北京航空航天大学飞机总体设计-雷达散射截面控制-课讲义件PPT(演示稿)
北京航空航天大学航空航天概论课件第四章 机载设备
3、测距差无线电导航 为飞行器提供经纬度位置。 甚低频，10KHz~14KHz，作用距离约1000Km以上。
C
A
B
4.2.2 惯性导航系统 惯性导航是通过安装在飞行器上的加速度计测量 飞行器的加速度经运算处理而获得飞行器当时的速度 和位置的方法进行导航的。 由于不依赖外界信息，所以是完全自主导航。 完全自主导航 由于测量误差随时间积累，要求制造精度高，或 加其它方法修正。 平台式惯导： X，Y 两个加速度计安装在陀螺平台上。 优点是陀螺平台不受飞机姿态的影响。 捷联式惯导：在飞机不同部位上安装多个加速度计， 测量轴与机体轴一致，对测量的参数进 行姿态修正后经计算得出导航参数。
（1） 仪表着陆系统
下滑信标 组成下滑面
跑道 航向信标组成航向面
航向信标：与跑道中心线相垂直的无线电方向航道信号 下滑信标：与跑道成 一定仰角的无线电下滑航道信号 指点信标：提供至跑道端头距离的地标位置信号
航向台
跑道
90Hz
150Hz
外指点信标
中指点信标
内指点信标
1公里 6.44--11.27公里
2. 微波着陆系统 以很窄的薄片形波束在一定范围内来回扫描， 飞机通过两次收到信号的时间间隔计算出自己的方 位和仰角。 航向扫描 俯仰扫描
4.4
其它机载设备
4.4.1 雷达设备 通过天线发射无线电波并接收被测物体的回波来 确定标的位置和速度。 合成孔径雷达和相控阵雷达。
B
C
D
A
4.4.3 防护和救生系统 1、座舱环境控制系统 座舱通风，温度、气压、氧气含量等控制 2、飞行员个体防护系统 个体防护包括：飞行服、抗过载服、氧气面罩 头盔等设备。
4.2.3 卫星导航系统 美国卫星全球定位系统GPS 俄罗斯全球导航卫星网Glonass 欧洲空间局“伽利略”导航卫星系统 中国“北斗”导航定位卫星系统 以GPS为例： 1、组成：地面站、卫星系统和飞行器上的接收机。 2、导航原理 从原理看，卫星向地面发射的信息有卫星位置、 时钟、发射信息的时刻等高频信息。 工作频率2200~2300MHz，覆盖全球。
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
4
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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第一章
2013北航研究生雷达课件许小剑第三章
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Rmax
1 c ct p 2 2 fp
无距离模糊的条件：在发射下 个脉冲前，距离最远处目标 无距离模糊的条件：在发射下一个脉冲前，距离最远处目标 的回波已经达到接收机。
30
根据多普勒频移同速度之间的关系，想象有2个观测者，一个从地 球上、另一个在相反方向一侧的其他星球上同时观测一个天体，这2人 所观测到的天体会有何不同吗？ 何
I. 雷达系统与信息获取
雷达脉冲与测距 点目标与扩展目标的测距
Original Star
多普勒频移的概念 多普勒频率的测量 目标检测的概念
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多普勒频率与径向速度的关系：
d 2
或
2v
fd
d 2v 2
2v fd d 2
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v VT VR cos
40
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最大不模糊多普勒速度 例：
雷达
目标的相对速度可以通过多种方式来测量和计 算：不同时间的目标距离、距离变化率、视线角变 化率。
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速度与Doppler频移之间的关系
发射 接收
发射信号频率:
f0
N
t1
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飞机激光雷达散射截面测量技术研究
飞机激光雷达散射截面测量技术研究作者：辛欣张晓娜周娜来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：激光雷达散射截面（LRCS）对目标探测、识别和伪装等具有重要的意义。
本文依据激光雷达散射截面（LRCS）测量原理，结合飞机外形特征和测试需求，设计了一套新的测试系统，提出了一种新的测量方法及数据处理方法。
通过对某型飞机的实际测量，结果表明本文提出的新的测量方法和数据补偿方法对飞机的激光雷达散射界面具有很好的测量效果，为后续的外场目标LRCS测量提供了新的方法和思路。
关键词：激光雷达散射界面伪装测量精度补偿中图分类号：TN953 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0102-02激光雷达散射截面（LRCS）是目标激光散射特性的一个重要参数，它能够全面反映激光波长、目标材料及粗糙度、目标几何结构形状等各种因素对目标激光散射特性的影响。
研究LRCS测量对目标特征提取、目标识别、激光雷达作用距离估算，以及建立目标激光雷达散射特性数据库等具有重要意义[1]。
对外场目标的LRCS测量通常采用比对测量法，而目前还较难客观准确的检测这种方法的LRCS测量精度。
本文在LRCS测量原理及方法、影响LRCS测量精度的主要因素、后续数据处理分析的基础上，针对飞机的外形特征，提出了一种对发射激光束整形的方法，并提出对不规则目标的LRCS参数测量数据进行补偿。
1 LRCS测量原理与方法2 测试系统及测试流程2.1 测试系统激光测量系统一般由激光发射系统、散射光探测系统以及测量控制与信息采集处理系统组成。
通过探测来自目标散射的激光功率，获得目标的有关特征信息。
测试系统的结构框图如图1所示。
本实验采用比对法测试飞机的LRCS，首先在目标位置处放置一块标准板，标准板的中心高度与飞机机头的高度一致，测量“标准板”的回波光功率，接着再测量目标的回波光功率，然后计算出目标的实际LRCS。
使用的“标准板”是一块2.4m×1.8m的漫反射屏，没有标定它的LRCS值，因此测量所得结果是相对于这块“标准板”的相对LRCS。
雷达散射截面
尖顶
频率依赖关系 f 2
尺寸依赖关系 计算公式
L0
2g( , , ,)
, 尖顶的内角
, 视角
上面的机理当a趋于0时的极限情况，
时，尖
顶变成了圆锥，
时，尖顶变成薄片 或机翼的
角。
0
第二章 雷达
2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 8）尖顶
E plane
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20 0
20
40
60
80 100 120 140 160 180
/
入射波
E H
k
球体双站RCS，ka=4*pi
RCS(m2为单位）
/a2(dB)
180 160 140 120
m2 100
80 60 40 20
0 0
H plane E plane
因而散射过程中细节几何构造十分重要。
简单形体的散射 物体的RCS与多种散射机理有关，大多数较复杂。简单 形体散射特性表征如下，列出了其RCS的强度，及与频 率、尺寸的依赖关系。
第二章 雷达
2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射
第二章 雷达
2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射
第二章 雷达
2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射
方形三面角反射器 频率依赖关系 f 2 尺寸依赖关系 L4 计算公式（最大值）
回波最强，强RCS1源22于a4 三次反射 飞机上少见，但腔体散射与之类似
第二章 雷达
2.3 雷达散射截面 2.3.6 简单形体的散射 1）方形三面角反射器
北航雷达课程设计
北航雷达课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握雷达的基本原理、工作方式和应用领域；培养学生运用雷达技术解决实际问题的能力；提高学生对雷达技术的兴趣和热情，培养学生的创新精神和团队合作意识。
具体来说，知识目标包括：了解雷达的定义、分类、发展历程；掌握雷达的基本原理，如雷达方程、测距原理、测速原理等；了解雷达的主要应用领域，如航空、航天、军事等。
技能目标包括：能够分析雷达系统的基本组成，如发射、接收、信号处理等；能够计算雷达的基本性能参数，如作用距离、分辨率等；能够运用雷达技术解决实际问题，如目标检测、跟踪等。
情感态度价值观目标包括：培养学生对雷达技术的兴趣和热情，提高学生对新技术的敏感度和接受能力；培养学生的创新精神和团队合作意识，使学生在面对复杂问题时能够积极思考、协同解决。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括雷达的基本原理、雷达系统的设计与实现、雷达的应用领域等。
具体安排如下：第1-2课时：雷达的定义、分类与发展历程第3-4课时：雷达的基本原理，如雷达方程、测距原理、测速原理等第5-6课时：雷达的主要应用领域，如航空、航天、军事等第7-8课时：雷达系统的基本组成，如发射、接收、信号处理等第9-10课时：雷达的基本性能参数，如作用距离、分辨率等第11-12课时：雷达技术在实际问题中的应用，如目标检测、跟踪等三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体安排如下：第1-2课时：讲授法，介绍雷达的定义、分类与发展历程第3-4课时：讲授法，讲解雷达的基本原理第5-6课时：案例分析法，分析雷达的应用领域第7-8课时：实验法，让学生动手实践，了解雷达系统的基本组成第9-10课时：讨论法，引导学生探讨雷达的基本性能参数第11-12课时：讲授法，讲解雷达技术在实际问题中的应用四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：教材：《雷达原理与应用》参考书：《现代雷达技术》多媒体资料：相关雷达技术的视频、图片等实验设备：雷达实验仪、计算机等以上教学资源将有助于丰富学生的学习体验，提高学生的学习效果。
标准化雷达后向散射截面normalizedradarcrosssection
镜面反射产生的标准化雷达后向散射截面NRCSσ0
►
0 (U10 , ) sec f ( x , y ) (local 0)
►
► ► ► ► ►
根据物理光学（physical optics），镜面反射（specular reflection） 产 生 的 标 准 化 雷 达 后 向 散 射 截 面 NRCS （ Normalized Radarbackscatter Cross Section）σ0 可从电磁场方程出发经过推导获得 （8-9） 4
（Scatter of EM Waves at a Rough Sea Surface）
§8.3.1 镜面反射理论（Specular Reflection Theory） §8.3.2 海表面斜率的概率密度函数 （Probability Density Function of the Sea Surface Slopes） §8.3.3 布喇格共振散射（Bragg-Resonant Scatter） §8.3.4 两尺度散射模型（Two-Scale Scattering Model）
雷达方程（Radar Equation）
►
雷达方程的基本形式是
PG AE PR T T σ 4πR 2 4πR 2
(8-1)
式中PR是接收的雷达功率（单位Watt），PT是发射的雷达功率（单位Watt）， GT是天线传输能量的增益，AE是天线的有效面积（单位m2）。σ是对应被探测 元的雷达后向散射截面（单位m2 ）。
►
极坐标下，对于近似地可视为各向同性的海面斜率，高斯分布的PDF是 （8-13） 1 1 r2
f (r, ) 2 u c exp[ ( 2 )] 2 u
2013北航研究生雷达课件许小剑第七章
为什么是这样 ？
n1 sin 1 n2 sin 2 n3 sin 3 n2 sin 2 ...... ni 1 s sin i1 ni s sin i
（折射定律）
Xu: Radar Systems, Chapter-07
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多径效应造成波瓣分裂 多径效应可使对同一目标的 探测距离增大1倍 多径效应也可使雷达根本无 法探测到同一目标
地球表面对雷达波的绕射
为什么？
E 0 E 01e -jkL1 2 E 02 e - jkL2 2 E 03e -jkL3
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dn dh
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地面弯曲: 擦地角的计算
B点的真实擦地角为：
雷达 雷
ABO / 2
雷达计算中，大气折射造成的弯曲可用一个等效半径为真实地球半径的4/3 4/3 倍的“较大地球”替换。这样，在“等效地球”上，雷达射线是直的。 倍的 较大 球 替换 这样，在 等效 球 ，雷达射线是 的 式中
Xu: Radar Systems, Chapter-07
Ref: Skolnik, M.I., Introduction to Radar, 3rd edition, McGraw-Hill,2001.
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菲涅尔反射系数
反射：光滑平面
入射
镜面反射
反射
遵循Snell Snell’s s Law。
V H
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