第一章 雷达基本工作原理
雷达基本工作原理课件-新版.ppt
微波传输线 发射脉冲
发射机
T/R 触发器
天线 回波
接收机
电源
船电
显示器
Fig1-2 (2)
回波 船首线 方位
精品
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
船舶导航雷达
精品
第一章 雷达基本工作原理
引言
Radar —Radio detection and ranging
—无线电探测和测距
雷达：发射微波并接收目标反射回波，对目标进行探测 和测定目标信息
现代雷达 IBS的重要组成部分 定位、导航、避碰
主要传感器
精品
雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS
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
2、二单元雷达： 天线收发机、显示器、精中品频电源
荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离
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——天线的精品方向即目标的方向
触发器
天线
方位与 船首线
收发机 回波
显示器
ARPA
Fig1-2(1)
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
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
雷达基本工作原理
眼睛” 是驾驶员的“眼睛”！
4
航海雷达与ARPA
绪
论
六、雷达的发展概况
年代： 30 年代：
By 1934 R.M.Page had photographed their first radar echo at NRL and by 1938 the US SCR-268 radar was operational as an Anti Aircraft AA radar. The US first naval radar XAF was at sea in 1938 aboard the USS New York.
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航海雷达与ARPA
2、测向原理
绪
论
过程分析： 过程分析：
天线高度定向性——θh很小 a、天线高度定向性 θ 该目标接收电波——反射 b、只有当主波束对准目标——该目标接收电波 只有当主波束对准目标 该目标接收电波 反射 当偏离目标——主波束不对准 c、当偏离目标 主波束不对准 该目标——不能被探测 不能被探测——无反射 该目标 不能被探测 无反射 ∴ 主波束轴方向——代表O—T之间的方向；[理解：→第1 主波束轴方向 代表O T 之间的方向； 理解： 代表 要点] 要点] d、由于显示器扫描线与天线同步旋转 当主波束扫到某一方向——扫描线相应扫在这一 即 ： 当主波束扫到某一方向 扫描线相应扫在这一 方位上。 方位上。 [理解：→第2要点] 理解： 要点] 该目标回波——就会立即在该方向上显示出来。 就会立即在该方向上显示出来。 ∴ 该目标回波 就会立即在该方向上显示出来
绪
论
CH1 雷达基本工作原理（ Radar basic principle of operation） operation） ξ1.1 雷达测距测方位基本原理 T2 T1 测距原理( 一. 测距原理( Ranging Principle)
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
雷达原理复习总结
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，Radio Detection and Ranging 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。
雷达基本理论与基本原理
雷达基本理论与基本原理一、雷达的基本理论1、雷达工作的基本过程发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。
向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。
2、雷达工作的基本原理一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。
目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。
如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。
该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2rd v f λ=,即可得到目标的速度。
3、雷达的主要性能参数和技术参数 雷达的主要性能参数 雷达的探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。
测量目标参数的精确度和误差精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。
分辨力指雷达对两个相邻目标的分辨能力。
可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。
距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2c R τ∆=。
因此，脉宽越小，距离分辨力越好数据率雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。
抗干扰能力指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。
雷达可靠性分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。
体积和重量体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。
功耗及展开时间功耗指雷达的电源消耗总功率。
展开时间指雷达在机动中的架设和撤收时间。
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）
雷达的工作原理
雷达的工作原理第一篇：雷达的工作原理雷达的工作原理蜻蜓的复眼我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。
与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。
这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。
利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。
辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。
每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。
不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。
天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。
这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。
有源相阵控雷达和无源相阵控雷达的区别是就是无源是只有单个或者几个发射机子阵原只能接收，而有源是每个阵原都有完整的发射和接收单元！相控阵雷达的优点：（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。
全固态相控阵雷达的可*性高，即使少量组件失效仍能正常工作。
但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。
当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可*、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。
多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。
美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。
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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
天线
触发器 收 发 机
方位与 船首线 回波
显示器 ARPA
Fig1-2(1)
天线
T/R
微波传输线
发射脉冲
发射机
T/R 触发器
船舶导航雷达
第一章 雷达基本工作原理
引言
Radar —Radio detection and ranging —无线电探测和测距 雷达：发射微波并接收目标反射回波，对目标进行探测 和测定目标信息 雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS
现代雷达
IBS的重要组成部分
定位、导航、避碰
主要传感器
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 2、二单元雷达： 天线收发机、显示器、中频电源
方位标志
荧光屏边缘
Fig. 距离与方位测量
第一节 雷达测距与测方位原理
一. 雷达测距原理
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 Δ t ： 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
第一节 雷达测距与测方位原理
岛屿 本船 Δ t＝123.5 μ s 0 方向扫描 90° 本船 245° 岛屿 海图平面 270 245 雷达不能探测目标的背面，因 此目标的后沿是不可见的. 量程: 12 nm EBL 180 雷达平面 固定距标圈 90 目标船 扫描线 HL 回波 (10 nm) 目标
回波
接收机
Receiver
回波
电源
船首线 方位
Transmitter
船电
显示器
Fig1-2 (2)
第二节 雷达的基本组成、作用
一、基本成七部分及作用：
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
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 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
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 3、收发开关： 发射时，关闭接收机，大功率射频脉冲送天线； 接收时，接通接收机，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。