现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第9章资料
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《现代雷达技术》word版
现代雷达技术6个基本问题1,雷达的任务和特点是什么？答：传统雷达的任务仅要求对目标距离、方位、高度进行测量，而高性能雷达则还需要测量目标的速度、加速度、目标回波特性起伏、极化特性、尺寸形状，甚至要求对目标进行微波成像；需要增大雷达作用距离，改善雷达分辨率，提高雷达数据率；并且要求雷达能对目标进行跟踪、识别和分类。
现代雷达系统采用最先进的微电子技术、计算机技术、现代信号处理技术等，使系统具有体积小，质量轻，功能丰富，具有数字化、信号多样化，调制方式复杂化、频带宽带化、网络化、智能化等特点，较传统雷达有着更远的探测距离，更好的分辨率、数据率、资源利用率，更强的自适应能力，更高的抗干扰能力和可靠性。
2,雷达的基本组成有哪些？答：（一）半波振子雷达想要探测目标，就要有无线电波。
雷达中能在空间激起无线电波的工具就是振子，其实就是一根金属棒。
电子在金属棒中来回反弹的过程叫做电振荡，如果反弹的过程中没有任何阻力的话，这种反弹会一直持续下去。
金属越长，电子流来回振荡一周所需要的时间也就越长，振荡频率也就越低了。
在振荡一周的时间内，电子流走过的距离就是波长。
显然，电子流在这段时间内，走过的距离恰好是金属棒长度的两倍。
所以，这种金属棒常称为半波振子。
半波振子上电子流的很高频率的电振荡，会在空间激发出频率相同的无线电波，它以光速飞快地离开振子向四面八方飞逝而去；半波振子是雷达向空间发射无线电波的器件。
因为半波振子能向空间发射无线电波，所以有时把它称为辐射器。
（二）发射机半波振子中电子流的来回振荡会遇到阻力，要是不给它供给能量，使其克服各种阻力，这种振荡很快就会停止下来。
所以雷达中有一部机器，它能驱使半波振子上电子流的振荡按照我们的需要，强有力进行，这种机器叫雷达发射机，是半波振子的能源。
雷达发射机供给半波振子以高频率电振荡的能量，半波振子在空间激起无线电波。
一旦关断雷达发射机，半波振子也就停止向空间发射无线电波了。
所以控制发射机通断，就可以控制向空间发射无线电波。
第9章 电子系统设计系统设计
系统需要对外进行数据通信，可采用RS-485进行通信， 电路如图9-5所示。
第9 章 系 统 设 计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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图9-5 通信电路
第9 章 系 统 设 计
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5．报警电路
系统要求具有声光报警功能，该部分电路简单，如图 9-6所示。
第9 章 系 统 设 计
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图9-6 报警电路
第9 章 系 统 设 计
由表9-1可知，拉压传感器工作可靠，检测相对准确，
但其致命的缺点是寿命短、抗震能力差，由于车上使用环 境恶劣，故不能采用。霍尔传感器在汽车上应用较多，经
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过了时间的验证可靠性较高，但其感应范围只是一个点(贴
磁片的点)，超载检测传感器需要的感应范围是一条线，故 也不能采用。膜片式应变片传感器本身检测比较精确，对 安装要求较高，操作简单，因是宽测量范围的压力传感器 等原因而被选用。光电传感器本身检测精确，但由于车辆 运行的环境比较差，泥水灰尘会造成其光线被遮挡而系统 误启动，故不予采用。
第9 章 系 统 设 计
所以，本系统采用膜片式应变片制成的集成压力传感
器，该传感器出厂之前已有厂家校准，只需提供 +12 V电 源，传感器即可输出与压力呈线性关系的电压信号。
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第9 章 系 统 设 计
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3．单片机选用方案的确定
本书采用MSP430系列单片机讲解程序的设计。由于本 设计要求单片机具有A/D转换模块、通信模块和至少4组I/O 口，因此选用MSP430F135单片机。
第9 章 系 统 设 计
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图9-11 温度、压力测量流程图
第9 章 系 统 设 计
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3．电机驱动模块程序设计
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章ppt课件
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图6.4 机载雷达下视模式的主波束杂波区
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图6.5 辐射区的概念
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由图6.5知，杂波区域的面积Ac
雷达从该杂波区接收到的杂波功率是
(6.2.7)
2精5选ppt
(6.2.8)
25
其中，Pt是峰值发射功率，G是天线增益，λ是波长，σc ＝σ0Ac为该杂波的RCS，下标c表示区域杂波。而从该区域接 收到一个RCS为σt的目标的回波功率为
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6.2 雷达杂波
杂波被用来描述这样一类物体，即能够产生干扰雷达正 常工作的非期望信号的雷达回波。通过天线主瓣进入雷达的 寄生回波称为主瓣杂波，否则称为旁瓣杂波。
精8 选ppt
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杂波通常分为两大类：面杂波和体杂波。面杂波包括树木、 植被、地表、人造建筑及海表面等散射的回波。体杂波通常 指具有较大范围(尺寸)的云雨、鸟及昆虫等，一般教科书上 也将金属箔条看做体杂波。
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图6.7 地基雷达杂波几何图(侧视图和下视图)
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由图6.7可以导出如下关系：
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(6.2.12) (6.2.13) (6.2.14)
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其中，ΔR是雷达距离分辨率，斜距R在地面的投影为
(6.2.15) 因此，主瓣和旁瓣对应的杂波区的面积为
(6.2.16)
雷达的杂噪比CNR为
(6.2.23)
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［例6-2］ MATLAB函数“clutter_rcs.m”：画出杂波 RCS和CNR与雷达斜距之间的关系图，其输出包括杂波 RCS(dBsm)和CNR(dB)。函数调用如下：
雷达系统设计与模拟
雷达系统设计与模拟雷达系统是一种利用电磁波来侦测物体并获得其位置、速度、大小和形状等信息的技术。
它在国防、交通、气象、地质勘探等领域有着广泛的应用。
为了更好地发挥雷达系统的作用，需要对其进行设计和模拟。
一、设计雷达系统的基本原理和步骤设计雷达系统需要首先了解其基本原理，即雷达利用电磁波与物体相互作用后，记录反射回波的时间、频率、强度等信息，从而获得物体的位置和速度等参数。
在此基础上，雷达系统的设计步骤如下：1.确定应用领域和任务需求：不同的领域和任务对雷达的性能和参数有不同的需求。
比如，军用雷达需要具有抗干扰能力和隐身侦测能力；民用雷达需要具有高精度和高灵敏度等特点。
2.确定设计参数：根据任务需求，确定雷达系统的频率、功率、天线、接收机等参数。
3.进行模拟仿真：利用仿真软件建立雷达系统模型，模拟雷达信号的传播和物体的反射。
通过仿真分析，优化雷达系统的性能和参数。
4.设计实验验证：对设计完成的雷达系统进行实验验证，验证其性能和参数是否符合预期。
二、雷达系统模拟的方法和技术雷达系统的模拟是指通过计算机软件模拟雷达信号的传播和反射等过程，从而预测雷达的性能和参数，并对其进行优化。
常用的雷达系统模拟方法和技术包括：1.有限差分时间域（FDTD）方法：FDTD方法是一种数值求解电磁场方程的方法，可以用于模拟雷达信号的传播和反射等过程。
它具有计算精度高、能耗低等优点。
2.物理光学（PO）方法：PO方法是一种基于物理光学理论的模拟方法，将电磁波视为光线，通过反射和折射等过程来预测雷达信号的传播和反射。
它具有计算速度快、适用于大尺寸目标等优点。
3.射线追踪（RT）方法：RT方法是一种基于几何光学理论的模拟方法，将电磁波视为射线，通过反射和折射等过程来预测雷达信号的传播和反射。
它具有计算快速、适用于多目标同时反射等优点。
三、雷达信号处理的方法和技术除了设计和模拟雷达系统外，还需要对雷达信号进行处理，以获得目标的位置、速度、大小和形状等信息。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章
(6.2.6)
18
其中，Sstate为海情，海情包括海浪高度、周期、长度、 海流速度和风速等。例如，Sstate＝3表示中等海情，在这种海 情下，浪高大约在0.9144~1.2192 m，海浪的周期为6.5~4.5 s， 波浪的长度为1.9812~33.528 m，浪速为20.372~25.928 kmh， 风速为22.224~29.632 kmh。
根据雷达方程，在距离为R处的目标，雷达SNR为
(6.2.22)
36
其中，Pt是峰值发射功率，G是天线增益，λ是波长，σt 是目标RCS，k是波尔兹曼常数，T0是标准噪声温度，B是雷 达工作带宽，F是噪声系数，L是总的雷达损耗。
雷达的杂噪比CNR为
(6.2.23)
37
［例6-2］ MATLAB函数“clutter_rcs.m”：画出杂波 RCS和CNR与雷达斜距之间的关系图，其输出包括杂波 RCS(dBsm)和CNR(dB)。函数调用如下：
14
图6.2 杂波散射系数与擦地角的关系示意图
15
低擦地角的范围从0到临界角附近。临界角是由瑞利 (Rayleigh)定义为这样的一个角度：低于此角的表面被认为是 光滑的；高于此角的表面即可认为是粗糙的；在高擦地角区， σ0随擦地角增大的变化较大。设表面高度起伏的均方根值为 hrms，根据瑞利准则，当式(6.2.2)满足时可认为表面是平坦的， 即
40
图6.8 杂波RCS和CNR与斜距的关系图
41
6.2.2 体杂波
体杂波具有较大的范围，包括云雨、金属箔条、鸟群和 昆虫等的散射回波。体杂波散射系数通常用单位体积分辨单 元内的RCS平方米的dB数表示(dBm2m3)。鸟、昆虫及其它飞 行生物的回波被称为仙波(angel clutter)或生物杂波(biological clutter)。
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其中，Sstate为海情，海情包括海浪高度、周期、长度、 海流速度和风速等。例如，Sstate＝3表示中等海情，在这种海 情下，浪高大约在0.9144~1.2192 m，海浪的周期为6.5~4.5 s， 波浪的长度为1.9812~33.528 m，浪速为20.372~25.928 kmh， 风速为22.224~29.632 kmh。
根据雷达方程，在距离为R处的目标，雷达SNR为
(6.2.22)
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其中，Pt是峰值发射功率，G是天线增益，λ是波长，σt 是目标RCS，k是波尔兹曼常数，T0是标准噪声温度，B是雷 达工作带宽，F是噪声系数，L是总的雷达损耗。
雷达的杂噪比CNR为
(6.2.23)
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［例6-2］ MATLAB函数“clutter_rcs.m”：画出杂波 RCS和CNR与雷达斜距之间的关系图，其输出包括杂波 RCS(dBsm)和CNR(dB)。函数调用如下：
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图6.2 杂波散射系数与擦地角的关系示意图
15
低擦地角的范围从0到临界角附近。临界角是由瑞利 (Rayleigh)定义为这样的一个角度：低于此角的表面被认为是 光滑的；高于此角的表面即可认为是粗糙的；在高擦地角区， σ0随擦地角增大的变化较大。设表面高度起伏的均方根值为 hrms，根据瑞利准则，当式(6.2.2)满足时可认为表面是平坦的， 即
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图6.8 杂波RCS和CNR与斜距的关系图
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6.2.2 体杂波
体杂波具有较大的范围，包括云雨、金属箔条、鸟群和 昆虫等的散射回波。体杂波散射系数通常用单位体积分辨单 元内的RCS平方米的dB数表示(dBm2m3)。鸟、昆虫及其它飞 行生物的回波被称为仙波(angel clutter)或生物杂波(biological clutter)。
现代雷达系统分析与设计第10章
阵列天线按场源分布方式，可分为离散元阵列和连续元阵 列。按天线阵元的排列方式可分为线阵、平面阵和立体阵。将 各阵元排列在一直线上称为直线阵，也可排列在一平面或立体 空间中，则分别称为平面阵或立体阵(如球面阵)。线阵的原理 比较简单且常用，故先介绍线阵天线，再分析平面阵列天线的 性能。
10
11
10.2.1线阵天线的方向图函数
25
阵列主波束可通过改变每个阵元的电流相位来进行电子扫 描。如图10.5所示，它可看成是为满足一定副瓣要求所需的天
线口径分布的幅度加权系统，激励电流的相位iΔjB可看成是为
获得波束扫描所需的相位加权值，即天线阵内移相器的移相值。 由式(10.2.7)，在假定单元方向图为各向同性条件下，可得这一 线阵方向图函数F(θ)为
40
3.天线波束的副瓣位置
根据式(10.2.15)，当分子中正弦函数取1，即角度为π2的 整数倍时，出现主瓣或副瓣峰值，其中线阵天线的副瓣位置取 决于下式：
由此可知，第l个副瓣位置θl为
41
(10.2.22) (10.2.23)
再由式(10.2.14)可得第l个副瓣电平
(10.2.24) 若用波束主瓣电平N进行归一化，则当l＝1时，第一副瓣 电平为－13.2 dB；l＝2时，第二副瓣电平为－17.9dB。可见副 瓣电平太高，为了降低发射的副瓣功率，通常对每个阵元的激 励信号进行幅度加权。而在接收数字波束形成过程中，利用加 窗来降低副瓣电平。
28
对于无方向性天线单元(ai＝1)的均匀分布阵列，即口径分 布均匀或均匀照射，则由式(10.2.12)得
(10.2.13)
29
式中X＝κdsinθ－sinθB。上式取绝对值后，可得波束指向 为θB时等距线阵的幅度归一化方向图函数为
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10.2.1线阵天线的方向图函数
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阵列主波束可通过改变每个阵元的电流相位来进行电子扫 描。如图10.5所示，它可看成是为满足一定副瓣要求所需的天
线口径分布的幅度加权系统，激励电流的相位iΔjB可看成是为
获得波束扫描所需的相位加权值，即天线阵内移相器的移相值。 由式(10.2.7)，在假定单元方向图为各向同性条件下，可得这一 线阵方向图函数F(θ)为
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3.天线波束的副瓣位置
根据式(10.2.15)，当分子中正弦函数取1，即角度为π2的 整数倍时，出现主瓣或副瓣峰值，其中线阵天线的副瓣位置取 决于下式：
由此可知，第l个副瓣位置θl为
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(10.2.22) (10.2.23)
再由式(10.2.14)可得第l个副瓣电平
(10.2.24) 若用波束主瓣电平N进行归一化，则当l＝1时，第一副瓣 电平为－13.2 dB；l＝2时，第二副瓣电平为－17.9dB。可见副 瓣电平太高，为了降低发射的副瓣功率，通常对每个阵元的激 励信号进行幅度加权。而在接收数字波束形成过程中，利用加 窗来降低副瓣电平。
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对于无方向性天线单元(ai＝1)的均匀分布阵列，即口径分 布均匀或均匀照射，则由式(10.2.12)得
(10.2.13)
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式中X＝κdsinθ－sinθB。上式取绝对值后，可得波束指向 为θB时等距线阵的幅度归一化方向图函数为
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第7章
(2)欺骗性干扰，是指使敌方电子 设备或操作人员对所接收的信号真假 难辨，以至产生错误判断和错误决策 的干扰。欺骗干扰的方式隐蔽、巧妙 ，且多种多样。欺骗干扰效果示意图 如图7.2所示。
• 图7.2 欺骗干扰效果示意图
的空间位置关系。按照雷达、目标、
干扰机的空间位置关系，可将干扰信 号分为远距离支援干扰(SOJ)、随队 干扰(ESJ)、自卫干扰(SSJ)和近距离 干扰(SFJ)。
备简单。此外，由于其Bj宽，便于同 时干扰频率分集雷达、频率捷变雷达
和多部不同工作频率的雷达。其缺点
是在Br内的干扰功率密度低。
成周期性间断的强干扰，扫频范围较 宽，也能干扰频率分集雷达、频率捷 变雷达和多部不同工作频率的雷达。
扫频式干扰的扫频频率(或扫频速 率)应大于雷达的脉冲重复频率。同时 ，考虑到雷达系统的反应时间，扫频 速度不能过快，即干扰频带扫过接收 机带宽的时间应大于或等于接收机的 响应时间(约等于接收机带宽的倒数) 。
实施无源干扰。出于自身安全的考虑 ，进入危险区域时的ESJ常由无人驾 驶飞行器担任。
近距离干扰(SFJ)：干扰机到雷达 的距离领先于雷达到目标的距离，通 过辐射干扰信号掩护后续目标。由于 距离领先，干扰机可获得宝贵的预先 引导时间，使干扰信号频率对准雷达 频率，主要采用遮盖性干扰。距离越 近，进入雷达接收机的干扰能量越强 。由于自身安全难以保障，SFJ主要 由投掷式干扰机和无人驾驶飞行器担 任。
干扰严重影响雷达的工作，主要 体现在
(1)使雷达接收机饱和，妨碍雷达 正常工作；
(2)极大地降低雷达的威力范围；
特征，然后介绍雷达的常用抗干扰措 施。重点介绍抗干扰的信号处理方法( 如旁瓣对消、旁瓣匿隐等)及其性能； 简单介绍频率捷变抗干扰技术。最后 介绍反舰导弹末制导雷达基于谱特征 的箔条干扰识别方法。
• 图7.2 欺骗干扰效果示意图
的空间位置关系。按照雷达、目标、
干扰机的空间位置关系，可将干扰信 号分为远距离支援干扰(SOJ)、随队 干扰(ESJ)、自卫干扰(SSJ)和近距离 干扰(SFJ)。
备简单。此外，由于其Bj宽，便于同 时干扰频率分集雷达、频率捷变雷达
和多部不同工作频率的雷达。其缺点
是在Br内的干扰功率密度低。
成周期性间断的强干扰，扫频范围较 宽，也能干扰频率分集雷达、频率捷 变雷达和多部不同工作频率的雷达。
扫频式干扰的扫频频率(或扫频速 率)应大于雷达的脉冲重复频率。同时 ，考虑到雷达系统的反应时间，扫频 速度不能过快，即干扰频带扫过接收 机带宽的时间应大于或等于接收机的 响应时间(约等于接收机带宽的倒数) 。
实施无源干扰。出于自身安全的考虑 ，进入危险区域时的ESJ常由无人驾 驶飞行器担任。
近距离干扰(SFJ)：干扰机到雷达 的距离领先于雷达到目标的距离，通 过辐射干扰信号掩护后续目标。由于 距离领先，干扰机可获得宝贵的预先 引导时间，使干扰信号频率对准雷达 频率，主要采用遮盖性干扰。距离越 近，进入雷达接收机的干扰能量越强 。由于自身安全难以保障，SFJ主要 由投掷式干扰机和无人驾驶飞行器担 任。
干扰严重影响雷达的工作，主要 体现在
(1)使雷达接收机饱和，妨碍雷达 正常工作；
(2)极大地降低雷达的威力范围；
特征，然后介绍雷达的常用抗干扰措 施。重点介绍抗干扰的信号处理方法( 如旁瓣对消、旁瓣匿隐等)及其性能； 简单介绍频率捷变抗干扰技术。最后 介绍反舰导弹末制导雷达基于谱特征 的箔条干扰识别方法。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章
43
对散射特性处于瑞利区的雨滴，可以用理想小球的瑞利近似 式来估计雨滴的RCS。若不考虑传播媒介的折射系数，雨滴 的RCS的瑞利近似为
(6.2.24) 其中，k＝2π/λ，r为雨滴的半径。 设η为每单位体积的RCS，它可用单位体积内所有独立散 射体RCS的和来进行计算，
如前所述，金属箔条是敌方的一项ECM技术。它由大量 具有大的RCS值的偶极子反射体组成。
42
早期的金属箔条由铝箔组成，然而近年来，多数金属箔条由 表面具有导电性且刚性更好的玻璃纤维构成。当偶极子反射 体长度L是雷达波长的一半时，由于谐振效应使得金属箔条 具有非常大的RCS值。
气象或雨杂波要比金属箔条杂波更容易抑制，因为雨滴 可以被认为是理想的小球。
(6.2.6)
18
其中，Sstate为海情，海情包括海浪高度、周期、长度、 海流速度和风速等。例如，Sstate＝3表示中等海情，在这种海 情下，浪高大约在0.9144~1.2192 m，海浪的周期为6.5~4.5 s， 波浪的长度为1.9812~33.528 m，浪速为20.372~25.928 kmh， 风速为22.224~29.632 kmh。
19
图6.3 粗糙表面的定义
20
在低擦地角的杂波一般称为漫散射杂波，在此区域的雷 达波束内有大量的杂波回波(非相干反射)。在平坦区域，σ0和 擦地角的依赖关系较小；而在高擦地角区域，杂波更多的是 镜面反射(相干反射)，此时漫散射杂波成分消失，这与低擦 地角情形正好相反。
21
1.机载雷达区域杂波的雷达方程
28
图6.6 地基雷达杂波几何关系图
29
为了计算式(6.2.11)给出的总的杂波的RCS，首先需要分 别计算主瓣和旁瓣对应的杂波区域的面积。为了便于计算， 设几何关系如图6.7所示。角度θA和θE分别表示方位和垂直维 的3 dB波束宽度；雷达高度(从地面到天线相位中心)由hr表示， 目标高度由ht表示；目标斜距是R，其在地面上的投影为Rg； 距离分辨率是ΔR，其在地面的投影为ΔRg；主瓣杂波区的面 积由AMBc表示，旁瓣杂波区的面积由ASLc表示。
对散射特性处于瑞利区的雨滴，可以用理想小球的瑞利近似 式来估计雨滴的RCS。若不考虑传播媒介的折射系数，雨滴 的RCS的瑞利近似为
(6.2.24) 其中，k＝2π/λ，r为雨滴的半径。 设η为每单位体积的RCS，它可用单位体积内所有独立散 射体RCS的和来进行计算，
如前所述，金属箔条是敌方的一项ECM技术。它由大量 具有大的RCS值的偶极子反射体组成。
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早期的金属箔条由铝箔组成，然而近年来，多数金属箔条由 表面具有导电性且刚性更好的玻璃纤维构成。当偶极子反射 体长度L是雷达波长的一半时，由于谐振效应使得金属箔条 具有非常大的RCS值。
气象或雨杂波要比金属箔条杂波更容易抑制，因为雨滴 可以被认为是理想的小球。
(6.2.6)
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其中，Sstate为海情，海情包括海浪高度、周期、长度、 海流速度和风速等。例如，Sstate＝3表示中等海情，在这种海 情下，浪高大约在0.9144~1.2192 m，海浪的周期为6.5~4.5 s， 波浪的长度为1.9812~33.528 m，浪速为20.372~25.928 kmh， 风速为22.224~29.632 kmh。
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图6.3 粗糙表面的定义
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在低擦地角的杂波一般称为漫散射杂波，在此区域的雷 达波束内有大量的杂波回波(非相干反射)。在平坦区域，σ0和 擦地角的依赖关系较小；而在高擦地角区域，杂波更多的是 镜面反射(相干反射)，此时漫散射杂波成分消失，这与低擦 地角情形正好相反。
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1.机载雷达区域杂波的雷达方程
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图6.6 地基雷达杂波几何关系图
29
为了计算式(6.2.11)给出的总的杂波的RCS，首先需要分 别计算主瓣和旁瓣对应的杂波区域的面积。为了便于计算， 设几何关系如图6.7所示。角度θA和θE分别表示方位和垂直维 的3 dB波束宽度；雷达高度(从地面到天线相位中心)由hr表示， 目标高度由ht表示；目标斜距是R，其在地面上的投影为Rg； 距离分辨率是ΔR，其在地面的投影为ΔRg；主瓣杂波区的面 积由AMBc表示，旁瓣杂波区的面积由ASLc表示。
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元相比较，目标具有小的尺寸，目标本身的散射特点不能分辨
出来。分布式散射体或目标的尺寸比雷达分辨单元大，从而使 各个散射体得以辨认。雷达的分辨能力通常(但不总是)决定着
目标是当作点目标还是当作分布式目标来考虑。一个复杂的目
标含有多个散射体，复杂的散射体可以是点散射体也可以是分 布式散射体。
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1.点目标的测量
进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于
导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据 率通常在每秒10次以上。
5
(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主 要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空 域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫 描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT 低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般 能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天 线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。 (3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标
就点目标而言，只进行一次观察就可做出的基本雷达测量 包括距离测量、径向速度测量、方向(角度)测量和特殊情况下 的切向速度测量。 (1)距离测量。第1章中曾提到距离是根据雷达信号到目标
的往返时间TR获得的，即距离R＝cTR /2。远程空中监视雷达的
距离测量精度可达几十米，但采用精密系统可达几厘米的精度 雷达按信号所占据的谱宽进行测量是精确距离测量所要求的基
仰角和速度，然后利用这些参数进行滤波，实现对目标的跟踪，
同时还可以预测它们下一时刻的值。
2
参数测量精度是一个重要的性能指标，在某些雷达(如精 密测量、火控跟踪和导弹制导等雷达)中测量精度是关键指标。 测量精度表明雷达测量值和目标实际值之间的偏差(误差)大小， 误差越小则精度越高。影响一部雷达测量精度的因素是多方面 的，例如不同体制雷达采用的测量方法不同，雷达设备各分系 统的性能差异，以及外部电波的传播条件等。混杂在回波信号 中的噪声和干扰是限制测量精度的基本因素。 目标的信息包含在雷达的回波信号中。在一般雷达中，对
本资源，带宽越宽，距离测量越精确。
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(2)角度测量。几乎所有雷达都使用具有较窄波束宽度的定 向天线。定向天线不仅提供大的发射增益和检测微弱回波信号 所需要的较大接收天线孔径，而且窄的波束宽度能够使目标的 方向得以精确确定，接收回波信号最大时的波束指向就是目标 所在方向。典型的微波雷达有一度或几度的波束宽度，有的甚 至仅为零点几度的波束宽度。波束宽度越窄，天线所要求的机 械和电气容差就越小。测角精度与天线的电气尺寸(用波长衡 量的尺寸)有关。测角精度一般远好于波束宽度。在可靠检测
所要求的典型信噪比条件下，目标的测角精度大约为1/10个波
束宽度。如果信噪比足够大并且尽可能地使误差最小，则用于 靶场测量的单脉冲雷达的测角精度可达0.1毫弧度(0.006°)。
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(3)径向速度测量。在许多雷达中，速度的径向分量根据距 离的变化率来获得。但是这种求距离变化率的方法在这里并不 作为基本雷达测量来考虑。多普勒频率是获得径向速度的基本 方法。多普勒频率fd与径向速度vr的经典表达式
的情况下，这种跟踪方式通过快速扫描有限的角度扇区来维持
对目标的跟踪，并提供中等的数据率。这种跟踪方式已广泛应 用于防空雷达、飞机着陆雷达、机载火控雷达，以保持对多目
标的跟踪。
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(4)相控阵跟踪雷达。电子扫描的相控阵雷达能对大量目标 进行跟踪，具有较高的数据率。在计算机的控制下，以时分的 方式对不同波位多批次目标进行跟踪。因为电扫描阵列的波束 能够在几微秒的时间内从一个方向快速切换到另一个方向，特 别适合对多批次目标的跟踪，所以在宙斯顿和爱国者等防空武 器系统中均采用了相控阵跟踪雷达。 跟踪雷达主要包括距离跟踪、角度跟踪，有的甚至包括多 普勒跟踪。本章首先介绍雷达测量的基本原理；然后重点阐述
角度测量与跟踪；接着讨论距离测量、多普勒测量；最后讨论
多目标的跟踪问题。
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9.2 雷达测量基础
雷达通过比较接收回波信号和发射信号来获取目标的信息。 本节先介绍雷达测量的基本物理量，然后介绍雷达测量的理论
精度和基本测量过程。
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9.2.1 雷达测量的基本物理量
雷达可以获得目标的距离、方位、仰角等信息，在一定时 间内对运动目标进行多次观察后还可以获得目标的航迹或轨道。 本节先把目标作为点散射体，然后针对分布式散射体目标，来 讨论可以获得的目标有用信息。点散射体或点目标是与分辨单
第9章 参数测量与跟踪雷达
9.1 概述 9.2 雷达测量基础 9.3 角度测量与跟踪 9.4 距离测量与跟踪 9.5 多普勒测量 9.6 多目标跟踪 9.7 MATLAB程序和函数列表
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9.1 概 述
雷达的基本任务是检测目标并测量出目标的参数(位置坐 标、速度等)。现代雷达还逐步从回波中提取诸如目标形状、 运动状态等信息。跟踪雷达系统用于测量目标的距离、方位、
为干扰。由于噪声或干扰的影响，测量参量β会产生误差而不
能精确地测定，因而只能是估计。因此，从雷达中提取目标信 息的问题就变为一个统计参量估计的问题。对于接收到的观测
信号x(t)，应当怎样对它进行处理才能对参量β尽可能精确的估
计，这就是估计理论的任务。
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当雷达连续观测目标一段时间(通常取3个扫描周期)后，雷 达就能检测出目标的航迹，然后对该航迹进行滤波并保持对目 标的跟踪。在军用雷达中，负责目标跟踪的有制导雷达、火控 雷达和导弹制导等测量与跟踪雷达。事实上，如果不能对目标 进行正确的跟踪也就不可能实现导弹的制导。对民用机场交通 管制雷达系统来说，目标跟踪是控制进港和出港航班的常用方 法。跟踪雷达主要有四种类型： (1)单目标跟踪(STT)雷达。这种跟踪雷达用来对单个目标
理想的目标模型，目标相对于雷达的距离表现为回波相对于发
射信号的时延；
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而目标相对于雷达的径向速度则表现为回波信号的多普勒频移 等。由于目标回波中总是伴随着各种噪声和干扰，接收机输入 信号可写为
x(t)＝s(t；β)＋n(t)＋c(t)
式中s(t；β)为包含未知参量β的回波信号，n(t)是噪声，c(t)