雷达原理-第6章目标距离的测量
(整理)经典雷达资料-第6章__反射面天线 (2)
第6章反射面天线Helmut E. SchrankGary E. EvansDaniel Davis6.1 引言天线的作用雷达天线的基本作用是实现电磁波的自由空间传播和导波传播之间的转换。
发射期间天线的特定功能是将辐射能集中到具有某种形状的定向波束内，以照射指定方向的目标。
接收期间天线收集目标反射的回波信号能量并将之送往接收机。
因此，在以发射方式和接收方式工作时，雷达天线起到互易的，然而是相互关联的作用。
在两种方式或者作用中主要的目的都是要精确确定目标的方向角。
为实现此目的，需要有高度定向的（窄的）波束，从而不仅达到所需的角精度，而且能够分辨相互靠得很近的目标。
雷达天线的这一重要特性可以定量的用波束宽度来表示，也可以表示为发射增益和有效接收孔径。
后两个参量相互成正比，并且与检测距离和角精度有直接关系。
许多雷达都设计成工作在微波频率，这时用适当物理尺寸的天线就能获得窄的波束宽度。
以上雷达天线的功能性描述意味着一副天线既用于发射，又用于接收。
虽然大多数雷达系统都是这样工作的，但是也有例外，如一些单基地雷达采用收发分离的天线，当然，双基地雷达按定义必定是收发分离的天线。
在这一章中，重点介绍较常用的单部天线，特别是广泛使用的反射面天线。
相控阵天线的内容参见第7章。
波束扫描与目标跟踪由于雷达天线一般具有定向波束，大范围的角度覆盖要求窄波束快速往复地在空域内扫描，以保证不论目标在哪个方向上都能探测到。
这就是警戒雷达或搜索雷达的功能。
有些雷达系统设计成一旦探测到目标便可进行跟踪，这种跟踪功能要求专门设计与警戒雷达天线不同的天线。
在某些雷达系统中，特别是在机载雷达中，将天线设计成既具有搜索又有跟踪的功能。
测高大多数警戒雷达都是二维坐标的，只测定目标的距离和方位坐标。
在早期的雷达系统中，另外的测高天线通过机械俯仰摆动来测量第三个坐标，即仰角，由此计算出空中目标的高度。
现在设计的3D雷达采用一副天线测量所有三个坐标，例如，一部天线在接收方式工作时在俯仰方向形成多个堆积波束，而在发射方式工作时形成宽覆盖的垂直波束。
雷达系统课后习题和答案
雷达系统课后习题和答案雷达原理习题集第一章1-1.已知脉冲雷达中心频率＝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3000.01MHz，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。
1-2.已知某雷达对σ= 的大型歼击机最大探测距离为100Km，a）如果该机采用隐身技术，使σ减小到，此时的最大探测距离为多少？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？1-3. 画出p5图1.5中同步器、调制器、发射机高放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。
第二章2-1. 某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3μs，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比2-2. 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？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10μW，信号功率为100mW，求该发射机在距主频1KHz处的频谱纯度。
2-4. 阐述p44图2.18中和p47图2.23中、的作用，在p45图2.21中若去掉后还能否正常工作？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①~⑤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）在负载上产生的近似波形，求出其脉冲宽度L=25μh，C=100pF，=500Ω2.7. 某软性开关调制器如图，已知重复频率为2000Hz，C=1000pF，脉冲变压器匝数比为1：2，磁控管等效电阻=670Ω，试画出充放电等效电路和①~⑤点的时间波形。
若重复频率改为1000Hz，电路可做哪些修改？2.8．某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知=120KV，Eg=70V，=100pF，充放电电流I=80A，试画出a,b,c三点的电压波形及电容的充电电流波形与时间关系图。
6、多普勒天气雷达原理与应用.doc
第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青）我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品第一章 我国新一代天气雷达原理一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（PUP ）。
二、了解电磁波的散射、衰减、折射散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。
衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。
折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。
2/3730/776.0T e T P N +=波束直线传播波束向上弯曲波束向下弯曲000=><dz dN dzdN dzdN三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为：()22232ln 1024K h G P c t λθϕπ=Z r c P r 2=其中Pr 表示雷达接收功率，Z 为雷达反射率，r 为目标物距雷达的距离。
Pt 表示雷达发射功率，h 为雷达照射深度，G 为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K 表示与复折射指数有关的系数，C 为常数，之决定于雷达参数和降水相态。
四、了解距离折叠最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。
距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。
当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。
精品文档-雷达对抗原理(第二版)(赵国庆)-第6章
6.1 概述 6.2 射频噪声干扰 6.3 噪声调幅干扰 6.4 噪声调频干扰 6.5 噪声调相干扰
第1章 绪 论
6.1 概 述 雷达获取目标信息的过程可用图6-1来表示。首先，雷达向 可能存在目标的空间发射电磁波信号sT(t)，当该空间存在目标 时，sT(t)信号会受到目标距离、角度、速度等参数特性的调制， 形成回波信号sR(t)。在雷达接收机中，通过对接收信号sR(t)的 放大、滤波和解调，可得到有关目标距离、角度、速度等信息。 图中增加的c(t)是因为雷达接收机中的信号除了目标回波sR(t) 以外，还存在各种内外噪声、杂波、多径回波等。正是由于这 些噪声才影响了雷达检测目标的能力。可见，如果在sR(t)中引 入人为噪声干扰信号或利用吸波材料减小目标回波信号的功率， 都可以阻碍雷达探测目标，达到干扰的目的。
3) 扫频式干扰
扫频式干扰一般满足：
(6-3)
Δfj≤(2~5)Δfr，fs=fj(t)，t∈[0，T]
即0m干tinT扰f信jt号,0m中taxT心f j频t率fj(t)是覆盖fs、以T为周期、在扫频范围
[
]内连续调谐的函数。扫频式干扰可以对
干扰频带内的各雷达形成周期性间断的强干扰。由于扫频范围
较大，也可以降低对频率引导的要求，同时干扰扫频范围内的
f fL f fL
HI f 2 df
2
HI f df
(6-20)
式中, fL为本振频率，HI(f)为中放及接收前端的频率响应。
当接收机为理想的匹配滤波器时，HI(f)=kF*s(|f－fL|)e－
j2πft0，中放输出的信号峰值功率为
SI
Fs
f fL HI
第6章 遮盖性干扰
a的选取一般视H(x)的计算方便,在下面的讨论中选取
a=e。对于相同的a,熵值越大,则不确定性越强;同时,随 机变量的方差（平均功率）越大,熵值也越大。由此说 明:在相同功率的条件下,雷达接收机线性系统中具有最 大熵的干扰波形为最佳干扰波形。这样,最佳干扰波形 的设计问题就是在给定平均功率条件下,求解具有最大 熵的干扰信号的概率分布问题。
接收机中,通过对接收信号的分析解调,可得到有关目标
的距离、角度、速度等信息。
第6章
遮盖性干扰
图中,增加的信号Ｃ(t),是因为雷达接收的信号中除 了目标回波外,还不可避免地存在各种噪声,如多径回波、 天线噪声、宇宙射电等,正是由于这些噪声的存在才影 响了雷达对目标的检测能力。可见,如果在sR(t)中,人为 引入噪声和干扰信号或利用吸收材料等措施减弱目标 回波都可以阻碍雷达对目标信息的正常检测,达到干扰 的目的。
第6章
遮盖性干扰
2 j Gj( f ) f j 0 1 Hi ( f ) 0
f fj
其它f
fj
2
(6―11）
f f j fr / 2
其它f （6―12）
式中,fj ,fi分别为干扰和中放的中心频率;Δfj ,Δfr分 别称为干扰带宽和雷达接收机带宽,Δfj 比Δfr 大得多;σ2j 为J(t)的平均功率。
第6章
遮盖性干扰
选择何种指标衡量雷达或含有雷达的作战系统在
电磁环境下的作战性能一直是人们讨论的热点。根据 遮盖性干扰的原理,目前对雷达本身作战性能的度量指
标主要确定为检测概率Pd,即在保持虚警概率不变的情
况下,实施遮盖性干扰前后Pd的绝对值和相对变化。由 于Pd是信噪比的函数,所以也将这种遮盖性干扰的效果 度量方法简称为功率准则。含有雷达的作战系统很多, 对它的干扰效果度量方法统称为作战效能准则,它还需 要根据具体作战系统、作战目的进行指标的具体化,如 空袭作战的突防概率、攻击有效概率、飞机生存概率 等。本书着重讨论功率准则。
雷达原理-第6章目标距离的测量
④
u
u
t
c
t
⑤
⑧
u
后波门 ⑤
后选通 ⑦
积分 电路
⑥
t′
c
t
t
形成 电路
放大 器
Ⅱ
u
⑦ u
t
⑧
注意：比较电路是否一直 u
t
有输出？
⑨ u
t
⑩
t
(a )
(b )
2020/5/7
(a) 组成方框图; (b) 各点波形
2. 控制器
控制器的作用是把误差信号uε进行加工变换后, 将其输出去控制跟踪波门移动, 即改变时延t′, 使其 朝减小uε的方向运动。设控制器的输出是电压信 号E, 则其输入和输出之间可用下述通常函数关系 表示:
脉冲调频测距原理 (a) 原理性方框图组成;
f
FA F
F T
td T A
o
2020/5/7
FA
fd
td
2vr
2 R0 c
FB
fd
td
2vr
2 R0 c
fd
FC
fd
2vr
FB
FC
T
T
B
C
t
(b)
脉冲调频测距原理 (b) 信号频率调制规律;
6.3 距离跟踪原理
6.3.1 人工距离跟踪 操作员按照显示器上的画面，将电刻
fb
ft
fr
8f Tm c
R0
fd
fb
fr
ft
8f Tm c
R0
fd
(前半周正向调频范围) (后半周负向调频范围)
R0
c 8f
fb fb 2fm
雷达探测距离公式
雷达探测距离公式雷达是一种常用的无线电波探测技术，被广泛应用于军事、航空、导航、气象等领域。
它利用电磁波在空间中传播的特性，通过发送和接收信号来探测目标的位置和距离。
在雷达技术中，距离是一个重要的参数，而雷达探测距离公式则是计算目标与雷达之间距离的数学表达式。
雷达探测距离公式可以通过以下方式来推导，首先我们需要了解雷达的工作原理。
雷达系统通过发射脉冲信号并接收目标反射回来的信号来实现目标探测。
当脉冲信号发射后，它会以光速的速度在空间中传播，当遇到目标时，部分能量会被目标反射回来，形成回波信号。
雷达接收机会接收到这个回波信号，并进行信号处理，从而得到目标的信息。
在雷达探测过程中，距离是通过测量信号的往返时间来计算的。
假设目标与雷达之间的距离为R，发送信号的速度为c，则信号往返的时间为2R/c。
根据这个时间，我们可以计算出目标与雷达之间的距离。
雷达探测距离公式可以表示为：R = (c * Δt) / 2其中，R表示目标与雷达之间的距离，c表示信号的传播速度，Δt表示信号的往返时间。
公式中的除以2是因为往返时间是信号从雷达发射到目标反射回来的时间，而雷达探测的是往返距离。
在实际应用中，雷达探测距离公式需要考虑到许多因素的影响。
首先，信号的传播速度c通常取光速，因为雷达系统中使用的是无线电波，其传播速度非常接近光速。
其次，信号的往返时间Δt需要通过精确的时间测量来获取，因为微小的误差会导致测量结果的不准确。
此外，目标与雷达之间的距离R也会受到空气密度、反射系数等因素的影响。
在雷达探测中，除了距离，还有其他参数也需要考虑，如目标的速度、方向、角度等。
这些参数可以通过雷达系统的信号处理来获取。
雷达技术的发展使得我们能够更准确地探测目标，提高了雷达的应用领域和效果。
总结一下，雷达探测距离公式是计算目标与雷达之间距离的数学表达式。
它通过测量信号的往返时间来计算距离，公式中包含了信号的传播速度和往返时间两个参数。
第六章 红外小目标检测
数学形态学的基本思想是通过物体和结构元素相互作用的某些 运算，得到物体更本质的形态，以达到对图像分析和识别的 目的。数学形态学分为二值形态学和灰度形态学两种。基本 的运算包括腐蚀、膨胀、开运算和闭运算。 腐蚀 膨胀 开运算 闭运算
( fΘg )( x, y ) = min{ f ( x − i, y − j ) − g (−i,− j )}
6.1.2 TBD方法 (track before detect) 在三维空间中对可能的目标轨迹进行跟踪，对每条跟踪 的轨迹计算其后验概率函数，若结果超过某一门限，则认 定该轨迹代表某一目标，然后对已标记了目标的帧进行空 间局部处理，判断是否为真实目标。 目前主要方法: (1).三维匹配滤波器方法 (2).动态规划方法 (3).多级假设检验方法 (4).高阶相关方法
A）原始图象
B)滤波结果
基于管道滤波的序列图像中运动小目标的检测 在进行多帧处理时采用管道滤波的方法,利用序列图像中目标运动的连续 性和轨迹的一致性得到目标的预测运动轨迹,再通过在后续帧中预测 轨迹周围一定范围内进行搜索就可以得到目标信号.,管道滤波实际上 是一个时空滤波器,他是在序列图像的空间位置上以目标为中心建立 的一个空间管道,管道的诗经代表空间的作用尺寸,管道长度代表检测 的时间长度. 具体步骤为,对抑制背景后的图象进行扫描,若一个候选点不属于现在有 的任何一个管道,则开辟一个新管道;在每一帧图像中判断每一个管道 在管径规定的范围内是否存在目标;在规定的检测帧数中计算每个管 道目标出现的帧数,根据制定的准则判断真是的目标并确定其位置。 在一次检测中管道可以有多条，假设检测时间对应图像的帧数为n，在n 帧图像中同一个管道有m帧检测到目标，则认为此管道中存在目标。 在检测算法中，定义管径为10像素，检测帧数为5f，当同一管道中图像 序列中有3f检测到目标，则认定为真实目标，否则为虚假。同时为了 提高精确度和检测实时性，我们队原始图像先进行数学形态滤波，以 减少管道数。
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2020/4/29
以三种重复频率为例, 真实距离Rc为
Rc≡(C1A1+C2A2+C3A3) mod(m1m2m3)
A1, A2, A3分别为三种重复频率测量时的模糊距 离; m1 , m2 , m3为三个重复频率的比值。
2020/4/29
常数C1, C2, C3分别用下面三式表示： C1=b1m2m3mod(m1)≡1 C2=b2m1m3mod(m2)≡1 C3=b3m1m2mod(m3)≡1
脉冲
回波 信号
…
…
BM－2
t
BM B1 B2 B3 B4 … BM－3 BM－1 BM B1 B2 B3
…
NTr
tR′
t
NTr
2020/4/29
(b)
(b) “舍脉冲”法判模糊
6.2 调 频 法 测 距
6.2.1 调频连续波测距
频率 计
放大器 和限 幅器
调频 发射 机 直接 耦合信 号
混频 器
发射 天线
显示器荧光屏画面
2020/4/29
图 6.2
R=0.15 tR
需要思考的问题！
用脉冲的哪里来作为 回波到达时刻? 有何区别？
2020/4/29
注意：合回路的作用是什么？
门限
Σ
本振
匹配
包络
微分
过零点
滤波器
检波
(d / dt)
检测
t
t
回波脉冲中心估计
2020/4/29
6.1.2 影响测距精度的因素
2020/4/29
用多重复频率测距
办法可以从我国的余数定理中找到
魔术师背对观众坐在一张椅子上，让某位观 众心中随意想定一个不超过1000的数，然后 用7去除这个数并报出余数；然后再用8去除 原来想定的数，然后再用9去除，并都报出余 数。 这样魔术师就知道到底这个观众心里想 的数是多少。（如余数分别为3，4，5，答案 是多少？）
2020/4/29
2020/4/29
雷达如何测距？
B
R
（1） 脉冲法 （2） 调频法
目标距离的测量
2020/4/29
A
t
R
2R c
R
1 2
ct R
6.1 脉 冲 法 测 距
6.1.1 基本原理
lp l
近区 地
发射
物回 波
目标 回波
脉冲
0 10 20 30 40 50 60 70 km
机械 距离刻 度标 尺
b1为一个最小的整数, 它被m2m3乘后再被m1 除, 所得余数为1(b2, b3与此类似)。
2020/4/29
例如: 设m1=7, m2=8, m3=9; A1=3, A2=5, A3=7
m1m2m3=504 b3=5 5×7×8=280 mod9≡1， C3=280 b2=7 7×7×9=441 mod8≡1， C2=441 b1=4 4×8×9=288 mod7≡1， C1=288
光点直径vdn
τ
＋
d vn
距离分辨力
rc
c 2
d vn
d为光点直径; υn为光点扫掠速度(cm/μs)。
2020/4/29
2020/4/29
估算一下对于一般雷达其单值测距最大 范围是多少？
有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求, 例如远程雷达, 这时目标回波对应的距离R为 ：
R2c(mTr tR)
误差种类： （1）系统误差
由于测量工具本身固有误差、测量原理本身 理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生 理条件的制约而带来的测量误差．
有何特征？ （2）随机 误差
即使在完全消除系统误差这种理想情况下， 多次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预 测的不确定因素干扰而产生测量误差．
有何特征？
2020/4/29
• 怎么考虑测距中的误差？
R=0.15 tR d R R cd c tR RdRtR cd c2 cdRt
RRcc2ctR
Δc为电波传播速度平均值的误差; ΔtR为测量目
标回波延迟时间的误差。
2020/4/29
（1） 电波传播速度变化产生的误差
估算一下传播速度变化引起的误差
RRcc2ctR
R c
2020/4/29
测距精度的理论极限 信号最大值出现的时延估值
《雷达系统》 丁鹭飞,张平 编
2 tr
8 2
1 E No
Be2
式中，E为信号能量；N0为噪声功率谱密度；Be为信号 u(t)的均方根带宽，
时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方 根带宽。
2020/4/29
6.1.3 距离分辨力和测距范围 （1）距离分辨力： 同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。
r
目标
接收 天线
接收 机
2020/4/29
调频连续波雷达方框图
三角形波调制 有测距模糊吗？
f Tm为数百分之一秒
ft
ft0
df dt
t
ft0
f t Tm / 4
fr
ft0
4f Tm
t
2R0 c
ft
fr
f
2R0 c
ft
Tm
ft0
2
0
t1 t2
t
f fb－
fb
fb＋
fbar
0
t
2020/4/29
2020/4/29
发 fr1 收 fr1 t1
发 fr2 收 fr2 t2
tR
tR Tn0
tR
(a )
用二重复频率测距
2020/4/29
tR
t1
n1 fr1
t2
n2 fr2
n1, n2分别为用fr1和fr2测距时的模糊数。
tR
t1
fr1 fr1
t2 fr2 fr2
或
tR
t1fr1t2fr2 1 fr1 fr2
m为正整数
2020/4/29
2020/4/29
2020/4/29
2020/4/29
ห้องสมุดไป่ตู้
6.1.4 判距离模糊的方法
（1） 多种重复频率判模糊
设重复频率分别为fr1和fr2, 它们都不能满足不模 糊测距的要求。fr1和fr2具有公约频率，其为fr。
fr
fr1 N
fr2 Na
N和a为正整数, 常选a=1, 使N和N+a为互质 数。fr
Rc
2020/4/29
（2） 因大气折射引起的误差
目标视在位置
目标真实位置 R R0
H 地面
大气层中电波的折射
2020/4/29
（3）测读方法误差 直接从显示器上测量目标距离：显示器荧光亮点
直径，刻度精度，人工测读时的惯性等。 自动测距时的测量误差：测距系统的结构，系统
传递函数，噪声干扰等。
调频雷达工作原理示意图
fb
ft
fr
8fR0 Tmc
实际工作中
Tm
C1A1+C2A2+C3A3=5029
Rc≡5 029 mod504=493
RRc
c
2
49c3
2
τ为距离分辨单元所对应的时宽。
2020/4/29
（2） “舍脉冲”法判模糊
MrT mmaTx rtR '
AM－2
AM－2
发射AM A1 A2 A3 A4 … AM－3 AM－1 AM A1 A2 A3 A4 … AM－3 AM－1 AM