雷达原理复习总结.doc

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
ρr=cτ2
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。
优点：简单、廉价、高效；
缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；
主振放大式：
固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。
优点：复杂波形，稳定度高，相干处理
缺点：系统复杂、昂贵
第三章（重点）
1、接收机的基本概念
接收机的任务
通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。
超外差接收机概念
将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，这称为外差式接收。得到的中频信号再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到视频信号。
接收机主要组成部分

接收机主要质量指标
灵敏度Si min、接收机的工作频带宽度、动态范围、中频的选择和滤波特性、工作稳定度和频率稳定度、抗干扰能力、微电子化和模块化结构
2、接收机的噪声系数（重点）
噪声系数、噪声温度的定义
噪声系数：接收机输入端信号噪声比和输出端信号噪声比的比值。实际接收机输出的额定噪声功率与“理想接收机”输出的额定噪声功率之比。
噪声温度：温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”
级联电路的噪声系数
两级电路级联时接收机总噪声系数

噪声系数、噪声温度的计算。
噪声系数：

式中, Si为输入额定信号功率; Ni为输入额定噪声功率(Ni =kT0Bn); So为输出额定信号功率; No为输出额定噪声功率。
噪声温度
NA=kTABn
3、匹配滤波
高斯白噪声背景下，使输出信噪比达到最大化的最优滤波器是匹配滤波器
4、自动增益控制方式
自动增益控制
跟踪雷达中获得归一化角误差信号。
瞬时自动增益控制
防止等幅波干扰、宽脉冲干扰和低频调幅波干扰等引起的中频放大器过载。
近程增益控制
防止近程杂波干扰引起的中频放大器过载。
第四章
1、雷达终端显示器的的任务
雷达终端显示器用来显示雷达所获得的目标信息和情报，包括目标的位置及其运动情况，目标的各种特征参数等。
2、显示器的主要类型
距离显示器、平面显示器、高度显示器、情况显示器和综合显示器、光栅扫描显示器
3、距离显示器和平面位置显示器（了解）
距离显示器是一维空间显示器，显示目标的斜距坐标。用光点在荧光屏上偏转的幅度来表示目标回波的大小。属于偏转调制显示器。
平面显示器是二维显示器，显示目标的斜距和方位两个坐标。采用平面上的亮点位置来表示目标的坐标，属于亮度调制显示器。
第五章（重点）
1、雷达方程
公式

雷达方程中的不确定量
① 设备的实际损耗和环境因素
② 目标的雷达散射截面积σ
③ 最小可检测信号功率 Smin

最大作用距离与各因素的关系

2、最小可检测信号
最小可检测信号

门限检测
纽曼-皮尔逊准则：在给定信噪比条件下，满足一定虚警概率，使发现概率最大。
发现概率和虚警概率与门限电平的关系
1.虚警概率（门限）一定时，信噪比越大，发现概率越大。
2.信噪比一定时，虚警概率越小，发现概率越小；虚警概率越大，发现概率越大。
3.检测概率为50%时对应的信噪比仍然较高。信噪比对发现概率的影响较大。
5.当检测概率较高时，检测所要求的信噪比对虚警时间的依赖关系不灵敏。
3、脉冲积累对信噪比的影响
检波前积累（相参积累）：M个等幅相参脉冲积累可以使信噪比提高为原来的M倍。
检波后积累（非相参积累，视频积累）： M个等幅脉冲积累可以使信噪比改善M-M1/2。
4、目标的雷达散射截面积(RCS)
雷达横截面积与那些因素有关

与波长的关系是怎样的

雷达RCS模型（分类依据）

第六章
1、目标距离测量的方法有哪些
脉冲法测距、调频法测距
2、脉冲法测距
人工测距（早期雷达）：在显示器画面上根据扫掠量程和回波脉冲位置直接测距。
自动测距（现代雷达）：采用电子设备自动地测读回波到达的延迟时间。类似于距离坐标的录取设备。

3、解决距离模糊的方法有哪些

4、自动距离跟踪
电移动指标自动地跟踪目标回波并连续地给出目标距离数据。
整个自动测距系统应包括对目标的搜索, 捕获和自动跟踪三个互相联系的部分。
第七章
1、测角的物理基础
电波直线传播、天线的方向性
2、测角的方法
掌握测角分为哪几类，了解各类测角方法的基本原理
振幅法
利用天线收到的回波信号的幅度值
最大信号法：收到回波最强的方向为目标方向
等信号法：测角采用两个相同且彼此部分重叠的波束，通过比较两个波束回波的强弱判断目标偏离等信号轴的方向和角度。
相位法
利用多个天线所接收回波之间的相位差进行测角。
3、天线波束扫描的方法
分为哪两类
机械扫描、电扫描（相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法）
各有什么优缺点
电扫描：
无惯性限制、扫描速度快，波束控制灵活；
扫描过程中波束展宽，天线增益减小，扫描角度范围有限；
天线系统复杂。
机械扫描：
简单、机械运动惯性大。扫描速度不高
4、相位扫描法的特点
栅瓣问题如何解决

波束宽度有何特点
随着扫描角度增大，波束展宽，天线增益下降。
同相馈电阵列天线有效长度Nd cos θ0，相比法线方向减小。
第八章
1、多普勒频率的概念
定义：发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收的信号频率会发生变化。
窄带信号的多普勒效应。

多普勒频率的特征：处于音频范围，正负取决于目标接近还是远离雷达。
采用差拍的方法提取多普勒频率: fd=fr-ft .
2、盲速、频闪
当雷达处于脉冲工作状态时，会出现盲速和频闪。
盲速：目标有一定的径向速度，但若其回波信号经过相位检波后，输出为一串等幅脉冲，即与固定目标回波相同，此时的目标速度成为盲速。
频闪：相位检波器输出的回波信号包络调制频率与目标径向速度不再保持正比关系，此时将产生测速模糊。
3、动目标显示雷达的工作原理
对消静止目标原理
在相位检波器的输入端加上基准电压(或称相参电压), 该电压应和发射信号频率相参并保存发射信号的初相, 且在整个接收信号期间连续存在。回波信号与基准电压比较相位，从相位检波器输出视频脉冲, 有固定目标的等幅脉冲串和运动目标的调幅脉冲串。在送到终端(显示器或数据处理系统)去之前需要采用相消设备或杂波滤波器,将固定杂波消去, 而保存运动目标信息。
4、动目标显示雷达的改善因子(定义)
改善因子（I, Improvement factor）
动目标显示系统输出的信号杂波输出功率比和输入信号杂波功率比的比值。
作业题
第一章
1、
(a) 要获得100公里的最大不模糊距离，雷达的脉冲重复频率应是多少？
(b) 当目标处于最大不模糊距离上，则雷达信号往返的时间是多长？
(c) 如果雷达的脉冲宽度是1.5us, 则在距离坐标上脉冲能量在空间的范围是多少？
(d) 两个相等尺寸的目标如果要被1.5us的脉冲宽度完全分辨出来，则二者必须相距多远？
(e) 这部雷达的占空因子是多少？
2、装在汽车上的雷达，用来确定在其正前方行驶的车辆的距离。雷达的工作频率为10G，脉冲宽度为10ns(1ns=1000us)，最大作用距离为150m.
(a) 对应于150m最大不模糊距离的脉冲重复频率是多少？
(b) 距离分辨力是多少？
(c) 如果天线波束宽度为6度，则在150m距离上，横向距离（方位）分辨力是多少？
(d) 设天线增益G=30dB，最小可检测信号为5*10^(-13)W，则能够检测150m距离上雷达横截面积为10m^2目标所需要的发射功率是多少？
第二章
1. 雷达发射机的分类和主要技术参数指标有哪些？
2. 机载多普勒雷达为什么一定要用主振放大式发射机？
3. 雷达系统中应用固态发射机有何特点？
第三章
1.某接收机的带宽Bn=500KHz，增益为20dB ， 噪声系数为3分贝(dB)。则接收机内部噪声在输出端呈现的额定功率△N是多少？接收机的等效噪声温度Te是什么？(k=1.38*10^(-23) J/K,T0=290K)
2.某接收机的线性部分由传输线、变频器和中频放大器三部分组成。前两部分的额定功率增益分别是G1=0.82，G2=0.2，后两部分的噪声系数分别是F2=6，F3=3。试求总噪声系数。
第五章
1、雷达带宽B=50kHz,平均虚警时间为10分钟，则该雷达的虚警概率是多少？虚警总数又是多少？
2、已知某雷达主要参数：发射功率5MW,天线增益30dB,接收机灵敏度为-90dBmW. 该雷达针对某目标的理论作用距离为200km. 如果想要将该雷达作用距离提高一倍，仅靠增加雷达发射机功率，发射机功率需为多少？如果仅采取提高接收机灵敏度，则接收机灵敏度应为多少？
第六章
１. 测定目标回波延迟时间的方法主要有哪几种？
２. 脉冲雷达的最小可测距离为多少；最大单值测距范围由什么决定?
３. 脉冲雷达存在测距模糊时，常用的解模糊方法有哪些？
４. 试述雷达自动距离跟踪系统的工作原理。
第七章
1、雷达测角的物理基础是什么？
2、测角的方法可以分为哪两种？
3、雷达天线波束扫描的方法有哪些，各有什么优缺点？