雷达 第二节 最大作用距离及其影响因素
雷达原理教学课件—第五章 雷达作用距离
① 虚警概率（门限）一定时，信噪比越大，发 现概率越大。信噪比对发现概率的影响较大。
② 虚警率越低，则门限电平越高。
第五章 雷达作用距离
雷达系统中采用的是CFAR检测器（ 恒虚警检测器） 检测概率和虚警概率(采样)的直观 理解(A/D变换后回波的离散采样)
作业
第五章 雷达作用距离
的噪声是宽带高斯噪声, 其概率密度函数由下
式给出:
p(v)
1
2
exp(
v2
2 2
)
高斯噪声通过窄带中频滤波器(其带宽远小于
其中心频率)后加到包络检波器, 根据随机噪声
的数学分析可知, 包络检波器输出端噪声电压
振幅的概率密度函数(瑞利分布)为
p(r)
r
2
exp(
r2
2 2
)
r0
第五章 雷达作用距离
1、雷达带宽B=50kHz,平均虚警时间为10分钟，则该 雷达的虚警概率是多少？虚警总数又是多少？
解：
雷达的虚警概率为： Pfa
1
BIF Tfa
1 50 103 10 60
3.33 108
雷达的虚警总数为： nf
1
Pfa
3 107
第五章 雷达作用距离
★ 脉冲积累NS o对min ＝D检o 测性能的改善
虚警 真实目标A、B、C
第五章 雷达作用距离
当按图中所设的门限电平2来进行检测判决时，此时会出现 虚警现象，即
除了目标A、B和C三个真实目标可以被检出外，在D和E 处的噪声电平因为超过门限值，因而也被误认为是目标信号
检测判决准则
第五章 雷达作用距离
雷达系统中主要使用检测概率和虚警概率 这两个物理量。
雷达(幻灯片)(04)
一、影响因素（P79） 1 方位同步系统误差
第七节 测方位精度及其影响因素 (Bearing Accuracy)
边沿 扫描方向
扫描起点 (本船) O
真实距离 测量距离
岛 A
(c) 雷达图像
扫描线 C
CRT边缘
二、海面镜面反射(Sea Mirror Reflecton)的影响（P73）
r’max=2rmaxsin[（2πH1H2）/（rmaxλ）] 1）垂直波束分裂，低空目标时隐时现
2）r’max有时为零，有时为2rmax 3）最低波瓣离开海面，仰角θ=λ/（4H1） `
二、标准
利用固定距标圈和活动距标圈测量物标距离，
误差不能超过所用量程最大距离的1.5%或者70米 中较大的一个值。实际的测距误差还与干扰杂波 的强度、海况及使用者的技术有关。
三、操作注意（P79）： 1）调节好控钮 2）选好合适量程 3）核实测距装置精度 4）选择合适切点 5）选择合适顺序 6）选用宽的Δf、窄的τ 7）选择合适的目标
第八节 显示方式 一．相对运动（P.48）
1.H.U. RM(Head Up
Unstabilised Relative Motion) 1)图像特点: ①船首线指固定方位盘0度,测 得的方位是相对方位。
②本船前进时，扫描中心不动 ，物标作相对于本船的运动， 固定物标作与本船相等的速度 、相反的航向的运动。
t (Minimum Range)
r 1、定义（P75）：雷达清晰显示回波τ 的最近距离
2、影响它的因素 rmin1=c（τ+tr）/2
rmin2=hActgφ/2≈hActgkθv 弱回波时可为hActg（θv/2） 3、标准：
R
min1
雷达知识点总结
雷达知识点总结1.雷达的工作原理1 雷达测距原理超高频无线电波在空间传播具有等速、直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射现象。
用发射机产生高频无线电脉冲波，用天线向外发射和接收无线电脉冲波，用显示器进行计时、计算、显示物标的距离，并用触发电路产生的触发脉冲使它们同步工作。
2 雷达测方位原理（1）利用超高频无线电波的空间直线传播；（2）雷达天线是一种定向型天线；（3）用方位扫描系统把天线的瞬时位置随时准确地送到显示器，使荧光屏上的扫描线和天线同步旋转，于是物标回波也就按它的实际方位显示在荧光屏上。
雷达基本组成（1）触发电路（Trigger Circuit）（2）作用：每隔一定的时间产生一个作用时间很短的尖脉冲（触发脉冲），分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。
（3）（4）发射机（Transmitter）（5）作用：在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率高频的脉冲信号（射频脉冲），经波导馈线送入天线向外发射。
参数：X波段：9300MHz—9500MHz （波长3cm）S波段：2900MHz—3100MHz （波长10cm）（6）天线（Scanner; Antenna）（7）作用：把发射机经波导馈线送来的射频脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时只接收从该方向的物标反射的回波，并再经波导馈线送入接收机。
参数：顺时针匀速旋转，转速：15—30r/min（8）（9）接收机（Receiver）作用：将天线接收到的超高频回波信号放大，变频（变成中频）后，再放大、检波，变成显示器可以显示的视频回波信号。
（5）收发开关（T-R Switch）作用：在发射时自动关闭接收机入口，让大功率射频脉冲只送到天线向外辐射而不进入接收机；在发射结束后，能自动接通接收机通路让微弱的回波信号顺利进入接收机，同时关闭发射机通路。
（6）显示器（Display）作用：传统的PPI显示器在触发脉冲的控制下产生一条径向的距离扫描线，用来计时、计算物标回波的距离，同时这条扫描线由方位扫描系统带动天线同步旋转。
《雷达作用距离》PPT课件
D0
Er N0
o min
S N
o min
(5.2.5)
Si min
kT0BnF
n
S N o min ＝Do
匹配 接收机
检波器
检波后 积累
检测 装置
检测门限
Si min
kT0 Bn Fn
S N
o min
Pr
Simin
Pt Ar2
4
2
R4 max
Pt G 2 2
(4
)3
R4 max
Do是在接收机匹配滤波器输出端(检波器输入端)测量的信号噪声功 率比值, 如图5.2所示。检测因子Do就是满足所需检测性能(以检测概 率Pd和虚警概率Pfa表征)时, 在检波器输入端单个脉冲所需要达到的 最小信号噪声功率比值。
将(5.2.3)式代入(5.1.8)式, (5.1.9)式即可获得用(S/N)o min表示的距离方
程,
1/4
1/ 4
Rmax
PtG2 2
(4
)3
kT0
Bn
Fn
S N
o min
Pt Ar2
4 2kT0Bn Fn
S N
o min
(5.2.6)
当用(5.2.4)式的方式, 用信号能量
从一个简单的矩形脉冲波形来看：
若其宽度为τ、信号功率为S, 则接收信号能量Er=Sτ; 噪声功率N和噪声功率谱密度 No之间的关系为N=NoBn。Bn为接收机噪声带宽, 一般情况下可认为Bn≈1/τ。这样可 得到信号噪声功率比的表达式如下:
S S S Er
N N0Bn N0 N0
(5.2.4)
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
雷达技术雷达作用距离
24
5.2 最小可检测信号
检测因子Do / dB
20 Pfa ＝ 10－ 16
15
10
5 10－ 2
0 10－ 1
1010－－1412
1100－－180
10－ 6
1100－－
5 4
10－ 3
虚警概率
Pd 0.9 90%
Pfa 1016 D0 17dB
－5
Pd Pfa
－ 10
D0 Simin
p(v)
1
2
exp
v2
2 2
噪声 方差
高斯噪声包络检波后，包络振幅的概率密度函数是瑞利分布
p(r)
r
2
exp
r2
2
2
r0
21
5.2 最小可检测信号
虚警概率
Pfa
P(UT
r )
UT
r
2
exp
r2
2 2
dr
exp
UT2
2 2
检测门限
p (r)
UT 2 ln Pfa
0.6
Rmax1 300km,1 2, 2 40,
Rmax 2 km
26
5.3 脉冲积累对检测性能的改善
积累分为两种：检波前积累和检波后积累
相参积累 非相参积累
5.3.1 积累的效果
Rmax
PtGtGr 2 (4 )3 kT0BnFn
D0
1/ 4
脉冲积累的效果可以用检测因子D0的改变来表示。
检测因子
S N
o
D0
p fa , pd
16
5.2 最小可检测信号
多数现代雷达利用统计判决方法来实现信号检测,此时, 检 测目标信号所需的最小输出信噪比称之为检测因子
雷达原理课件第5章雷达作用距离
⎢⎣ 4πλ 2 S i min
⎤4 ⎥ ⎥⎦
(5.1.8)
程的两种形式。两式中 Rmax与λ1/2分别成反比 和正比。这是因为由于
当天线面积不变、波长
λ增加时天线增益下
降，导致作用距离减
1
Rmax
=
⎡ ⎢ ⎣
Pt G 2λ2σ (4π )3 Si min
⎤4 ⎥ ⎦
小；而当天线增益不 (5.1.9) 变，波长增大时要求的
天线面积亦相应增大， 有效面积增加，其结果
是作用距离加大。
§5.2 最小可检测信号
z 最 小 可 检 测 信 号 Simin=kT0BnFn(S/N)0min, 其 中：
z Fn为接收机的噪声系数； z Bn为噪声带宽； z T0为标准室温，一般取290K； z (S/N)0min为最小输出信噪比
1：存在目标时判为有目标，这是一 种正确判断，称为发现，其概率称为发现 概率
2：存在目标时判为无目标，这是错 误判断，称为漏报，其概率称为漏报概率
3：不存在目标时判为无目标，称为 正确不发现，其概率称为正确不发现概率
4：不存在目标时判为有目标，称为 虚警，这也是错误判断，其概率称为虚警 概率
§5.3 脉冲积累 对检测性能的改善
第五章
雷达作用距离
z 第一节 雷达方程 z 第二节 最小可检测信号 z 第三节 脉冲积累对检测性能的改善 z 第四节 目标截面积及其起伏特性 z 第五节 系统损耗 z 第六节 传播过程中各种因素的影响 z 第七节 雷达方程的几种形式
§5.1 雷达方程
1
这就是雷达距离方
R max
=
⎡ ⎢
Ptσ Ar2
z 引起损耗的因素包括：波导传输损耗、接 收机失配损耗、天线波束形状损耗、 操纵 员损耗、设备工作不完善损耗。
二次雷达作用距离及影响因素分析
二次雷达覆盖范围及影响因素分析民航吉林空管分局 梁志国 严浩 文敏 马纯清1 引言航管二次雷达对保证民航飞机安全飞行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用。
二次雷达覆盖范围是一项重要指标，这涉及到雷达设备的各项指标(如雷达天线增益、发射机发射功率、接收机带宽、接收机噪声系数等指标)的确定、准确合理的选址、规划和布局。
影响雷达实际作用距离的外界因素是非常复杂的，雷达的探测性能要受到雷达站选址和气候等多种因素的影响。
本文系统的研究了二次雷达辐射信号作用距离以及影响因素、空域覆盖问题。
2 理想条件下二次雷达覆盖范围分析二次雷达覆盖范围由二次雷达的作用距离决定。
二次雷达探测飞机需要询问信号能够有效的到达飞机应答机天线，飞机的应答信号能够有效的到达雷达天线。
询问距离要想达到最大，条件就是询问信号到达飞机时的功率刚刚好等于飞机应答机最小可检测信号。
询问信号作用距离的公式为2/1min I I I I Imax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，其中，I λ为询问信号波长，这里为0.291m ，I P 为询问信号功率，典型值为2000瓦，I G 为询问信号增益，典型值为27dB ，即天线增益为501，'I G 为应答机天线的接收增益，因为应答机天线为全向天线，所以天线增益为1，'min P 为应答机的灵敏度，即最小可检测信号，典型值为-71dBm ，即79.4×10-12w 。
经计算可以得到询问信号的最大作用距离为2600km 。
应答信号到达雷达的距离达到最大的条件是应答信号到达雷达天线的功率刚刚好等于二次雷达最小可检测信号，应答信号作用距离的公式为2/1min R R R R Rmax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，R λ为应答信号波长，0.275m ，'R P 为应答信号功率，典型值为251W,24dBW ，R G 为雷达接收增益，27dB ，'R G 为应答频率应答机天线增益，min P 为二次雷达最小可检测功率，典型值为-85dBm ，即3.16×10-12。
影响脉冲雷达作用距离的几个因素
泛 地 考虑 了 影 响 脉 冲 雷达 作 用 距 离 的静 多 因 素
,
得 出 一 套比 较 具 有 实际 意 义 的 补算 方 法 特别 是 在 此 较 雨 个 雷 达 的作 用 距 离 或 当 雷 达 参 数 在 一 定 数 值 内改 变 时 拯 为 方 便
天腺 增 益 系式 为
:
G
和 天腺 孔 理 的 有 效面 积
4 兀 Ae
A
e
的关
,
`
{
I
/, l 夕 放娜 // 心 比 娜
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l
,
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J
7… 2厂
I
」
{
,
/
门 刀 / 汉了门 ,
厂不 不丫 J 犷 { 尸
.
}
1 { 厂
几口 口
厂
又2
J /
Байду номын сангаас犷m
]
砚勿二 仄刀 / 沼叼印
·
.
2
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声 功率为 ( K T ) ( 1
八 时噪 声 功 率 的 此 值 此 时噪 2 八 ) ( 入晒 ) s 侮 每被 不 太合适
,
。
h
。
又
n
地 称为 扫描捐失
i 夕夕 S
,
这时 我 们 假 定 天 腺 不 旋 斡 时能
年
第 1 期
— 癸 射 天腺 的 中 心 高 度 — 雷达 的 工 作 波 是 — 整数 —
侧 圈 形 为瓣 状
。
其 最 大 点 的 作 用 距 离 等 于 自 由鉴
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• 3．一般的雾对雷达波的衰减较小，但能 见度为30 m的大雾对雷达波的衰减要比 中雨引起的衰减还要大。 • 4．大气中的云和雨雪，除了引起雷达波 衰减外，还将产生反射回波，扰乱屏幕 图像。其反射回波的强度除和雨雪的密 度、雨滴大小及云层的含水量大小等有 关外，还和雷达天线波束宽度 及脉冲宽 度等雷达技术参数有关。当雷达天线波 束宽度和脉冲宽度较宽时，雨雪和云的 反射回波强度将增大。
二、海面镜面反射对雷达最大 作用距离的影响
• 对海面低物标的探测能力，3 cm雷达要比10 cm雷达好。
• 若AB+BD-AD=2π*n rmax’=2 rmax • 若AB+BD-AD=π*(2n+1) rmax’=0 • 所以若存在镜面反射，作用距离有时为0， 有时等于无镜面放射的两倍；
三、海浪干扰杂波的影响
• 3．大风浪时，海浪回波密集而变成分布在扫描中心 周围的辉亮实体。如果是幅度较大的长涌，可在屏 上见到一条条浪涌回波。 • 4．海浪回波的强弱还和雷达的下述技术参数有关： 1)工作波长：3cm雷达波受海浪影响比10cm雷达波 要大近10倍。 2)波束的入射角：天线垂直波束越宽或天线高度越 高，则雷达波束对海浪的入射角越大，因而海浪回 波则越强。 3)雷达波的极化类型：若采用水平极化天线发射水 平极化波，则要比用垂直极化波时减少海浪反射 l／4～1／10。 4)脉冲宽度和水平波束宽度：这两者的宽度较宽时， 则海浪同时反射面积大，因而海浪回波也强。
• 3)从雷达方程中还可看出， rmax 与GA 和 λ 的平方根成正比。 • 4)除了上述雷达技术参数外，显然雷达作用 距离还受到雷达极限探测距离的限制
2．物标反射性能的影响
• 物标反射雷达波性能的强弱显然会影响雷达的最大作用距 离。通常物标反射雷达波性能的强弱可用目标有效散射面 积来表示。目标有效散射面积的定义是：将物标看成各向 同性的等效散射体，它以相对于雷达波方向的截面积 ， 0 吸收发射波能量并无损耗地向四周均匀散射，使得在天线 处的反射功率通量密度与由该物标实际反射时等同，则称 为该物标有效散射面积。它表示物标对雷达波的散射能力。 实际物标的反射性能(即有效散射面积)与物标的几何尺寸 大小、形状、表面结构、入射波方向、材料及雷达波工作 波长等因素有关。
• 1)物标尺寸对反射性能的影响 • 物标的尺寸越大，被雷达波束照射到的 面积越大，则回波越强 • 就宽度而言，若物标宽度比雷达水平波 束窄，则回波强度与其宽度成正比；反 之，则回波强度与目标总宽度无关。 • 就物标高度而言，一般物标高度与回波 强度成正比 • 就物标深度而言，物标的深度往往雷达 不能加以显示。
(2)球形物体 • 球体反射性能很差，只有正对圆心的才 返回； (3)圆柱形物体 • 像烟囱、煤气罐、系船浮筒这类圆柱形 物标，则其水平方向的影响与球体相似， 垂直方向的影响则和平板一样； (4)锥体 • 像灯塔、教堂尖顶及锥形浮标这类锥形 物标的反射性能很差，只有当射束于母 线垂直时，效果与圆柱相同。
3)物标材料的影响 • 物标的材料不同，其回波强度也不同。物标反 射强弱可用反射系数表示。反射系数是指反射 能量与入射能量的比值，反射系数取决于物标 材料的基本电特性，导电性能好的材料其雷达 波的反射系数也高。金属比非金属的反射强， 木质及玻璃钢的放射性能较差。 4)工作波长对反射性能的影响 • 目标的有效散射面积与雷达波长有关。对于尺 寸比雷达波长小很多的目标(如雨、雪)来说， 其有效散射面积与波长的4次方成反比，故3cm 雷达的雨雪干扰要比10cm雷达强得多。
第二节 最大作用距离及其影响 因素
• 定义：一台雷达在一定的电波传播条件 下，对某一特定的物标，雷达能满足一 定发现概率时所能观测的物标最大距离 即为该雷达的最大作用距离，用符号 rmax表示，它表示雷达探测远距离目标 的能力。
一、雷达技术参数(技术指标) 及物标反射性能对rmax的影响
•rmax与Pt的四次方根 成正比。因此，增加发射功率，最大使用距 离增加并不显著，况且增加发射功率，付出 代价大，不可取。 • 2 ) rmax 与 Prmin 的 四 次 方 根 成 反 比 ， 减 小 Prmin (即提高接收机灵敏度)可增加 rmax ， 但影响也不显著。
2)物标形状、表面结构及入射波 方向的影响
(1)平板形物体 • 对光滑表面的物标，入射角等于90°时，全部 返回；当入射角不等于90 °时，不返回； • 对表面粗糙的物标,有小部分散射波返回雷达。 • 对由三个相互垂直的平面构成的“角反射器”， 只要雷达波在某一定角度范围内入射进角内， 则反射波将以完全相反的方向反射出来，故其 反射性能特别强。
四、大气衰减的影响
• 大气衰减是指雷达波在大气层传播过程中受 到大气吸收或散射导致雷达波能量的衰减。这 在大气中有雾、云、雨和雪等含水量增大时更 为严重。 • 其特点是： • 1．水蒸汽对3 cm雷达波的衰减比lO cm雷 达波大10倍多。 • 2．雨对雷达波的衰减随雨滴及密度的增 大而增加， 3 cm雷达波的衰减比对10 cm雷 达波大10倍左右，故雨天宜选用10 cm雷达。 •
• 1．离本船越近，海浪反射越强；随着距离增 加，则海浪反射强度呈指数规律迅速减弱。一 般风浪时，海浪回波显示范围可达6nmile～8 nmile，大风浪时甚至可达10nmile。海浪回波 在雷达荧光屏上显示为扫描中心周围一片不稳 定的鱼鳞状亮斑。 • 2．海浪回波强度与风向有关，风向和海浪波 形关系如图1—3—14所示。海浪反射上风侧强， 显示距离远，下风侧弱，显示距离近。