雷达原理第8章
2013北航研究生雷达课件许小剑第一章
通过现代先进雷达系统探测，不但能告诉我们目标在哪里， 通过现代先进雷达系统探测 不但能告诉我们目标在哪里 而且还能告诉我们所观测的是个具有什么样特征的目标。因此， 现代雷达较为确切的定义可以这样说： 雷达是对远距离目标进行“无线电探测、定位、测轨和识 雷达是对远距离目标进行 无线电探测、定位、测轨和识 别的一种遥远感知设备（传感器）”。
第六章 雷达目标 6.1 概述 6 2 雷达散射截面的定义 6.2 6.3 雷达目标的三个散射区 6.4 目标散射的极化特性 6.5 目标散射中心的概念 6.6 复杂目标的高频散射机理 6 7 几种简单目标的RCS 6.7 6.8 目标RCS起伏的统计模型 第七章 雷达系统与外部环境的相互作用 7.1大气传播衰减 7 2 大气折射的影响 7.2 7.3 地球曲率的影响 7.4 粗糙表面的反射和散射 7.5多路径效应 7.6 地杂波 7 7 海杂波 7.7 7.8 体散射杂波 7.9 杂波的内部调制谱 7.10 外部噪声
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Xu: Radar Systems, Chapter-01
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模块1－基础知识（第1-2章）
第一章 引 论 1.1 雷达的概念 1.2 电磁波谱及雷达频段 1.3 雷达系统的分类 1 4 雷达的起源和发展 1.4 1.5 雷达的应用 1.6 雷达系统及其同目标与环境的相互作用 第二章 电磁场与电磁波基础 2.1 麦克斯韦方程 方程 2.2 时谐场 2.3 球面波和平面波 2 4 电磁波的极化 2.4 2.5 平面波的传播 2.6 平面波的反射、折射、绕射和散射 波 反射 射 绕射 射
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Xu: Radar Systems, Chapter-01
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第一章
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。
雷达原理习题集
2-5. 某刚性开关调制器如图，试 画出储能元件 C 的充放电 电路和c∼g点的时间波形
2-6. 某人工长线如图，开关接通前已充电压 10V，试画出该人工长线放
电时（开关接通）在负载 RH 上产生的近似波形，求出其脉冲宽度
KL
L
L
L
L
L
RH C
C
C
C
C
C
L=25μh，C=100pF，RH=500Ω 2.7. 某软性开关调制器如图，已知重复频率为 2000Hz，C=1000pF，脉
5-7. 已知雷达在 Pfa = 10−6 , Pd = 60% ，对小型歼击机的作用距离为 300Km， 求当 Pfa = 10−11, Pd = 99.9% 时对大型远程轰炸机的作用距离。
5-8 ． 某 雷 达 重 复 频 率 fr = 600Hz ， 水 平 波 束 宽 度 θα = 3o ， 要 求 以 Pfa = 10−12 , Pd = 90% ，发现某一型号的目标，已知不用脉冲积累和不 起伏的作用距离 R0 = 300Km ，现用检波后积累，求： ⑴天线环扫速度为 15 转/分时的作用距离。 ⑵天线环扫速度减为 3 转/分时的作用距离变换多少倍。 ⑶若目标按 SWELLINGⅠ型起伏时，天线环扫速度为 15 转/分时的 作用距离。
第四章
4-1. 已知单枪静电偏转示波管偏转灵敏度 10V/cm，Rmax 对应扫略线长度 l=30cm，标尺系数 m=0.2cm/Km，现保证全程测量，采用 A/R 显示 方法，将 70Km~80km 一段标尺系数扩大 5 倍，画出加于 x 偏转板、 y 偏转板上的偏转信号和加于阴极上的辉亮信号，表明锯齿电压的 斜率，对准时间关系
离雷达 R0 处时，目标回波的平均强度正好与金属球的回波强度相
雷达原理第三版丁鹭飞精品PPT课件
设雷达发射功率为Pt, 雷达天线的增益为Gt, 则在自由空间
工作时, 距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
目标受到发射电磁波的照射, 因其散射特性而将产生散射回波。
散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散
Pr
Si min
PtAr2 42Rm4 ax
PtG 22 (4 )3 Rm4 ax
(5.1.7)
第 5 章 雷达作用距离
或
1
Rmax
PtAr2
42
Si
min
4
1
Rmax
PtG 22 (4 )3 Si min
4
(5.1.8) (5.1.9)
式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式, 它表明了作 用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系。
第 5 章 雷达作用距离
5.2 最小可检测信号
5.2.1 典型的雷达接收机和信号处理框图如图5.2所示, 一般把检波
器以前(中频放大器输出)的部分视为线性的, 中频滤波器的特性 近似匹配滤波器, 从而使中放输出端的信号噪声比达到最大。
第 5 章 雷达作用距离
Si min
kT0BnF
n
S N o min＝Do
Pr
Ar S2
PtGtA (4R2 )2
(5.1.4)
第 5 章 雷达作用距离
由天线理论知道, 天线增益和有效面积之间有以下关系:
G
4A 2
式中λ为所用波长, 则接收回波功率可写成如下形式:
Pr
PtGtGr2 (4 )3 R4
雷达原理 课件PPT(第三版) 丁鹭飞 雷达发射机
第2章 雷达发射机
Tr 大功率射 频振荡器 至天线
Tr 定时信号 脉冲调制器
Tr
电 源
图 2.1 单级振荡式发射机
第2章 雷达发射机
图 2.9 采用频率合成技术的主振放大式发射机
…
第2章 雷达发射机 图2.9是采用频率合成技术的主振放大式发射机的原理方框 图, 图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里, 发射 信号 ( 频率 f0=NiF+MF) 、稳定本振电压 ( 频率 fL=NiF) 、相参振荡 电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准 信号F经过倍频、分频及频率合成而产生, 它们之间有确定的相
成分布放大器的四极管链，则具有10 %以上乃至几个倍频程的
带宽)。 这种放大链较多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。
第2章 雷达发射机 在1000 MHz以上放大链通常有行波管-行波管、 行波管-速 调管和行波管-前向波管等几种组成方式: 1) 行波管-行波管式放大链 这种放大链具有较宽的频带, 可 用较少的级数提供高的增益, 因而结构较为简单。 但是它的输
雷达工作频率在1000MHz
(
以上时, 通常选用直线电子注微波管
O 型管 ) 和正交场型微波管 (M 型管 ) 作为发射机的射频放大管。
在表2.2中我们对高功率脉冲工作的O型管和分布发射式的M型管 在同一频段、同样峰值功率和平均功率电平下的各项主要性能 进行了比较。在1000 MHz以下用得较多的是微波三、 四极管(栅 控管), 在表2.3中列出了它们的主要性能。
第八章 外差(相干)探测系统
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外差探测系统
经推导
2 2
对中频周期求平均
PIF = 4α Ps PL cos [ωIF t + (φL − φs ) ] ⋅ RL = 2α 2 Ps PL RL
在直接探测中，探测器输出的电功率为： 在直接探测中，探测器输出的电功率为：
PL = is2 RL = α 2 Ps2 RL
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外差探测系统
直接检测接收机框图
外差检测接收机框图
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外差探测系统
外差原理图
相干光通信系统
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外差探测系统
8.1.1 光频外差探测的实验装置
光频外差探测的实验装置， 光频外差探测的实验装置，即光频外差多普勒测速的原 理装置。 理装置。
CO2激本探 fs－fL
Es(t)=As cos(ωst+φs) EL(t)=AL cos(ωLt+φL)
由光电探测器的平方律特性， 由光电探测器的平方律特性，其输出光电流为
i = a[ Es (t ) + EL (t ) ]
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2
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外差探测系统
i = α As2 cos2 (ωst +φs )
eη hv
功率的时变项， 功率的时变项， 相当于探测器 的频率响应非 光谱响应
中频光电流振幅、频率和相位都随信号光的振幅、 中频光电流振幅、频率和相位都随信号光的振幅、频率和 相位成比例变化；因此，振幅调制、频率调制、相位调制 相位成比例变化；因此，振幅调制、频率调制、 的光波所携带的信息，通过光频外差探测均可实现解调。 的光波所携带的信息，通过光频外差探测均可实现解调。
雷达气象：第八章 多普勒速度回波的识别和分析
多普勒速度回波的识别和分析Ø径向速度的基本特征Ø晴空和大面积降水多普勒速度图像Ø对流风暴的多普勒速度图像FinePrint Software, LLC16 Napier LaneSan Francisco, CA 94133Tel: 415-989-2722Fax: 209-821-7869l尽管多普勒雷达只能测量到径向风分量，但径向风分量的空间分布也可显示重要气象过程的特点，通过对典型的多普勒速度场的特征图象识别来推断实际风场。
l从径向分量的标量场中判断出风场矢量，不仅需要依据数学和天气学的知识，还需要有很好的想象力。
l用这种方法可以判断出风场的基本趋势与大致分布，特别是零速线的走向就是一个很好的判识特征。
零径向速度的意义n该点的真实风速为零n 该点的真实风向与该点相对于雷达的径向垂直l 对于风向均匀或风速连续变化的情况，零速度点的风向是由临近的负速度区，垂直该点的径向吹向正速度区。
径向速度图中，正速度表示目标物运动是离开雷达的负速度表示目标物运动是朝向雷达的速度值接近0的线，叫零速度线l多普勒天气雷达通常采用体积扫描方式（多仰角PPI扫描），以雷达为中心，径向距离的增加代表了距地面高度的增加。
径向速度特征的分析原则l零速度线特征n根据投影关系，风向与零速线走向垂直；n零速线经过雷达中心点（原点）；n由零速线向两侧推断速度模糊。
l远离分量（+）和趋近分量（-）的分布特征n分析它们与原点、距离圈、径向的对称关系、面积大小l风向随高度分布特征n对于大面积降水，根据热成风原理，风随高度顺时针旋转--暖平流，反之，风随高度逆转--冷平流n对于局地的对流性降水，在不满足热成风原理时，注意分析风随高度的垂直切变结构（或垂直涡旋结构）晴空和大面积降水多普勒速度图像零径向速度所在处的方位角与风向互相垂直风向风速不随高度变化风速风向均不随高度变化风速随高度变化，风向不变风向不变，风速随高度增加风速随高度变化，风向不变风向不变，风速随高度先增后减风速不变，风向随高度顺转风速不变，风向随高度逆转风速不变，风向随高度先顺转后逆转风向随高度顺转，风速增加风向随高度顺转，风速增加（地面风速不为零）风向顺转，风速先增后减风向突变90゜，上下两层风速先增后减风向突变180゜，上下两层风速先增后减风向垂直方向不连续实测的多普勒速度图像大尺度连续风场的识别风向随高度不变，风速最大的高度不同风速相同，风向辐散风速相同，风向辐合锋面移向测站时锋面移过测站时非均匀水平风场锋面过境后继续向东南方向移动非均匀水平风场向测站移动的中小尺度锋面的实测多普勒速度图像实测的风向随高度变化的速度图中尺度气旋中小尺度气旋可用理想垂直轴对称气旋环流的蓝金（Rankine)模式来模拟，对流风暴的多普勒速度图像Rankine 模式的切向速度分布示意当回波在雷达站正北方向，气旋和反气旋的速度型典型中尺度气旋受环境南风影响的中尺度气旋典型中尺度气旋速度图像：纯旋转，右正左负，零速线与径线平行中尺度反气旋速度图像：纯旋转，左正右负，零速线与径线平行注意：台风尺度，速度模糊中小尺度辐合辐散轴对称辐散气流中小尺度辐合辐散附加南风环境风辐散气流的速度图像：外正内负，零速线与距圈平行辐合气流的速度图像：外负内正，零速线与距圈平行微下击暴流辐合型气旋辐合型气旋的速度图像：注意零速线走向，兼具辐合与旋转的零速线特征中尺度气旋成熟阶段的气流结构和相应的径向速度分布特征(由Oklahoma 的观测统计得出，雷达在正南）a 低层上升气流下面的辐合运动结合中气旋转动，形成辐合性气旋b 中下层为纯气旋运动c 中上层，风暴顶部的辐散运动与中下层纯气旋运动相结合，形成气旋性辐散d 中气旋顶以上的风暴顶部为纯辐散气流，注：有的风暴回波顶较低、或中气旋向上伸展很高、或距雷达很近而探测仰角不高时，此特征可能探测不到据统计：从a 到d 大约3-5km 高度a 低层-辐合旋转 b 中低层-纯旋转c 中高层-辐散旋转d 高层-纯辐散辐合辐散和中尺度气旋结合。
雷达原理与对抗技术习题答案
第一章1、雷达的基本概念：雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，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答：雷达是一种通过发射电磁波和接收回波，对目标进行探测和测定目标信息的设备。
任务：早期任务为测距和探测，现代任务为获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等。
回波的有用信息：距离、空间角度、目标位置变化、目标尺寸形状、目标形状对称性、表面粗糙度及介电特性。
获取方式：由雷达发射机发射电磁波，再通过接收机接收回波，提取有用信息。
2、目标距离的测量：测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离 答：原理：R=Ctr/2距离分辨力：指同一方向上两个目标间最小可区别的距离 Rmax=…3、目标角度的测量：方位分辨率取决于哪些因素答：雷达性能和调整情况的好坏、目标的性质、传播条件、数据录取的性能 4、雷达的基本组成：哪几个主要部分，各部分的功能是什么 答：天线：辐射能量和接收回波发射机：产生辐射所需强度的脉冲功率 接收机：把微弱的回波信号放大回收信号处理机：消除不需要的信号及干扰，而通过加强由目标产生的回波信号 终端设备：显示雷达接收机输出的原始视频，以及处理过的信息 习题：1-1. 已知脉冲雷达中心频率f0＝3000MHz ，回波信号相对发射信号的延迟时间为1000μs ，回波信号的频率为3000.01 MHz ，目标运动方向与目标所在方向的夹角60°，求目标距离、径向速度与线速度。
685100010310 1.510()15022cR m kmτ-⨯⨯⨯===⨯=m 1.010310398=⨯⨯=λKHzMHz f d 10300001.3000=-=s m f V d r /5001021.024=⨯==λsm V /100060cos 500=︒=波长：目标距离：1-2.已知某雷达对σ=5m2 的大型歼击机最大探测距离为100Km，1-3.a）如果该机采用隐身技术，使σ减小到0.1m2，此时的最大探测距离为多少？1-4.b）在a）条件下，如果雷达仍然要保持100Km 最大探测距离，并将发射功率提高到10 倍，则接收机灵敏度还将提高到多少？1-5.KmKmR6.3751.010041max=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=dBkSkSii72.051,511.010minmin-===∴⨯=⨯b）a）第二章：1、雷达发射机的任务答：产生大功率特定调制的射频信号2、雷达发射机的主要质量指标答：工作频率和瞬时带宽、输出功率、信号形式和脉冲波形、信号的稳定度和频谱纯度、发射机的效率3、雷达发射机的分类单级震荡式、主振放大式4、单级震荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点答：单级震荡式原理：大功率电磁震荡产生与调制同时完成，以大功率射频振荡器做末级优点：结构简单、经济、轻便、高效缺点：频率稳定性差，难以形成复杂波形，相继射频脉冲不相参主振放大式原理：先产生小功率震荡，再分多级进行调制放大，大功率射频功率放大器做末级优点：频率稳定度高，产生相参信号，适用于频率捷变雷达，可形成复杂调制波形缺点：结构复杂，价格昂贵、笨重是非题：1、雷达发射机产生的射频脉冲功率大，频率非常高。
雷达对抗原理第8章 干扰机构成及干扰能量计算
第8章 干扰机构成及干扰能量计算
8.1 单部有源干扰系统的基本组成和主要性能指标 8.2 干扰系统的有效干扰空间 8.3 干扰机的收发隔离与效果监视 8.4 载频移频技术 8.5 数字射频存储(DRFM)干扰技术
第8章 干扰机构成及干扰能量计算
8.1 单部有源干扰系统的基本组成和主要性能指标
第8章 干扰机构成及干扰能量计算
4. 干扰的极化方式FJP、极化引导精度δPJ、极化引导时间tJP FJP是指干扰发射极化的方式。雷达干扰通常采用圆极化或椭圆极 化，以适应于各种线极化的被干扰雷达，仅存在近似为3 dB的极化失配 损失。由于这种圆或椭圆极化的干扰信号具有两个近似相等的正交线极 化分量，且与被干扰雷达信号的极化无关，当雷达采用变极化、正交线 极化或极化对消抗干扰措施时，这种不变的圆/椭圆极化干扰会受到很 大的抑制。因此近年来出现了极化瞄准干扰方式，使干扰信号的极化尽 可能与被干扰雷达的极化一致，不仅可以挽回极化失配损失，而且可以 使雷达的上述抗干扰措施失效。δPJ是指干扰发射信号与被干扰雷达信 号的极化偏差；tJP是指从被干扰雷达信号到达至对其极化发出干扰信号 之间的时间间隔。 对于极化引导式干扰资源，δPJ主要是极化测量误差δP与方向设置 误差δPs的代数和：δPJ=δP+δPs，一般要求其小于雷达的极化鉴别能力。 tJP是极化测量时间tP与极化设置时间tPs之和：tJP≈tP+tPs。
第8章 干扰机构成及干扰能量计算
图8-3 转发式干扰资源的基本组成
第8章 干扰机构成及干扰能量计算
与直接转发干扰不同的是：存储转发干扰是将定向耦合器的 主路输出送给了RFM，由RFM完成射频信号的保存和输出，相应 的干扰调制信号产生电路需要产生对RFM的一系列控制信号。如 果忽略RFM的失真，则存储转发干扰信号也是对接收信号的多次 延迟、移频和放大，同样具有较好的相参性。RFM的种类很多， 瞬时带宽差别很大，如果信号处于其瞬时带宽内，反应也比较迅 速，且每次能产生许多个转发信号。详情将在8.5节详细讨论。
雷达原理习题与解答
1 3 1 10 1 4 1 4.44 2 0.729 0.729 0.729 10 0.729 10 2 0.2 1 10 1 4 1 去掉低噪声高放 F 34.29 0.729 0.729 0.729 0.2
总噪声系数 F 3-4. 某雷达接收机噪声系数为 6dB，接收机带宽为 1.8MHz，求其临界灵敏度。 解：临界灵敏度 S i min 114.dBm 6 10 lg 1.8 105.45dBm 3-5. 某雷达发射矩形脉冲宽度 3s，接收机采用矩形频率特性的匹配滤波器，天线噪声温度为 380k，系统组成和参数如下图，求：含天线噪声在内的系统噪声系数和临界灵敏度。 天线 馈线 G=0.9 收发开关 高放 混频 中放 G=0.8 G=150 F=4.2 G=0.3 tc=2 G=1010 F=3
4-1. 已知单枪静电偏转示波管偏转灵敏度 10V/cm，量程 Rmax 对应扫略线长度 l=30cm，标尺系 数 m=0.2cm/Km，现保证全程测量，采用 A/R 显示方法，将 70Km~80km 一段标尺系数扩大 5 倍，画出加于 x 偏转板、y 偏转板上的偏转信号和加于阴极上的辉亮信号，表明锯齿电压 的斜率，对准时间关系 4-2. 若将下图中 A、B、C、D 扫略电压分别加于显示器水平偏转板上，试比较扫略线的长度和 量程。
工作比 D
Tr
f r 3 106 1000 0.003
2-2. 一般在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？ 答：单级振荡式发射机简单、经济、效率高，相对体积重量小，使用方便，适用于对脉冲波形、 频率精度和稳定度、射频信号相位调制要求不严格的非相参雷达系统； 主振放大式发射机具有很高的脉冲波形和频率、相位稳定度，能够适用于对波形、频率、相 位有复杂调制，且有很高的稳定性要求的雷达系统。但其组成复杂、造价高，体积和重量也 较大。 2-3. 用带宽为 10Hz 的测试设备测得某发射机在距主频 1KHz 处的分布型寄生输出功率为 10W，信号功率为 100mW，求该发射机在距主频 1KHz 处的频谱纯度（相位噪声） 。 解：根据定义，相位噪声为 L f m 10 lg
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第 8 章 运动目标检测及测速
8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、 盲相的影响及其解决途径
8.4 回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器
8.5 动目标显示雷达的工作质量及质量指标 8.6 动目标检测(MTD) 8.7 自适应动目标显示系统 8.8 速度测量
sr (t ) ks(t tr ) kAcos[ 0 (t tr ) ]
(8.1.1)
式中, tr = 2R/c, 为回波滞后于发射信号的时间, 其中R为目标和 雷达站间的距离; c为电磁波传播速度, 在自由空间传播时它等 于光速; k为回波的衰减系数。 如果目标固定不动, 则距离R为常数。回波与发射信号之间 有固定相位差ω0tr=2πf0·2R/c = (2π/λ) 2R, 它是电磁波往返于雷 达与目标之间所产生的相位滞后。
有需要鉴别其差频率或相对相位的信号电压。 图 8.1(a) ~ (c)画出了连续波多卜勒雷达的原理性组成方框 图、获取多卜勒频率的差拍矢量图及各主要点的频谱图。
第 8 章 运动目标检测及测速
连续波 发射机 (1) f0 (2) f0 f0±fd fd 多卜勒滤波 器和放大器 (4) Uo 指示器 0 t 0 fd ur ud 0 (2) 0 (3) 0 (4) f0 f0 f (1)
(8.1.8)
第 8 章 运动目标检测及测速 由式(8.1.8)可以讨论窄带信号时的运动目标回波的几个特点:
vr, 故角频率可作近似简化处理，得到信号角频率的变化量为
c vr 0 , 通常总满足c >> (1) 由指数项, 信号角频率已变为 c vr
2v r 2vr d 0 2 c
s(t ) Re[u(t )e j0t ]
式中，Re表示取实部; u(t)为调制信号的复数包络; ω0为发射角频 率。 同连续波发射时的情况相似, 由目标反射的回波信号sr(t)可 以写成
sr (t ) ks(t tr ) Re[ ku(t tr )e j0 ( t tr ) ]
Ur远小于基准信号振幅U0时, 从矢量图上可求得其合成电压为
U U 0 U r cos
(8.1.12)
第 8 章 运动目标检测及测速
包络检波器输出正比于合成信号振幅。对于固定目标, 合成矢量
第 8 章 运动目标检测及测速
当目标与雷达站之间有相对运动时, 则距离R随时间变化。
设目标以匀速相对雷达站运动, 则在时间t时刻, 目标与雷达站间 的距离R(t)为
R(t) = R0 - vrt
式中，R0 为 t=0 时的距离；vr为目标相对雷达站的径向运动速度。 式(8.1.1)说明, 在t时刻接收到的波形sr(t)上的某点, 是在t-tr时 刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁
R(t ' ) R0 vr t '
往返R(t′)距离所需的时间正是目标的延迟时间tr, 即
(8.1.5)
可解得结果
2 R ( t ' ) tr c
1 tr (2 R 0 2vr t ) c vr
(8.1.6)
第 8 章 运动目标检测及测速 将tr代入式(8.1.1)可得运动目标回波为
sr (t ) Re{k ' u(t tr ) exp[ j (0 d )( t t0 )]}
(8.1.10) 运动目标回波的主要特征是其中心频率偏移多卜勒频率, 其它影 响均可忽略。前面近似结果完全可以实用。
第 8 章 运动目标检测及测速 回波信号产生的多卜勒频移可由发射站到目标的距离Rt加 上由目标到接收站的距离Rr随时间变化求得：
称为多卜勒频率。
第 8 章 运动目标检测及测速 (2) 对于复数包络u(t)来讲,
c vr u c vr
2 R0 t c v r
中的因子(c+vr)/(c-vr)表示信号在时间轴上的增长或压缩。根据目 标运动的方向可确定其是增长还是压缩。 目标和雷达站相对运 动时, vr为正值, 相当于波形在时间轴上压缩, 而在频率轴上频谱
2vr
第 8 章 运动目标检测及测速
1. 连续波多卜勒雷达
为取出收发信号频率的差频, 可以在接收机检波器输入端引
入发射信号作为基准电压, 在检波器输出端即可得到收发频率
的差频电压, 即多卜勒频率电压。这时的基准电压通常称为相 参(干)电压, 而完成差频比较的检波器称为相干检波器。 相干
检波器就是一种相位检波器, 在其输入端除了加基准电压外, 还
(8.1.4)
当目标固定不动时, 回波信号的复包络有一固定迟延, 而高频则有 一个固定相位差。
第 8 章 运动目标检测及测速
当目标相对雷达站匀速运动时, 按式(8.1.2)近似地认为其延
迟时间tr为
2 R(t ) 2 tr ( R0 vr t ) c c
则式(8.1.4)的回波信号表示式说明, 回波信号比起发射信号来讲, 复包络滞后tr, 而高频相位差υ=-ω0tr=-2π (2/λ)(R0-vrt)是时间的函
近似后的结果, 与常用的多卜勒频率表达式(8.1.3)相同。 对于窄带发射信号而言, 要严格地讨论运动目标回波的特点, 可将式(8.1.6)代入式(8.1.4)后, 得到的结果是:
c vr c vr 2 R0 2 R0 sr (t ) Re k ' u c v t c v exp j0 c v t c v r r r r c vr Re k ' u c vr c v r 2 R0 2 R0 t c v exp j0 c v t c v r r r
2 vr 1 2 vr 或 f 1 c f c
(8.1.9)
第 8 章 运动目标检测及测速 这 个 条 件 是 经 常 满 足 的 , 例 如 若 目 标 速 度 为 10 倍 音 速 , vr=3.3×103 m/s, 则2vr/c≈ 2×10-5, 这样即使信号的时间带宽积τΔf 为1000数量级时, 不等式(8.1.9)仍能满足。以上讨论均忽略了目 标加速度引起的影响。可以看出, 在当前目标运动的速度范围内, 运动目标回波的表达式(8.1.4)可以近似为
收到的振荡数目与振荡源发出的相同, 即二者频率相等。如果
振荡源与接收者之间有相对接近的运动, 则接收者在单位时间 内收到的振荡数目要比他不动时多一些, 也就是接收频率增高； 当二者作背向运动时, 结果相反。
第 8 章 运动目标检测及测速
2. 窄带信号时的多卜勒效应
常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)。 其发射 信号可以表示为
fd 1 d 2 vr 2 dt
(8.1.3)
这就是多卜勒频率, 它正比于相对运动的速度而反比于工作波长 λ。当目标飞向雷达站时, 多卜勒频率为正值, 接收信号频率高于 发射信号频率, 而当目标背离雷达站飞行时, 多卜勒频率为负值, 接收信号频率低于发射信号频率。
第 8 章 运动目标检测及测速 多卜勒频率可以直观地解释为: 振荡源发射的电磁波以恒速 c传播, 如果接收者相对于振荡源是不动的, 则他在单位时间内
波速度c, 故时延tr可近似写为
2 R(t ) 2 tr ( R0 vr t ) c c
(8.1.1)
第 8 章 运动目标检测及测速 回波信号比起发射信号来, 高频相位差
2 2 0tr 0 ( R0 vr t ) 2 ( R0 vr t ) c
是时间t的函数, 在径向速度vr为常数时, 产生频率差为
数。当速度vr为常数时, υ(t)引起的频率差为
1 d 2 fd vr 2 dt
称为多卜勒频率, 即回波信号的频率比之发射频率有一个多卜 勒频移。
第 8 章 运动目标检测及测速
附注:
下面从式(8.1.1)出发, 较严格地讨论运动目标回波的特点。在 t时刻收到的回波是在t-tr时刻发射的, 而照射到目标上的时间是 t′=t - (1/2) tr, 照射时的目标距离为
已经知道, 回波信号的多卜勒频移fd正比于径向速度，而反 比于雷达工作波长λ, 即
f0 fd 2 vr c f d 2 vr f0 c 多卜勒频移的相对值正比于目标速度与光速之比, fd的正负值 取决于目标运动的方向。在多数情况下, 多卜勒频率处于音频范 围。 例如当λ= 10 cm, vr= 300 m/s时, 求得fd = 6kHz 。而此时雷达 工 作 频 率 f0 = 3000MHz , 目 标 回 波 信 号 频 率 为 fr = 3000 MHz±6kHz, 两者相差的百分比是很小的。因此要从接收信号中 提取多卜勒频率需要采用差拍的方法, 即设法取出f0和fr的差值fd 。
将展宽。
第 8 章 运动目标检测及测速 但在雷达的大多数应用情况下, 上述复包络变化的效应可 以忽略。设发射信号的时宽为τ, 由于忽略时间轴伸缩所引起的 时间误差为
c vr 2 vr 2 vr c vr c vr c
当信号的带宽为Δf时, 上述时间误差可忽略的条件为
第 8 章 运动目标检测及测速
8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用
8.1.1 多卜勒效应
1. 雷达发射连续波的情况
这时发射信号可表示为 s(0为发射角频率, υ为初相; A为振幅。
第 8 章 运动目标检测及测速 在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号sr(t)为
vr 2 1 c c vr vr vr 0 0 1 c 0 1 c 0 cv v r 1 r c