物理论文惠更斯原理在雷达中的应用省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,惠更斯原理在雷达中应用,-,相位控制雷达原理,PB04203157 车韶,第1页,雷达,雷达利用电磁波探测目标并测定其位置、速度和其它特征电子设备。雷达含有发觉目标距离远、测定目标坐标速度快、能全天候工作等特点，在军事上广泛应用于警戒、引导、武器控制、侦察、测量、航行保障、敌我识别和气象观察等方面，是一个主要军用电子技术装备。雷达在国民经济和科学研究等领域中也广泛应用。,相控阵雷达,(全称相位控制阵列雷达,Phased Array Radar):,雷达分类方式很多,这里说相控阵雷达是按雷达天线波束扫描控制方式分类一个雷达.,它产生较晚,最初由美国于1958年开始研制.但因为它很好地处理了波束聚集和扫描跟踪问题,并含有反应时间短优点,正越来越多地被人们所认同.,相控阵雷达原理能够用我们学过,惠更斯原理,来解释.,第2页,雷达工作原理,工作原理雷达通常是经过向空间,发射电磁波,和接收目标回波信号进行工作。当雷达发射电磁波碰到各种物体时，就会向各个方向产生散射，其中一小部分能量返回雷达，这种反射波称为回波。从所要探测目标反射回波，称为目标信号；从非需要目标反射回波，称为杂波,雷到达目标距离(斜距)r能够经过测定电磁波从雷到达目标，然后返回雷达所需要传输时间t来确定,目标方向(方位和仰角)是利用雷达天线定向辐射特征测定。雷达天线,把电磁波能量集聚成尖锐波束,，并使波束对目标所在区域进行扫描，回波最强时波束指向即为目标方向。,第3页,雷达工作原理要求处理两个问题：,1.把雷达发出电磁波聚集到一个窄波束上，确保其含有较大能流密度。,2.为了使雷达能探测空间各个方向上目标，就必须使波束能自由地移动，实现扫描或跟踪目标。,第4页,雷达应用时碰到主要问题,单一波源能量很小，且以球形波阵面向空间各向传输。,波在单位时间内经过某一面积S平均能量称为波经过该面平均功率,记为P.,则有P=IS I为能流密度,波源功率是对包围波源闭合曲面功率，即P=IdS,对于球面波，P=I4r,2,因为波源功率是常量，故：,I=P/4r,2,r,-2,既球面波能流密度与球形波阵面半径平方成反比，亦既与目标于雷达间距离平方成反比。,由此可知，抵达目标雷达波在单位,面积上能量与目标与雷达距离平方,成,反比,。使用普通波源时，,即使忽略能量在传输过程中损失，,也因反射信号极微弱而难以接收。,第5页,雷达应用时碰到主要问题,为增加雷达波强度，理论上能够采取方法,：,1.增加发射功率。,2.让雷达波尽可能,平行发射,以聚焦能量。,如抛物面雷达：,在抛物面焦点处安装发射天线，经抛物面反射后近似产生平行雷达波束。,抛物面雷达产生平行波束,第6页,上述方法缺点：,1.因为Ir,-2,反比关系,单纯增大发射功率对提升探测距离产生作用很小.,2.使用抛物面天线即使处理了雷达波平行发射问题,不过在实用当中,雷达波束需要时刻,指向目标,方便跟踪.所以抛物面天线必须装在能够旋转支架上,并需要伺服马达加以驱动.,在探测洲际导弹或进行卫星测控等与高速目标相关场所,往往要用较大尺寸天线,而目标相对于雷达角速度很大,所以雷达也要高速转动.天线巨大惯性会造成很多工程技术上难题.,第7页,惠更斯原理,介质中，波传输到各点不论在同一波前或不一样波前上，都,能够看作一个发射子拨波源。在,t,时刻波前上这些子,波源发出子波，经,t,时间后形成半径为,v,t,（,v,为波速）,球面，在波前进方向上，子波包迹就成为时刻,t+,t,新波前，如图所表示。,利用惠更斯原理能够由已知波前经过几何作图方法确定下,一时刻波前，从而确定拨传输方向。比如当波在均匀,各向同性介质中传输时，用上述作图法求出波前几何形,状总是保持不变。,波线,用有向线段表示波传输方向，也叫波射线。,波面,：媒质中振动相位相同各质点组成面，也叫,波阵面。,波前,：在波已传到空间区域，有一系列波面，这,些波面最前沿那一个叫做波前。,平面波,：波面是一些平面波。,球面波,：波面是一些同心球面(能够是球面一部分),第8页,相位控制阵列雷达处理方案,相位控制阵列雷达利用了惠更斯原理：,当有很多点波源而且个波源产生波频率一致时,相当于各个点波源为子波波源,，点波源以平面排列，则可产生平面波。,其原理可由图表示：,很多密集点波源相当于子波波源。以个波源为圆心取相同半径画半圆，得到各波波前。合成波波前即为各子波波前包络线，假如在单位面积里点波源数量越多，合成波波前就越靠近平面，即产生平行于雷达阵面波。所以相控阵雷达天线为平面。,（背景为美国“铺路爪”远程预警雷达，在圆形天线阵列上排列着15360个天线单元。）,第9页,相位控制阵列雷达处理方案,在处理扫描跟踪问题上，相控阵雷达有着更大优势：,如图所表示，考虑三个相邻点波源A1，A2，A3。,为了改变波束传输方向，使波线与天线阵面夹角为，,则T时刻A3，A2，A1波前分别如图所表示。合成波波前即指向方向运动。,设波源A1产生波运动方程为：,Y=Acos(t-x/c)+,0,波源A2产生波要在同一时刻抵达包络线，要求A2相位比A1大：,A2相位应为：t-（x+dcos）/c+,0,其中d为两相邻波源距离,由此可得相邻两波源相位差应为：（dcos）/c=（2dcos）/,第10页,若目标T坐标为（，r），天线阵列位于YoZ平面内。,设O点波源初相位为0，则阵面上第（m，n）号波源相位应为：,（t-x/c）+d（mcos+ncos）/c,由移相器来控制不一样天线单元相位，不用转动整个天线阵面，所以扫描速度不受到天线大小限制。,y,x,z,T,第11页,相控阵雷达含有很多优点：,相控阵雷达利用电子扫描而非机械扫描，含有灵活，快速特点。,在处理系统允许情况下，相控阵雷达能够同时形成多个独立控制波束，即将天线阵列上天线单元分成若干组，采取不一样相位以指向不一样目标。,可靠性高。天线阵列由很多单元组成，在少许单元失效时仍可正常工作。,所以，相控阵雷达是当前各国研究热门项目。它已广泛地应用于飞机，舰船以及导弹防御系统中。,美军“伯克”级驱逐舰装载相控阵雷达,美军F/A-18战斗机装载相控阵雷达,F-22战斗机雷达,美国导弹防御系统预警雷达,因为相控阵雷达原理要求其天线,阵面为平面，所以很轻易将其与普,通抛物面天线雷达相区分,第12页,题外话,年中国同以色列达成协议进口“费尔康”预警机。,以色列“费尔康”预警机是一个全新概念预警，它是以波音707民航客机为操作平台载机，更换发动机，加装以色列研制“费尔康”空中预警管制系统和其它众多电子设备而成，其关键技术为机头一侧安装相控阵雷达。,但美国出面干涉该项目，造成合作计划最终停顿。,该事件从一定侧面反应出相控阵雷达优异作战性能。,第13页,写在最终感想,相控阵雷达是当今最先进军事技术之一，而其基本原理用惠更斯原了解释起来非常简单。,在听课时以为惠更斯原理只不过是一个为了解释波传输中一些现象纯理论东西。但没有想到在实际应用中，相控阵雷达先驱者能敏锐地发觉经过改变相邻波源相位来改变合成波方向方法，在某种程度上能够说影响了当今新军事技术革命方向。,可见学习物理学理论，不单单是要掌握它基本原理，更应该能在实践中发觉它巧妙用途，从而使知识真正成为力量。,第14页,