍然存在一些挑战。
首先，数据处理的复杂性和耗时性是一个重要的问题，需要更加高效的算法和计算资源来应对。
其次，受限于激光雷达的分辨率和扫描角度等因素，对于复杂场景的重建仍然存在困难。
未来，随着激光雷达技术的不断提升，我们可以期待更加精确、高效和智能的三维重建方法的发展。
结论：激光雷达在三维重建中扮演着重要的角色。
雷达原理与系统知识要点总结(必修)
成绩构成：平时20%（原理10%+系统10%，含考勤和课堂测试），期中30%，期末40%，课程设计10%。
雷达原理与系统（必修）知识要点整理第一章：1、雷达基本工作原理框图认知。
2、雷达面临的四大威胁3、距离和延时对应关系4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度）5、距离分辨力，角分辨力6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导）7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用第二章雷达发射机1、单级振荡与主振放大式发射机区别2、基本任务和组成框图3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。
第三章接收机1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频）2、灵敏度的定义，识别系数定义3、接收机动态范围的定义4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义5、级联电路的噪声系数计算6、习题7、AGC，AFC，STC的含意和作用第四章显示器1、雷达显示器类型及其坐标含义；2、A型、B型、P型、J型第五章作用距离1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？（灵敏度表示的、检测因子表示的等）2、增益G和雷达截面A的关系2、雷达目标截面积定义3、习题4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程5、奈曼皮尔逊准则的定义6、虚警概率、检测概率、信噪比三者关系，习题.（会看图查数）由概率分布函数、门限积分区间表示的各种概率形式；6.5 CFAR●什么是CFAR●慢变化CFAR的框图和原理●快变化CFAR的框图和原理，（左右平均、左右平均选大）●CFAR的边缘效应，图及分析7、为什么要积累，相参积累与非相参积累对信噪比改善如何，相参M~M倍。
8、积累对作用距离的改善，（方程、结论、习题）9、大气折射原因、直视距离计算（注意单位Km还是m）10、二次雷达方程、习题。
11、分贝表示的雷达方程，计算、习题，普通雷达方程的计算。
第六章距离测量1、R,tr,距离分辨力、脉宽、带宽关系2、最短作用距离、最大不模糊距离与脉宽、重频关系3、双重频判距离模糊、习题。
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。
雷达原理(第三版)__丁鹭飞第1章
会产生模糊。无论是用距离变化率或用多卜勒频移来测量速度,
都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。 多卜勒频移除用作测速外 , 更广泛的是应用于动目标显示 (MTI)、脉冲多卜勒(PD)等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。
第一章 绪 论 4. 目标尺寸和形状
目标识别提供了相应的基础。
第一章 绪 论 1.1.2 雷达探测能力——基本雷达ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程 设雷达发射机功率为 Pt, 当用各向均匀辐射的天线发射时 ,
距雷达 R 远处任一点的功率密度 S1' 等于功率被假想的球面积
4πR2所除, 即
Pt S 4R 2
' 1
实际雷达总是使用定向天线将发射机功率集中辐射于某些方向 上。天线增益G用来表示相对于各向同性天线, 实际天线在辐射 方向上功率增加的倍数。 因此当发射天线增益为G时, 距雷达R 处目标所照射到的功率密度为
并随制导体制而异。
第一章 绪 论 6) 战场监视雷达 这类雷达用于发现坦克、 军用车辆、 人 和其它在战场上的运动目标。
7) 机载雷达 这类雷达除机载预警雷达外， 主要有下列数种
类型:
(1) 机载截击雷达。当歼击机按照地面指挥所命令, 接近敌
第一章 绪 论
天线 收发转换开关 发射机
发射的电磁波 目标 接收的电磁波 R
噪声
接收机 信号 处理机
显示器
图1-2 雷达的原理及其基本组成
第一章 绪 论 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再 由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速
(约3×108m/s)传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用 短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
雷达原理及系统课件：hotz-雷达系统-第一章
PART 06
Hotz-雷达系统的性能评 估
雷达系统性能指标
探测距离
指雷达能够探测到的 最远距离，通常以千 米为单位。
分辨率
指雷达区分两个相邻 目标的能力，通常以 角度、距离和速度来 表示。
精度
指雷达测量目标参数 的准确性，包括位置、 速度和姿态等。
抗干扰能力
指雷达在面对各种干 扰信号时的性能表现， 包括压制式干扰和欺 骗式干扰。
系统集成
将多个雷达系统集成在一起，实现信息共享和协同探测 ，提高整体性能。
ABCD
软件优化
通过改进雷达系统的信号处理算法，提高其抗干扰能力 和可靠性。
应用拓展
将Hotz-雷达系统应用于更多领域，如无人驾驶、无人机 侦察等，以满足不同需求。
WENKU DESIGN
WENKU DESIGN
2023-2026
目标跟踪与定位
目标跟踪算法
采用跟踪算法对检测到的目标进行连续跟踪，记录目标的运动轨迹。
数据关联与滤波
利用数据关联算法和滤波算法，对跟踪数据进行处理，减小测量误差 和干扰因素的影响。
目标定位
根据多个接收站接收到的信号，采用定位算法计算出目标的精确位置。
系统性能评估
根据实际应用需求，对Hotz-雷达系统的性能进行评估，包括探测距 离、定位精度、跟踪稳定性等指标。
天线
定向发送和接收电 磁波。
控制单元
控制雷达系统的运 行和操作。
Hotz-雷达系统的特点与优势
高精度测距和测速
利用电磁波的往返时间，计算 出目标物体的距离和速度。
抗干扰能力强
采用特定的编码和调制方式， 有效降低干扰的影响。
实时性强
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海上雷达的用途
航海雷达特点: 厘米波长（3厘米，10厘米） 微波脉冲发射——脉冲雷达
三个主要用途:
尽早发现目标
(1) 远距离探测
(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
第一章 雷达基本工作原理
第一节 雷达测距与测方位原理
岛屿
本船
90°
245°
3、收发开关：
发射时，关闭接收机入口，大功率射频脉冲送天线； 接收时，关闭发射机通路，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
After WWII 成为了发展快速的导航仪器。
中国:主要从发达国家引进技术。
现代雷达/ARPA: 具有计算机, 构成组合导航 integrated navigation system(Loran, GPS, ECDIS), 及自动船桥系统
Automatic bridge navigation system.
目标船
岛屿
海图平面
270
245
雷达不能“感知”目标的背面， 因此目标的后沿是不可见的.
量程: 12 nm
距离与方位测量
本船
目标
Δt＝123.5 μs 0 方向扫描
扫描线 HL
回波 (at 10 nm)
90 方位标志
EBL
180 雷达平面
固定距标圈 荧光屏边缘
第一节 雷达测距与测方位原理
一. 雷达测距原理
显示器要求。
V 几十V
6、显示器：平面位置显示器（PPI）。计时及计算，将目标 回波按目标的实际距离和方位显示在荧光屏上； 且配有测量系统供随时测量。
7、雷达电源：把船电变成雷达所需的中频交流电。 400 ~ 2000 Hz
二、船用雷达单元构成：
1、三单元雷达： 收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关） 显示器、天线、中频电源
雷达观测
“雷达”译自英文词汇——Radar
Radar—— Radio detection and ranging —— 无线电探测和测距
定义：雷达是一种通过发射电磁波和接收 目标反射回波，对目标进行探测和 测定目标信息的设备
雷达技术的发展
1886-1888 Hertz(Germany): 实现了电磁波振荡、发射、接收。
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·C × t
Δt ： 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
雷达/ARPA、 ECDIS、GPS/DGPS 和自动舵等构成的综合船桥系统（IBS） 是未来主要的导航系统
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
回波 船首线 方位
T/R
Receiver
Transmitter
第二节 雷达的基本组成、作用
一、基本组成七部分及作用：
1、定时器（触发电路、同步电路等）：
是雷达的指挥中心，产生周期性的窄脉冲——触发脉冲
送：1）发射机：控制发射开始 2）接收机：控制近距离增益 3）显示器：控制计时开始
2、发射机：在触发脉冲控制下产生周期性的大功率射频脉冲 ——微波脉冲、发射脉冲、雷达波
1914 (American): 回声探测器－雷达的初始模型。
Marconi (Italy): 提出一个可实践的雷达系统。
1930 Blair : 脉冲回波测量（距离，方向）系统，基本雷达.
RCA Co.(American): 发明了机载雷达。
(American): “New York” 巡洋舰首先安装舰载雷达。
2、二单元雷达： 天线收发机、显示器、中频电源
雷达目标
雷达所能发现的目标：
★ 船舶 ★ 岛屿（陆地） ★ 浮标 ★ 海浪杂波 ★ 雨雪、云雾杂波
目标信息
直接测得
相对位置（距离和方位）
经计算得到
真速度 真航向 CPA（Closest Point of Approach） TCPA（Distance to CPA）
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
触发器
天线
方位与 船首线
收发机
回波
显示器
ARPA
微波传输线 发射脉冲
天线
回波 T/R
发射机
触发器
接收机
电源 船电
显示器