第四讲_雷达杂波ppt课件
电子对抗原理--雷达系统结构和工作原理 ppt课件
频率源分类
自激振荡源 晶体振荡器、腔体振荡器 介质振荡器、压控振荡器等 合成频率源
直接模拟式：对基准频率进行各种各样的 加减乘除 间接模拟式：利用模拟锁相环锁定VCO 来实现频率合成 直接数字式：使用数字技术完成频率和波 形的合成 间接数字式：由数字锁相环构成，包含数 字分频器和数字鉴相器
DBF系统的基本原理图
天线单元阵列 A/D变换器
接收模块 数字波束形成器
稀布阵雷达
VHF波段 发射1个圆阵（25个窄带全向发射天线，每个10KHz带宽，共250KHz） 接收1个圆阵，48个全向接收天线，带宽250KHz
RIAS* / SIAR** by Jaques Dorey (1986) – «Space Frequency »orthogonal coding
数字中频接收机原理框图
中频 信号 中频 滤波器
低通滤波、抽 取
cos(2f I nT )
A/D
I
低通滤波、抽 取
Q
sin( 2f I nT )
问题：上图有什么问题？
数字中频接收机原理框图
中频 信号 中频 滤波器
低通滤波、抽 取
cos(2f I nT )
A/D
I
低通滤波、抽 取
Q
sin(2f I nT )
大气吸收与频率的关系
大气天顶衰减与地面水汽密度的关系
斜路径大气衰减 f＝23.75GHz
发射电磁波
脉冲
目标反射电磁波
雷达系统 结构与工作原理
雷达系统结构和基本工作原理 频率综合器 发射机 天线 接收机 信号处理机 雷达终端 监控设备
雷达系统原理PPT课件
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
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关于 SART雷达应答器
• 根据 GMDSS（全球遇险与安全系统）要求，IMO/SOLAS 类型的 船必须配备 SART。当船遇险时，SART 可以自动发出信号，所以 其他船或飞机就可以确定 遇险船的位置。若本船配备了波段的雷 达，并且 8 英里内有船遇险，SART 可以 指引雷达回波到遇险船。 该信号包括了 12 扫频，并在 9.2 到 9.5GHz 的频段传输。 根据距 离的不同，SART 具有 2 种扫频时间，由慢（7.5μs）到快(0.4μs) 扫描或反 之亦然。当接收到该信号时，屏幕上出现一条总长为 0.64 海里被 12 个点平均的 线。最近的 SART 的光点指示遇险船 的位置。当本船接近 SART 1 海里以内时， 雷达上显示快速闪烁 的扫描信号，并有一根单薄的线连接 12 个光点。
弱反射目标
• 目标反射的回波强度不仅取决于与目标间的距离，目标的高度或 尺寸，还要取决 于目标的材料和特性。具有低发射或入射角的目 标，如 FRP(纤维增强复合材料) 船和木制船发射的都不好。所以， 必须注意 FRP 船，木船或沙，沙洲，泥礁等 物体都是弱反射目 标。 由于与海岸线的距离等，本船在雷达图像上看起来比实际的 海岸线要远，当船周 围有弱反射目标时，应更加谨慎。
雷达海杂波概述
雷达海杂波概述Lewis B.Wetzel13.1 引言就一部正在任务的雷达而言，海外表对发射信号的后向散射经常严重地限制了其对舰船、飞机、导弹、导航浮标以及其他和海外表同在一个雷达分辨单元的目的的检测才干。
这些搅扰信号普通被称为海杂波或海外表回波。
由于海外表对雷达来说是一个静态的、不时变化的平面，因此对海杂波的看法不只要寻求一个适宜的模型来描画海外表的散射特性，而且还要深化了解陆地的复杂运动。
幸运的是，在遥感范围内，雷达和陆地学间的联络日益亲密，并已积聚了少量关于海外表散射，以及这些散射是如何与陆地变化相关的有用资料。
在各种雷达参数和环境要素的条件下，直接测量它们对雷达回波的影响，然后依照阅历来描画海杂波的特征似乎是一个复杂的效果。
与雷达或其任务配置相关的参数，如频率、极化方式、分辨单元尺寸和入射余角〔擦地角〕均可由实验者指定，但是环境要素那么全然不同。
这有两个缘由：首先，不清楚哪些环境要素重要。
例如，风速无疑会影响海杂波电平，但是舰船风速计读数和海杂波间的关系并不完全相符。
海外表的搅动形状〔海外表形状〕对海外表散射特性看起来似乎有很大的影响，但这仅是客观的量度，它与外地盛行的天气间的关系通常是不确定的。
其次，人们还发现，所测得的风速与其构成的海浪〔形成杂波的海浪〕有关，而空气和海外表的温度能影响这种关系。
可是，在过去海杂波测量的历史中，这些影响的重要性并没有失掉人们的注重，因此很少记载下空气和海外表的温度。
即使人们曾经看法到某个环境参数的重要性，但是要在实践的陆地条件下准确测量这个要素通常也是十分困难的。
并且要树立恣意一种具有实践意义的海杂波统计模型，还须从不冰封的陆地环境中搜集足够多的各种参数条件下的测量结果，这也遭到实践能够性和经费的限制。
因此，大家不用对海杂波某些特征定义的不完全感到惊讶。
在20世纪60年代末之前，绝大少数的海杂波数据都是从独立的实验中一小段一小段搜集起来的，它们的真实性通常不强或不片面〔可查阅以往的著作，如Long[1]，Skolnik[2]或Nathanson[3]〕。
第四讲雷达杂波.ppt
Vw/6－－以节表示的风速
f
2v
0.14 Vw
f－－频谱标准差
二. 海杂波频谱
例：X波段( = 3.2cm)，风速10节
f =43.75Hz
➢ 包络检波： ➢ 相参检波：
1 V 6 Vw
(实测)
V 0.14Vw
可见： f包络2 = 2f相参2
三. 气象杂波的频谱
➢ 四种主要因素决定
(一)风的切变，即风速随高度的梯度分布
a s 5.35qAZ (Hz)
一. 地物杂波
➢ 高斯型 ➢ 立方型
(一)高斯型
S(f )
PC 2f
exp
f2 2f2
f
,频2谱v 方差
，有经验公式
以米表示，Vw以节表示； v为速度标准差；PC为杂波功率
f 0.0066Vw1.261
一. 地物杂波
(二)立方型 (由Fishbein建立)
三. 海杂波
0=(f, 极化, , SS, 风向) SS－海情
➢ 实测所得规律 (一) 20°
400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB
例：t＝1s, =10, R=20浬, 得S0=105 m2 1× 10-4 m2 e 100 m2 范围极大！
(一) 20°
于f的某一函数。 ➢ 雨、雪、冰雹， Di大， 大=> e 大； ➢ 云层 Di小=> 小=> e 小。 ➢ 可查表
五. 鸟群杂波
e m 0
其中： ➢ m：雷达分辨单元中飞鸟数 ➢ 0 ：单个飞鸟的等效反射面， 0 可查表，用低于
1m2的dB表示
例： 0= -30dB，分辨单元中1000只鸟，可产生 1m2的等效反射面， e= 1m2
雷达基本工作原理课件
雷达的分类
01
脉冲雷达
发射脉冲信号，通过测量脉冲 信号往返时间计算目标距离。
02
连续波雷达
发射连续波信号，通过测量信 号频率变化计算目标距离和速
度。
03
合成孔径雷达
利用高速平台对目标区域进行 扫描，形成高分辨率的合成孔
径图像。
雷达的应用
军事侦察
利用雷达探测敌方军事目标，如飞机、 坦克等。
气象观测
指雷达在存在欺骗干扰的情况下，仍能正常工作并检测到目标的能力 ，通常由信号鉴别和抗干扰算法决定。
多目标处理能力
跟踪能力
指雷达在同一时间内能够跟踪的 目标数量，通常由数据处理能力 和硬件资源决定。
分辨能力
指雷达在同一时间内能够分辨的 目标数量，通常由信号处理算法 和天线波束宽度决定。
05
雷达技术的发展趋势
天线是雷达系统的辐射和接收单元，负责发射和接收电磁波。
波束形成是天线的重要技术，通过控制天线阵列的相位和幅度，形成具有特定形状 和方向的波束。
天线的性能指标包括方向图、增益、副瓣电平和极化方式等。
信号处理与数据处理
信号处理是雷达系统的关键技术之一，负责对接收到的回波信号进行处 理和分析。
数据处理负责对雷达系统获取的数据进行进一步的处理、分析和利用。
当目标相对于雷达移动时，反 射的电磁波频率会发生变化， 这种变化被雷达接收并转换为 目标的相对速度。
速度测量的精度受到多普勒效 应的影响，而分辨率则受到雷 达工作频率和采样率的影响。
03
雷达系统组成
发射机
发射机是雷达系统的核心组件之 一，负责产生高功率的射频信号
。
它通常包括振荡器、功率放大器 和调制器等组件，用于将低功率 信号放大并调制为所需的波形。
雷达基础知识：杂波
雷达基础知识：杂波
雷达中的“杂波”通常表示不需要的回波，包括来自地面及建筑物、海洋、雨雪天气、鸟群昆虫等。
虽然这些杂波功率有时会比目标的回波还要强的多，这就使得雷达对目标回波的检测产生了很大的检测困难。
通过天线主瓣进入雷达的杂波称为主瓣杂波，否则称为旁瓣杂波。
杂波通常是随机的，具有类似热噪声的特性。
由于杂波强度往往要比接收机内部噪声大，雷达在强杂波背景下检测目标的能力主要取决于信号杂波比(信杂比SCR)。
杂波通常在一定的空间范围内分布，其物理尺寸比雷达分辨单元要大的多，常分为两大类：面杂波和体杂波。
当然，也有“点”或离散的杂波，例如电视塔、建筑物等特殊结构。
说到“杂波”，你可能想到的就是如何去抑制它，去减少它在雷达回波中的分量，在很多情况是这样的。
但自然环境中的雷达回波并非都是不希望的，我们也可以加以利用。
例如，气象雷达和合成孔径雷达等。
云雨的反射对飞机雷达来说是不希望，但气象雷达喜欢，可以用来测量降雨率，提升天气预报的准确性。
地面上的后向散射杂波或许会干扰很多地面雷达和机载雷达，但是合成孔径雷达喜欢，通过对不同地物回波的分析，可以掌握大量的
信息。
因此，同一种自然环境的回波在一种应用中是不需要的杂波，而在另一种应用中可能就是提取的关键信号。
杂波与雷达目标的回波相似，杂波功率也可以用杂波散射截面积(RCS)来描述，杂波的平均RCS为：
杂波散射系数无量纲，它与雷达系统参数有关，例如雷达波长、极化特性，照射区域和照射方向等；地杂波还与地表面的参数有关，例如地面形状、粗糙度、覆盖层的复介电常数等；海杂波与风速、风向和海面蒸发等参数有关。
雷达原理课件
雷达原理课件雷达原理课件雷达（Radar）是一种利用电磁波进行探测和测量的技术。
它广泛应用于军事、航空、气象等领域，为我们提供了无可替代的信息和数据。
本文将介绍雷达的原理和应用，并探讨其在现代社会中的重要性。
一、雷达的基本原理雷达的基本原理是利用电磁波的特性来实现目标的探测和测量。
它通过发射一束电磁波，然后接收并分析回波来确定目标的位置、距离、速度等信息。
1. 发射电磁波雷达系统首先发射一束电磁波，通常是微波或无线电波。
这些电磁波会沿着直线传播，并在碰到目标时发生反射或散射。
2. 接收回波当发射的电磁波碰到目标时，它们会发生反射或散射，并返回雷达系统。
雷达接收器会接收到这些回波，并将其转化为电信号。
3. 分析回波接收到的电信号经过处理和分析，可以提取出目标的相关信息。
通过测量回波的时间延迟、频率变化和幅度变化等，雷达系统可以确定目标的位置、距离、速度等参数。
二、雷达的应用领域雷达技术在各个领域都有着广泛的应用，以下是几个常见的领域：1. 军事应用雷达在军事领域中起着至关重要的作用。
它可以用于目标探测、目标跟踪、导航、武器制导等方面。
雷达系统可以帮助军队实时监测敌方的动态，提供战场情报，为作战决策提供重要支持。
2. 航空导航雷达在航空领域中被广泛应用于飞行导航和空中交通管制。
它可以帮助飞行员确定飞机的位置和高度，避免与其他飞行器相撞。
雷达系统还可以监测天气变化，提供飞行安全的重要信息。
3. 气象预报雷达技术在气象领域中扮演着重要角色。
通过测量回波的强度和频率，雷达系统可以提供降水量、风速、云层高度等天气信息。
这对于气象预报和灾害预警非常关键。
4. 海洋勘测雷达在海洋领域中也有着广泛的应用。
它可以用于测量海洋表面的波浪、潮汐和海流等信息。
这对于海洋勘测、海上交通和海洋资源开发具有重要意义。
三、雷达在现代社会中的重要性雷达技术的发展和应用对于现代社会来说具有重要意义。
以下是几个方面的重要性：1. 安全保障雷达系统可以帮助保障国家的安全。
雷达信号处理PPT电子教案-第四讲雷达杂波
四. 箔条杂波的频谱
与气象杂波频谱的四项完全相同
v2 sheal2 + turb2 + beam2 + fall2 sheal = 0.42 K R EL K 6 米/ 秒 turb = 1.0 m/s (低于12000呎) = 0.7 m/s (高于12000呎) fall = 0.45 sin (m/s) beam = 0.42 V0 EL sin
(一)杂波类型
• 面杂波： 地、海 – 小俯角 – 大俯角
e 0S 0
0为面杂波单位面积的反射系数
俯仰角
入射角
擦地角(掠射角)
俯仰角、擦地角和入射角
R
h
ct/ 2
Y
ct sec(Y)/2
t c S R q sec 0 AZ 2
qAZ
杂波区 R RqAZ
总数 当箔条长度与/2无关系时， e迅速
§3 杂波频谱
影响杂波频谱的因素
• • • • 幅度起伏 天线扫掠 风速变化 鸟群飞翔速度等
例. 天线波束为高斯形， qAZ，转速a (弧度/秒)，则
a (Hz ) s 5 .35 q AZ
一. 地物杂波
高斯型 立方型
(一)高斯型
二. 地杂波强度
(三) 的影响
=0.5°～10°内， 0 > 10°， 0随 变化小
(四)f 的影响
较小时， 0随f 略有； 较大时， 0与f 无关
三. 海杂波
0=(f, 极化, , SS, 风向) SS－海情
实测所得规律 (一) 20°
400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB
：目前已发展了K分布等新分布。
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17
(二) > 20，或30 90
➢ 90
0 与极化无关(不同SS均成立)，即垂直下视时， 0 与
极化和SS无关
0V 0H
(中等海情以下)
(即<90 时)，
0V 0H
(高海情时)
➢ 较小时，即 20 30
0与风向关系密切，上风0>下风0 ，垂直风0最小 当 60，0 与风向关系小；
s
a 5.35qAZ
(Hz)
24
一. 地物杂波
➢ 高斯型 ➢ 立方型
(一)高斯型
S(f )
PC 2f
exp
f2 2f2
f
,频2谱v 方差
，有经验公式
以米表示，Vw以节表示； v为速度标准差；PC为杂波功率
f 0.0066Vw1.261
25
一. 地物杂波
(二)立方型 (由Fishbein建立)
(四)f 的影响
较小时， 0随f 略有； 较大时， 0与f 无关
14
三. 海杂波
0=(f, 极化, , SS, 风向) SS－海情
➢ 实测所得规律 (一) 20°
400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB
例：t＝1s, =10, R=20浬, 得S0=105 m2 1× 10-4 m2 e 100 m2 范围极大！
第四讲 雷达杂波
➢1、引言 ➢2、杂波强度 ➢3、杂波频谱 ➢4、杂波的幅度分布
1
➢杂波：是雷达在所处环境中所收到的一个 或一群不需要的反射回波。
➢注意：对某部雷达而言的杂波可能是另外 一部雷达的目标。
2
§1. 引言
➢为抗杂波必须研究杂波特性 ➢杂波分类
自然杂波：地、气象、海浪、鸟群等 人为杂波：箔条、角反射器、假弹头等
➢杂波三大特性
强度、频谱和幅度统计特性
3
§1. 引言
➢杂波的特点：有色、非平稳
– 空间分布上非均匀==>通过天线扫描==>时间 上的非平稳
– 各分辨单元本身杂波非平稳。因风速变化等 – 时间上有相关性，所以频谱宽度有限，为有色 – 杂波的若干特性主要靠实测来统计，并用数学
拟合法
4
§2. 杂波强度
15
(一) 20°
• f => 0 且0 f m，m =
3，f 2GHz, 1, SS 3级 0，f , , SS 时
• => 0 且0 n，n =
3， 1, f 2GHz, SS 3级 0， , f , SS 时
• SS一定， 0V > 0H 且当SS, , f 时，0VH= (0V － 0H )
22
六. 箔条杂波
➢ 当箔条长度正好为半波偶极子时，即长度=/2时， e= 0.18 2N，其中，N为雷达分辨单元中箔条 总数
➢ 当箔条长度与/2无关系时， e迅速
23
§3 杂波频谱
➢影响杂波频谱的因素
• 幅度起伏 • 天线扫掠 • 风速变化 • 鸟群飞翔速度等
例. 天线波束为高斯形， qAZ，转速a (弧度/秒)，则
• SS => 0 0 =
+10dB/SS
(低SS，低f)
0/SS
(高SS，高f)
16
三. 海杂波
(二) > 20，或30 90
准镜面区，0变化规律为
➢ ＝90
0 1/SS，且当SS=0时，0＝0max +10dB(对所有
f)
=> 0
➢ 60
0 SS，当 ，SS => 0
(一)地物类型是影响0的关键因素
沙漠、农田、山地、植被、城市， 0均各不相同
沙漠 －－> 城市 0 -45dB－－>-6dB (差40dB)
(二)极化方式的影响
小时， 垂直极化(V)比水平极化(H)的0 大 大时， 反之
13
二. 地杂波强度
(三) 的影响
=0.5°～10°内， 0 > 10°， 0随 变化小
90，0 与风向无关。 18
பைடு நூலகம் 四. 云雨杂波
e
4
R
2 q AZ EL
ct 2
体杂波
19
的表示方法一：
dB 93 40 log(fGHz 3) 17 log(r)
其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。
20
的表示方法二：
= i
其中， ➢ i 为每一小质点的反射系数； ➢ i Di6 , (f)，即i正比于质点直径Di的六次方；也正比
S(f
)
1
P0 f
f
c
3
fc为特征频率，S(fc) = 0.5 P0。 P0为杂波功率。 fc与许多因素有关 ，由实测确定。
26
S(f)
1
fc=10
0.9
fc=20
fc=50 0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f
一. 影响杂波强度的因素
(一)杂波类型
• 面杂波： 地、海
– 小俯角 – 大俯角
e 0 S0
0为面杂波单位面积的反射系数
5
俯仰角
入射角 擦地角(掠射角)
俯仰角、擦地角和入射角
6
h
R
ct/2
Y
ct sec(Y)/2
S0
RqAZ
ct 2
sec
R qAZ
杂波区 RqAZ
小俯仰角面杂波的分辨单元面积计算
于f的某一函数。 ➢ 雨、雪、冰雹， Di大， 大=> e 大； ➢ 云层 Di小=> 小=> e 小。 ➢ 可查表
21
五. 鸟群杂波
e m 0
其中： ➢ m：雷达分辨单元中飞鸟数 ➢ 0 ：单个飞鸟的等效反射面， 0 可查表，用低于
1m2的dB表示
例： 0= -30dB，分辨单元中1000只鸟，可产生 1m2的等效反射面， e= 1m2
杂波的立方谱结构示意图
27
二. 海杂波频谱
➢ 谱宽f ➢ 平均多普勒频移f0
(一) f0：与风速、浪高、极化方式有关 水平极化：f0取决于风速及浪高 垂直极化：f0仅取决于浪高
： f0 = (风速, 极化方式, 浪高)，可查曲线
9
ct/2
REL
S0
4
R 2ELqAZ
ct 2
RqAZ
体杂波分辨单元体积计算
10
(二)雷达参数
➢ 分辨单元S0 ：高分辨雷达， S0 => e ➢ 波长 (或频率f)
均与强度有关，后面介绍
➢ 极化方式
11
近掠入射区 0
平直区
近垂直入射区
0度
俯仰角
90度
0和俯仰角的依从关系
12
二. 地杂波强度
R－作用距离；qAZ和 EL为天线波束的方位
向和俯角向波瓣角；－天线俯仰角
7
RqAZ
S0 R2ELq AZ (sin )
Y R ELCSC(Y)
大俯仰角面杂波的分辨单元面积计算
R－作用距离；qAZ和 EL为天线波束的方位
向和俯角向波瓣角；－天线俯仰角
8
• 体杂波
气象、箔条等。
e S0
为体杂波单元的反射系数。