雷达技术雷达作用距离
雷达侦察作用距离(本科)
切线信号灵敏度PTSS和工作灵敏度POPS定义
在输入脉冲功率电平作用下,接收机输出端 脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声( 只有接收机内噪声时)的顶部在一条直线上( 相切),则称此输入脉冲信号功率为切线信号 灵敏度PTSS。
当输入信号处 于切线电平时, 接收机输出端 视频信号与噪 声的功率比约 为8dB。
修正的侦察方程
(1)雷达发射机到雷达发射天线间的馈线损耗L1≈3.5dB; (2)雷达发射天线波束非矩形损失L2≈1.6～2dB; (3)侦察天线波束非矩形损失L3≈1.6～2dB; (4)侦察天线增益频带内变化所引起损失L4≈2～3dB;
(5)侦察天线与雷达信号极化失配损失L5≈3dB;
(6)从侦察天线到接收机输入端的馈线损耗L6≈3dB
工作灵敏度POPS的定义为:接收机输入端在 脉冲信号作用下,其视频输出端信号与噪声 的功率比为14dB时,输入脉冲信号功率为接 收机工作灵敏度POPS。 工作灵敏度的换算 PTSS+3dB 平方律检波 POPS= PTSS+6dB 线性检波
5.2 侦察作用距离
简化的侦察方程
假设侦察机和雷达的空间位置如图5―5所示,雷 达的发射功率为Pt,天线的增益为Gt,雷达与侦察 机之间的距离为R,当雷达与侦察天线都以最大增 益方向互指。
2 PG t t Rr 2 0.1L (4 ) P 10 r min 1 2
侦察的直视距离
在微波频段以上,电波是近似直线传播的,地球表面 的弯曲对传播有遮蔽, 侦察机与雷达间的直视距离 受到限制。假设雷达天线和侦察天线高度分别为 Ha,Hr, R为地球半径, 直视距离为
侦察接收天线收到的雷达信号功率
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
5.1.2 切线信号灵敏度PTSS的分析计算 侦察接收机与雷达接收机有两点明显的不同。首 先,雷达接收机的检波前滤波器、检波后滤波器都与其 接收信号处于准匹配状态;而对于侦察接收机来说,由于 侦收的都是未知信号,检波前和检波后的滤波器都与其 接收的雷达信号处于严重失配状态,检波前的滤波器带 , 宽∆fR 与检波后的视放带宽∆fV之比相差很大(雷达接收 机中∆fR/∆fV≈2);
2bPTSS b 1+ ≈ 1 + PTSS a a
代入(5―16)式,经配方整理,可得
2 2 KC KC ∆ f R2 A∆ fV = KT0 FR [ + 2 2 ]W ∆ f R + KC 2 f R ∆ fV − ∆ fV2 + 2 4 GR FR
PTSS
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
(5―21)
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
4. 检波前增益很高 A∆ fV 检波前增益很高, 2 2 GR FR 很小,切线信号灵敏度可按下式近似: 2 A∆ fV KC ∆ f R2 时, 当 ∆ fV ≤ ∆ f R ≤ 2∆ fV , 2 2 << 2∆ f R ∆ fV − ∆ fV2 +
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
图5―3 输入信号、噪声功率谱及放大器的幅频特性 (a)输入信号功率谱;(b)输入噪声功率谱; (c)放大器的幅频特性
第5章 雷达侦察作用距离与截获概率
因此,检波输出的噪声功率谱F(f)由下式给出:
γ2 ∆ fR 2 2 R [W0 ( ∆ f R − f ) + PS 0W0 ] 0 ≤ f ≤ 2 V F( f ) = 2 ∆ fR γ [W 2 ( ∆ f − f )] < f < ∆ fR 0 R 2 RV 2
雷达技术简介及发展展望
摘要：文章简要介绍了雷达技术发展简史和雷达技术在现代国防中的地位和作用，简述了几种先进雷达的体制和技术的基本原理以及国外的先进雷达应用情况，提出了现代战争下雷达技术发展展望。
0 前言雷达(Radar)是英文“Radio Detection and Ranging”缩写的译音,意思是无线电检测和定位。
近年来更广义的Radar的定义为:利用电磁波对目标检测/定位/跟踪/成像/识别。
雷达是战争中关键的侦察系统之一,它提供的信息是决策的主要基础。
雷达可用于战区侦察,也可用于战场侦察。
装有雷达导引头的导弹、灵巧炸弹能精确地、有效地杀伤目标。
在反洲际弹道导弹系统，反战术弹道导弹系统中，雷达是主要的探测器。
雷达技术在导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测、走私检查等方面都起到了重要作用。
下面简要叙述雷达技术发展简史。
雷达技术首先在美国应用成功。
美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船，1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。
该种雷达不能测距。
1934年美国海军开始发展脉冲雷达。
英国于1935年开始研究脉冲雷达，1937年4月成功验证了CH（Chain Home）雷达站，1938年大量的CH雷达站投入运行。
英国于1939年发展飞机截击雷达。
1940年由英国设计的10cm波长的磁控管由美国生产。
磁控管的发展是实现微波雷达的最重要的贡献。
1940年11月，美国开发微波雷达，在二次世界大战末期生产出了10cm的SCR-584炮瞄雷达，使高射炮命中率提高了十倍。
二战中，俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术。
但除美国、英国外，雷达频率都不超过600MHz。
二战中，由于雷达的很大作用，产生了对雷达的电子对抗。
研制了大量的对雷达的电子侦察与干扰设备，并成立了反雷达特种部队。
二战后，特别是五、六十年代，由于航空航天技术的飞速发展，用雷达探测飞机、导弹、卫星、以及反洲际弹道导弹的需要，对雷达提出了远距离、高精度、高分辨率及多目标测量的要求，雷达进入蓬勃发展阶段，解决了一系列关键性问题：脉冲压缩技术、单脉冲雷达技术、微波高功率管、脉冲多卜勒雷达、微波接收机低噪声放大器（低噪声行波管、量子、参量、隧首二极管放大器等）、相控阵雷达。
雷达 第二节 最大作用距离及其影响因素
• 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。
雷达探测功能详解
雷达探测功能详解
雷达是一种广泛应用于军事、民用领域的电子装备，其主要功能是探测目标并获取目标的信息。
雷达探测功能的核心是探测目标的位置和速度，并通过信号处理和数据分析获取目标的更多信息。
雷达探测功能主要包括以下几个方面：
1. 距离探测：雷达通过发射脉冲信号并接收目标反射回来的信号来测量目标与雷达的距离。
这是雷达最基本的功能之一。
2. 方位探测：雷达通过测量目标反射信号到达雷达的方向来确定目标的方位。
方位探测可以使用机械扫描、电子扫描等不同的技术。
3. 高度探测：雷达可以通过测量目标反射信号的到达时间和相位变化来确定目标的高度，尤其对于航空目标的探测非常重要。
4. 速度探测：雷达可以通过测量目标反射信号的多普勒频移来确定目标的速度，这是雷达探测功能的另一个重要方面。
5. 周期探测：雷达可以通过周期性变化的信号探测目标的周期变化，如雷达在天气探测中可以探测到云层的运动周期。
6. 目标识别：雷达可以通过信号处理和数据分析来识别目标，如识别目标的大小、形状、材质等信息，从而实现目标的分类和识别。
总之，雷达探测功能是一项非常复杂和精密的技术，它不仅在军事领域发挥着重要作用，同时也被广泛应用于民用领域，如天气预报、航空导航、海洋探测等。
- 1 -。
雷达作用距离方程公式
雷达作用距离方程公式
雷达技术是一种广泛应用于现代军事、民用领域的无线电探测和测距技术。
而雷达作用距离方程公式是雷达技术中非常重要的一个数学公式，其作用是计算雷达探测目标距离的数学公式。
雷达作用距离方程公式可以用来计算雷达发射的电磁波向目标物体传播并返回的时间，以此推算出目标物体的距离。
根据雷达技术的原理，雷达发射器发射的电磁波信号会在空气中传播并遇到目标物体后反射回来，这个过程中电磁波信号会经历一段时间的传播和反射，最终返回雷达接收器。
雷达作用距离方程公式就是通过计算电磁波信号传播时间并乘以光速得出目标物体距离的数学公式。
具体来说，雷达作用距离方程公式可以表示为：
R = c × t / 2
其中，R表示目标距离，c表示光速，t表示电磁波从发射到反射返回所需的时间。
由于电磁波在空气中传播速度是光速的一半，因此公式中需要除以2才能得到目标距离。
需要注意的是，雷达作用距离方程公式只能计算出目标物体到雷达发
射器的距离，并不能确定目标物体的具体位置。
在实际应用中，常常需要根据多个雷达探测站的数据进行三角定位来确定目标物体的精确位置。
总之，雷达作用距离方程公式是雷达技术中非常重要的一个数学公式，可以用来计算雷达探测目标距离。
对于雷达技术的了解和应用，掌握这个数学公式非常有帮助。
雷达的功能
雷达的功能雷达（Radar）是一种通过发射电磁波并接收其反射信号来探测与跟踪物体的设备。
雷达具有多种功能，包括测量距离、检测速度、确定位置和跟踪目标等。
首先，雷达可以测量目标的距离。
雷达通过发射电磁波并计算从发射到接收的时间来确定目标与雷达之间的距离。
这种距离测量功能广泛应用于军事、航空、航海、交通等领域。
例如，军事上的雷达可以测量敌军舰船或飞机与自己的距离，以便评估敌军的威胁性和采取相应的行动。
其次，雷达可以检测目标的速度。
当电磁波与目标发生接触时，部分波将被目标反射回来，这些反射波的频率会发生改变，称为多普勒频移。
通过测量多普勒频移，雷达可以确定目标的速度。
在交通监控系统中，雷达可以用于检测车辆的速度，帮助交警监测超速行为并采取相应的处罚措施。
雷达还可以确定目标的位置。
当雷达发射电磁波并接收到目标的反射信号后，它可以通过计算反射信号的方向和强度来确定目标的位置。
在航空领域，雷达可以用于航空管制系统，实时监测飞机的位置并确保飞机之间的安全间距。
此外，雷达还有跟踪目标的功能。
当目标进入雷达的监测范围时，雷达可以持续追踪目标的位置和运动。
跟踪功能被广泛应用于军事领域，例如导弹防御系统可以通过雷达追踪来袭的导弹，并计算出合适的反击策略。
雷达还具有识别目标的能力。
通过分析反射信号的特征，雷达可以区分不同类型的目标。
例如，民航雷达可以将飞机与其他杂波进行区分，使其能够识别并关注真正的飞机目标。
综上所述，雷达具有测量距离、检测速度、确定位置、跟踪目标和识别目标等多种功能。
这些功能使得雷达在军事、航空、航海、交通等领域发挥了重要的作用，提高了工作效率和安全性。
随着技术的发展，雷达的功能也在不断拓展，未来雷达将有更多应用的可能性。
雷达原理--第5章
4、跟踪雷达方程
1/ 4
Rmax
M=1
M=5
M=10
M=20
M=50
M=100
M=200
M=1000
§5.4 系统损耗
雷达方程：
Rmax = [ ( 4π )3 KT B F D C L ]
0 n n 0 B
Pt Gt G r σλ 2
1 4
其中，L表示雷达个部分损耗引入的损失 系数，L大于1，用正分贝数来表示。 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。
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
二 地面或水面反射 对作用距离的影响
地面或水面的反射是雷达电波在非自由 空间传播时的一个最主要影响。
作业一 某雷达系统，已知： Pt=100Kw，τ=2μS，fr=400Hz，fc=10GHz，φA=1.2m， θ0.5=2°，收发共用天线，天线扫描速度νt=6转/分钟， Simin=-107dBm ， 噪 声 系 数 Fn=1.5 ， 接 收 机 失 配 损 失 Cb=0.56dB，雷达总的损耗L=3.5+1.6+2=7.1dB，求： 〈1〉理想无耗最大作用距离； 〈2〉当雷达仰角为5°时，最多可能的脉冲积累数； 〈3〉考虑失配损失和损耗时，雷达的最大作用距离； 〈4〉当电波衰减系数δ=0.01dB/km时的雷达最大作用距离 ，并估计现在大约是什么样的气象条件？ 〈5〉当Pf=10e-3时，检测概率Pd=? 〈6〉计算M=20个脉冲相参积累后的检测性能； 〈7〉当Pf=10e-8，Pd=0.999，M=20，距离可增大到多少；
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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
(Detectability Factor)Do, 即
D0
Er N0
o min
S N
o min
定义：Do是在接收机匹配滤波器输出端(=检波器输入端)单个脉 冲达到所需检测性能的最小信号噪声功率比值。
15
5.2 最小可检测信号
5.2.1 最小可检测信噪比
噪声系数
Fn
(S / N )i (S / N )o
输入信噪比 输出端信噪比
Si min
kT0
Bn
Fn
S N
o min
Bn为接收机噪声带宽 Bn≈1/τ
Simin kT0 Bn FnM 识别系数，目标检测
Simin kT0 Bn Fn D0
4 R2
11
5.1 雷达方程
什么是点目标？ - 散射单元的最大横向距离应该小于目标距离处天
线波束截取的弧长。 - 散射单元的最大径向距离小于脉冲延伸距离。 分布目标：不满足上述条件则为分布目标。 讨论：估算一下飞机、月球对于常用雷达来说是什 么目标？（月球半径1738km，地月距离38万km） （飞机尺寸100m，斜距1km，雷达波束宽度3°）12
求：当Pfa=10-12,Pd=90%时对另一大型非起伏目标（雷达 截面积为40m2）的作用距离。
解：
Rmax
PtGtGr 2 (4 )3 kT0Bn Fn
D0
1/
4
1/4
D0
,
Rmax1 Rmax 2
1 2
D02 D01
1/
4
,
Pd 50%, Pfa 106 , D01 11dB Pd 90%, Pfa 1012 , D02 15.5dB
54
39.8km
10
5.1 雷达方程
5.1.2 目标的雷达截面积 (RCS)
目标的雷达截面积RCS（Radar Cross Section）
目标的假想面积，等效一个各向均匀的具有 相同回波功率的反射器的面积
散射总功率=入射功率密度 目标截面积
P2=S1σ
点目标
P2
S1
PtGt
4 R2
S1
PtGt
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。因此当发射天线增益为Gt时, 距雷达
R处目标所照射到的功率密度为
S1
PtGt
4 R2
5
5.1 雷达方程
目标截获了一部分雷达发射功率，目标的雷 达截面积 σ 时 ，接收到的功率总量为
P2
S1
PtGt
4 R2
目标散射的回波信号在接收天线处的功率密度为
M 0.5 fr 1
cose
Hale Waihona Puke 285.3 脉冲积累对检测性能的改善
接收脉冲 Acos 2 f0t 0
A2
信号功率
若M个脉冲相参积累 MAcos 2 f0t 0 M 2 A2
2
噪声功率
M 2
信噪比扩大了M倍，即
检测因子D0 (1)由M个相叠加，有
D0(M )
D0 (1) M
雷达最大作用距离扩大了多少倍？
噪声输出包 络
0.5
门限
0.4
UT
0.3
0.2
虚警概率
0.1
0 1 2 3 4 5 6 7 r /
图5.4 门限电平和虚警概率
22
5.2 最小可检测信号
虚警宽度tk：虚假回波(噪声超过门限) 的时间
虚警时间Tfa：虚假回波(噪声超过门限)之间的平均时间间隔
N
1 B
虚警概率 Pfa
tK
K 1 N
TK
(4) 无目标，不超门限，判为无目标, 正确不发现概率Pan =1-Pfa;
门限的选择： 奈曼-皮尔逊准则：给定信噪比和虚警概率，要求发现概率最大。
20
5.2 最小可检测信号
5.2.3 检测性能和信噪比 定量分析
1. 虚警概率Pfa
门限
噪声
Pfa
UT
p(r 无目标)dr
电压
宽带高斯噪声的概率密度函数为 正态分布
门限值 A 噪声平均值
B
C
电压
时间 图5.3 接收机输出典型包络
19
5.2 最小可检测信号
门限检测是一种统计检测, 在输出端根据输出振幅是否超 过门限来判断有无目标存在, 可能出现以下四种情况:
(1) 存在目标时, 超门限, 判为有目标, 发现概率Pd;
(2) 存在目标时, 不超门限，判为无目标, 漏警概率Pla =1-Pd; X (3) 无目标，超门限，判为有目标, 虚警概率Pfa; X
雷达最大测量距离：
接收机灵敏度
当接收到的回波功率Pr等于最小可检测信号Smin时, 雷达达到其最大作用距离Rmax, 超过这个距离后, 就不 能有效地检测到目标。
1/ 4
Rmax
PtGt Ar (4 )2 Smin
PtGtGr 2 (4 )3 Smin
1/ 4
R Rmax Pr Smin
发现概率Pd 虚警概率Pfa
单脉冲和多脉冲 信噪比哪个大？
5.3脉冲积累
17
5.2 最小可检测信号
最大作用距离方程 用信噪比表示
Rmax
PtG2 2 (4 )3 Simin
1/ 4
(4
)3
PtG kT0 Bn
2
Fn
2
S
N
1/ 4 omin
最大作用距离方程 用检测因子表示
Rmax
PtGtGr 2 (4 )3 kT0BnFn
D0
1/ 4
Et
(4 )3
GtGr 2
kT0 Fn D0CB
L
1/
4
信号能量 Et Pt 0 Ptdt Pt Bn
带宽校正因子CB≥1 损失系数L ≥1
18
5.2 最小可检测信号
5.2.2 门限检测
高斯噪声 白噪声 在噪声背景中检测信号是一个数理统计问题
5.1 雷达方程
点目标 P2
S1
R
P
S1
平面角 0~2π 立体角 0~4π
分布目标
4
返回接收机每单位立体角内的回波功率
入射功率密度 （目标处）
单位立体角内的回波功率 P
P2
4
S1
4
13
5.1 雷达方程
雷达截面积 定义：在远场条件下（平面波假设），目
标每单位入射功率密度在接收机处每单位立体角内产生
－ 15 0.001 0.01
0.1
0.5
检测概率Pd
Simin kT0BFD0
0.9
0.99 0.999
图5.7 非起伏目标单个脉冲线性检波时检测概率和所需信噪比(检测因子)的关系 25
5.2 最小可检测信号
例题：已知雷达在Pfa=10-6,Pd=50%，脉冲积累数为10。 对某一小型非起伏目标（雷达截面积为2m2）的最 大作用距离为300km。
2.雷达方程集中反映了与雷达探测距离有关的 因素及它们之间的相互关系；
3.雷达方程可以估算雷达作用距离； 4.雷达方程有助于深入理解雷达工作时各分机
参数的影响，有利于在雷达系统设计时正确选 择分机参数。
5.1 雷达方程
5.1.1 基本雷达方程
基本雷达方程，前提： 1，单基地雷达，单发单收； 2，自由空间传播，不计实际传播中的损耗； 3，不考虑系统损耗；
目标运动带来的多普勒会破坏信号相参性。
30
5.3 脉冲积累对检测性能的改善
15
检测因子Do / dB
10
Pf
＝
a
10－ 12
10－ 10 5
10－ 8
10－ 6
0
10－ 4
－5
－ 10
－ 15
1
10
10 0
10 00