雷达原理与系统.pptx

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,#,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,#,雷达原理与系统,西安电子科技大学电子对抗研究所,2014,年,2,月,主要内容,1,、绪论,2,、雷达发射机,3,、雷达接收机,4,、雷达终端显示器与录取设备,5,、雷达作用距离,6,、目标距离的测量,7,、目标角度的测量,8,、目标速度的测量,主要内容,9,、连续波雷达,10,、脉冲多普勒雷达,11,、相控阵雷达,12,、数字阵列雷达,13,、脉冲压缩雷达,14,、双基地雷达,15,、合成孔径雷达,1,、绪论,1.1雷达的任务,1.2,雷达的基本组成,1.3,雷达的工作频率,1.4,雷达的应用和发展,1.5,电子战和军用雷达的发展,1.1,雷达的任务,1.1.1,雷达的任务,利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务,1,、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等,2,、识别目标，确定目标性质（,F/E,，目标类型，目标形状,/,散射特性等）,1.1.2,探测与定位的坐标系,球坐标系 以雷达自身为原点,柱坐标系 以雷达自身为原点,近似（忽略曲率）转换关系：,1.1.3,基本测量原理,收发开关,/,天线,发射机,目标,传播空间,接收机,雷达信号处理,雷达发射信号,雷达接收信号,正北为方位,0,，仰角以水平面为,0,正北同上，以海面,/,地平面高度为,0,1.1,雷达的任务,1.1.3,基本测量原理,雷达发射信号,雷达接收点目标信号,1.1,雷达的任务,距离信息提取,脉冲测距法：利用收发脉冲包络的时间迟延,调频测距法：利用收发相位函数的频率差,举例：,常数,如果目标距离为,60km,，则对应的时间迟延为：,如果调频测距雷达的调频斜率为：,=10MHz/ms,，则,对应,60km,距离目标的频差为：,0.4ms,Tt,r,t,r,f,c,接收频率,发射频率,1.1,雷达的任务,角度信息提取,振幅法测角 最大信号法,等信号法,等相位法测角,速度信息提取,收发信号载波频率的差（多卜勒频率）,举例：,频率为,10GHz,的雷达，当目标径向速度为,300m/s,时，其多卜勒频率为,1.1,雷达的任务,1.1.4,雷达的探测能力,-,基本雷达方程,雷达接收的目标回波信号功率（,W,）：,雷达的作用距离（,m,）：,发射脉冲功率,W,发射天线增益倍,接收天线有效面积（孔径）,m,2,工作波长,m,目标的雷达截面积,m,2,雷达与目标之间的距离,m,接收机灵敏度,W,未考虑因素：大气衰减与路径（多径，曲率），目标特性与起伏,1.1,雷达的任务,举例：,某雷达发射脉冲功率为,200KW,，收发天线增益为,30dB,，波长,0.1m,，接收机,灵敏度为,-110dBm,，不考虑大气损耗等，试求其对,=,1m,2,目标的最大作用,距离,1.2,雷达的基本组成,天,线,收发开关,保护器,发射机,激励器,/,同步器,接收机,/,信号处理机,显示,/,录取设备,天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波,信号,收发开关,/,保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保护；,接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路,发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波,接收机,/,信号处理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息,激励器,/,同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达,工作的基准,显示器,/,录取设备：显示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态,1.3,雷达的工作频率,雷达的工作频率：,3MHz,300GHz(100m,1mm),主要工作频段：,300MHz,18GHz(1m,2cm),3,30MHz,战略预警超视距雷达,30,300MHz,米波远程预警雷达,300MHz,分米波,/,厘米波警戒,/,引导,/,制导,30GHz,火控,/,末制导雷达,30,300GHz,毫米波火控,/,末制导雷达,1.4,雷达的应用和发展,1.4.1,雷达的应用,军用雷达：,按照作用距离：远程预警雷达,R600km,中,/,近程搜索和警戒雷达,150kmR600km,近程引导指示雷达,R150km,按照功能,/,用途：警戒引导雷达 大范围发现目标,/,粗定位，不引导导弹,/,火力射击,制导火控雷达 小范围发现,/,跟踪目标，引导导弹,/,火力射击,精密跟踪雷达 对单个目标进行精确跟踪和火力打击,多功能雷达：同时具备上述多种功能和用途的雷达，如：,SPY-1,特种雷达：具有特定功能的雷达：如：雷达高度表,/,雷达引信,按照装载平台：,星载雷达，弹载雷达，机载雷达，舰载雷达，车载雷达，背负雷达按照技术体制：收发关系和位置 单基地,/,双多基地，非协同探测（,PCL,），,MIMO,天线技术,单波束,/,多波束，机械,/,电,/,混合扫描，,发射,/,接收机技术 相参,/,非相参收发，捷变频，频率分集，信号处理技术,MTI,，,MTD,，,PC,，,PD,，,SAR,，,ISAR,，,民用雷达：,气象雷达，航管雷达，宇航雷达，遥感雷达，,1.5,电子战和军用雷达的发展,1.5.1,电子战（,EW,）,定义：敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，电子战包括电子对抗和电子反对抗,电子对抗（,ECM,）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电子侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁）,电子反对抗（,ECCM,）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效使用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁）,15.2,雷达反干扰,天线抗干扰：低旁瓣，旁瓣对消，旁瓣消隐，波束烧穿，随机扫描，波束分集等,发射机抗干扰：提高辐射功率，频率捷变，频率编码，频率分集，脉冲压缩，波形隐蔽，,窄脉冲，重频时变，诱饵发射等,接收机、信号处理抗干扰：接收机抗饱和，重频、脉宽鉴别，,MTI,，,MTD,，积累检测，恒,虚警，宽限窄，前沿跟踪等,隐身与反隐身,隐身：通过形体设计和材料选择降低目标的,RCS,（,）,反隐身：增加照射功率，组网雷达，短波,/,米波雷达，双,/,多基地雷达，,PCL,等检测隐身目标,反侦察和反摧毁,低截获的发射波形：噪声雷达，冲击雷达，大时宽,/,带宽积信号，信号隐匿，诱饵辐射等,2,、雷达发射机,2.1,任务和基本组成,2.2,主要质量指标,2.3,单级振荡和主振放大式发射机,2.4,固态发射机,2.5,脉冲调制器,2.1,任务和基本组成,T,r,2.1.1,任务,产生大功率、指定调制特性（振幅,/,相位）的电磁波,单级振荡式 大功率振荡和调制一次完成（直接形成大功率振荡和调制）,脉冲调制器,射频振荡器,2.1.2,基本组成,主振放大式 先产生小功率振荡和调制，再经放大达到大功率,射频振荡器,激励放大器,末级放大器,基准振荡器,脉冲调制器,脉冲调制器,分频器,2.2,主要质量指标,1.,工作频率或波段,2.,输出功率 脉冲,(,峰值,),功率 ，平均功率,例如：,则,3.,总效率 ，为供给发射机的各种交直流功率之和,上例中，若发射机供电,220V/15A,28V/20A,则,4.,信号形式,振幅调制：脉冲、连续波,载频调制：单载频，频率捷变，线性调频，频率分集，频率编码等,相位调制：随机相位，稳定相位，相位编码,2.2,主要质量指标,5.,信号稳定度或频谱纯度,周期性不稳：杂散抑制,随机性不稳：相位噪声,f,f,0,P(f,0,),P(f,f,0,),d,c,f,f,0,P(f,0,),P(f,0,-f,m,),f,0,-f,m,f,0,+f,m,P(f,0,+f,m,),例如：在频谱仪上测得主信号与最大杂散信号功率,分别为,20dBm,和,50dBm,，则杂散抑制为,70dB,例如：在频谱仪上测得主信号功率为,20dBm,，,测量带宽为,100Hz,，在偏离,1KHz,处噪声功率,为,50dBm,，则相噪为,90dBc,2.3,单级振荡和主振放大式发射机,2.3.1,单级振荡式发射机,射频振荡器：磁控管振荡器，微波三极管振荡器，固态振荡器等,脉冲调制器：刚性开关 由外加脉冲控制开关导通,/,截至的调制器,软性开关 由外加触发脉冲控制开关导通，开关自行截至的调制器,特点：效率较高，只适用于调幅，频率稳定度差，相位噪声很大，系统组成,简单，价格低廉，广泛用于非相干信号处理雷达，目前已经很少使用,永久磁钢,阳极,阴极,灯丝,谐振腔,磁控管结构示意图,灯丝,阴极,射频输出口,阳极（管壳）,磁控管电气图,2.3,单级振荡和主振放大式发射机,2.3.2,主振放大式发射机,基准振荡器：恒温或温补晶振，一般相位噪声为,130dBc1KHz,射频振荡器：晶振倍频 利用非线性电路与选频网络，变频快,/,相噪差,/,杂散小,锁相倍频 利用锁相环，变频慢,/,相噪好,/,杂散大,放大链：激励放大常用固态放大器，末级放大常用行波管，速调管放大器等,特点：效率较低，适用于调幅、调频、调相及其组合的复杂调制，频率,稳定度高，相位噪声低，系统组成复杂，成本较高，广泛用于相干信号处,理雷达,灯丝,K,阴极,G,栅极,A,阳极,真空三极管电气图,G/K,间大负,电压时管截止,G/K,间小负,电压时管放大,G/K,间正电压,时管饱和导通,灯丝,K,阴极,A,阳极,行波管电气图,A/K,间负,电压时管截止,A/K,间正高,电压时管放大,收集极,输入,输出,2.4,固态发射机,2.4.1,特点,频率高（已达,100GHz,），工作电压低供电方便（,12V,），寿命长，体积,/,重量小，可靠性高，成本低，单管,/,片功率小（,30W,，且随频率降低）,2.4.2,发展趋势,通过电路合成提高组件,/,模块的功率（,1000W,，随频率降低）；,通过组件模块的空间功率合成（相控阵），提高系统的发射功率,2.5,脉冲调制器,作用,为电真空类的微波管提供高压、大功率的视频调制脉冲组成,：,充电元件 储能元件,高压电源 调制开关 耦合元件 微波管,高压电源：提供充足、稳定的直流能量，满足工作要求（高压、大电流）,充电元件：将直流能量及时传递给储能元件，一般由,R,，,L,，二极管,D,等担任,储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导通时释放保存的能量（,C,等）,调制开关：刚性 在输入脉冲的控制作用下，脉冲期间导通，脉冲过后截止,软性 在输入脉冲的触发作用下导通，储能元件能量释放尽后截止,耦合元件：将高压、大电流脉冲耦合作用到微波管上,分类,：,刚性开关 由控制信号直接控制开关的导通与截止,软性开关 由控制信号触发开管导通，有电路状态决定开关截止,2.5.1,刚性开关脉冲调制器,阴极脉冲调制器,充电,：,E/R1/C/L,，,C,上电压,放电,：,C/V,1,/V,2,，,C,上电压,设计要素,：,对于给定的,、,，一般选择：,脉冲重复周期内充满，放电允许顶降,小于允许值。,E,R,1,C,-E,g,L,V,1,V,3,V,2,C,0,2.5.1,刚性开关脉冲调制器,阴极脉冲调制器设计举例,要求,T,r,=200,s,，,=1s,，,E=10,4,V,，,=0.95,，,R,H,=1K,2.5.1,刚性开关脉冲调制器,调制阳极脉冲调制器,前沿充电,：,E/V,1,/C,0,，,恒流充电,I,c,前沿时间,后沿放电：,C,0,/,偏压,/V,2,，,恒流放电,I,d,后沿时间,E,I,c,C,0,-E,g,-,偏压,V,3,V,2,+,偏压与,激励电路,偏压与,激励电路,V,1,前沿触发,后沿触发,C,0,波形,-E,g,E,2.5.1,刚性开关脉冲调制器,调制阳极脉冲调制器设计举例,要求,E=4000V,，,C,0,=200PF,，,E,g,=200V,，,Ic=20A,，,I,d,=10A,，,求前后沿时间,2.5.2,软性开关脉冲调制器,典型电路,谐振充电,：,E/L,ch,/PFN/B,，充电时间,匹配放电：,PFN,/V,1,/B,，,放电时间,PFN,节数,n,，每节电感,L,，电容,C,E,PFN,V,D1,L,ch,R,2,C2,V,2,R,1,V,1,脉冲触发,PFN,上端,脉冲变压器,次级波形,2E,2E,V,D2,B,2.5.2,软性开关脉冲调制器,软性开关脉冲调制器设计举例,要求：,T,r,=1ms,，,=2s,，,B=1:1,，,R,H,=1K,，,n=5,根据脉宽和特性阻抗建立方程组，求解,L,，,C,根据,T,r,求解,L,ch,3,雷达接收机,3.1,接收机组成与主要质量指标,3.2,噪声系数和灵敏度,3.3,接收机的高频部分,3.4,本振和自动频率控制,3.5,动态范围和增益控制,3.6,滤波和接收机带宽,3.1,接收机组成与主要质量指标,接收机的作用：放大需要的目标回波信号，抑制各种干扰信号,3.1.1,接收机组成,保护器：在发射或收到强信号时，保护接收机（使用收发开关和限幅器）,LNA,：低噪放，抑制噪声，放大微弱的目标回波信号（如：,F=2,，,G=25dB,）,MIX,：混频，将回波信号频率迁移到合适、固定的中频（,f,i,=30MHz,，,60MHz,等）,中放：放大中频带内目标回波信号（,G=100,120dB,），抑制带外噪声,LO,：本振，提供稳定振荡,f,L,，与发射频率,f,0,保持稳定的中频频差：,f,i,=f,L,f,0,增益控制：保持输出信号功率处于预定的范围，,线性,：近程增益控制（,STC,），,瞬时自动增益控制（,IAGC,），,AGC,；,非线性,：对数放大器，限幅放大器等,检波器：解调回波调制信号，包络检波器（振幅）；相位检波器（频率和相位）,视放：放大信号电平使之适合于信号处理，线性放大，限幅放大，对数放大,R,0,至信号处理,保护器,LNA,MIX,中放,检波器,视放,LO,增益控制,3.1,接收机组成与主要质量指标,3.1.2,主要质量指标,灵敏度 ，典型值,满足检测要求的最小输入信号功率,测试方法,信号源,接收机,雷达检测设备（显示器,/,信号处理机等）,f,P,设置信号源频率,f,处于规定的工作频带内，调整输出功率,P,，,由雷达检测设备观测满足目标检测时的最小,P,min,即为灵敏度,3.1,接收机组成与主要质量指标,3.12,主要质量指标,工作带宽：,分别为雷达最低、最高工作频率,动态范围：,为满足检测要求的最大输入信号功率,选择性和滤波特性（接收带宽,B,）匹配滤波特性,工作稳定性和频率稳定度,抗干扰能力（抗有源干扰、无源干扰和杂波干扰等）,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.1,接收机噪声,内噪声：有接收机内部电路和器件产生的噪声，如晶体管噪声，电阻噪声等,外噪声：由电磁环境和其它物体辐射产生的噪声，如宇宙噪声，工业噪声等，等效输入功率为,，,分别为波尔兹曼常数，天线噪声温度，等效噪声带宽,为频率、仰角、位置等函数，典型地面雷达,参见,p54,图,3.6,。,等效噪声带宽：,电路形式,级数,B,n,/B,双调谐或两级参差,1,1.11,单调谐,1,1.571,2,1.040,2,1.220,3,参差,1,1.048,3,1.155,4,参差,1,1.019,4,1.129,5,参差,1,1.010,5,1.114,高斯型,1,1.065,效噪声带宽,B,n,与常用接收机带宽,B,的比较,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.2,噪声系数和噪声温度,定义：,线性系统输入端信噪比与输出端信噪比的比值,对于无源网络,测试方法,1.,接收机输入端接匹配负载，由功率计测量接收机输出功率,2.,接收机输入端接信号源，设置信号源频率,f,，调整输出功率 ，由功率计,测量接收机输出功率 ，计算,信号源,线性接收机,功率计,f,P,匹配负载,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.2,噪声系数与噪声温度,例如：已知线性,接收机输入端接匹配负载时测得输出功率为 ，接入 输入信号时测得输出功率为 ，接收机带宽为,2MHz,，求该接收机噪声系数,解：,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.2,噪声系数与噪声温度,等效噪声温度 ，将 等效为噪声温度增量,系统噪声（内外噪声）温度,级联电路的噪声系数,证明：,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.2,噪声系数与噪声温度,例如：某线性接收机及组成部件参数如图，求其噪声系数,解：,接收机前端部件对系统噪声的影响巨大，,LNA,贡献重大,馈线,/,收发开关,/,限幅保护器,LNA,MIX,中放,G=0.2,F=2,G=25dB,F=2.5,G=0.3,F=4,G=100dB,3.2,噪声系数和灵敏度,3.2.3,灵敏度,定义：当接收机能够以正常的发现概率和虚警概率检测目标时（线性系统输出信噪比 ），在接收机输入端的最小输入信号功率,数值关系：,临界灵敏度：,3.2,噪声系数和灵敏度,灵敏度计算举例,假设接收机各部分组成如下图，试求其临界灵敏度,馈线,/,开关,/,保护器,LNA,MIX/BPF,中放,G=0.2/0.5,G=25dB,F=3,BPF,G=0.5,B=200MHz,G=0.1,B=5MHz,G=90dB/F=5,B=5MHz,1.,计算接收机,噪声系数,1,3计算接收机,临界灵敏度,2.,计算接收机,噪声系数,2,3.3,接收机的高频部分,组成,收发开关和保护器,TR,管（有源,/,无源）常态时开路或透射，气体放电时短路，惰性较大（,30300ns,）,固态限幅器 采用,PIN,管或变容管，在外加功率下呈现不同反射阻抗，级联限幅，反应快（,2ns,）,LNA,低噪声参放 分为常参与冷参，,F1.2,低噪声场放 噪声系数,F=25dB,，价格低廉，普遍使用,MIX,平衡混频器（可有效抑制本振噪声）,镜像抑制混频器（还可有效抑制镜频，,2040dB,）,前置中放,当高频部分与接收机后端相距较远时，增加前置中放（增益,2040dB,）以降低噪声,本振收发开关,保护器,LNA,MIX,前置中放,3.4,本振和自动频率控制,3.4.1,磁控管发射机的自动频率控制（,AFC,）,搜索跟踪转换,调谐电机,机调磁控管,定向耦合器,稳定本振,峰值检波器,视频放大器,鉴频器,中放,AFC,混频器,至收发开关发射,至接收机,混频器,搜索状态：中放无脉冲输出，搜索跟踪转换器输出调谐电压，使调谐电机带动机调,磁控管连续调谐频率,f(t),，定向耦合器耦合出小功率信号给,AFC,混频器。,当,f(t),与稳定本振,f,L,差频进入中放带宽,f,i,-,f,，,f,i,+f,时，中放输出使搜索,跟踪转换进入跟踪状态,跟踪状态：鉴频器输出频率偏离,f,i,的误差脉冲信号，该信号经过视放，峰值检波器成,为连续误差信号，再通过搜索跟踪转换，用误差电压驱动调谐电机作频率,微调，直到频率误差为零。,3.4,本振和自动频率控制,3.4.2,稳定本振,F,F/2,NF,NF,F/2,F/2,本振输出,NF,MNF,MNF+NF,F/n,重频输出,相参振荡,本振输出,发射输出,1.,锁相型稳定本振,2.,晶振倍频型稳定本振,基准振荡,2,分频,相位检波,误差积分,压控振荡器,N,倍频,混频滤波,功分,F,F,特点：频率精度和稳定度高，杂散和相位噪声低，谐波略大，锁定时间较长，捕获带宽略小。,基准振荡,N,倍频,/,分路器,M,倍频,/,分路器,n,分频,单边带混频/,滤波器,特点：频率精度和稳定度高，变频快，相噪较低，杂散略高。,F,3.5,动态范围和增益控制,3.5.1,动态范围,定义：，为接收机工作时的最大（饱和）可输入信号功率。,工作动态范围：不限制时间和接收机状态调整,瞬时动态范围：同一时刻和同一状态下的,动态范围的需求因素：目标距离远近，,RCS,大小和起伏，信号处理的合适范围,3.5.2,增益控制,主要指标：控制范围，响应时间，控制特性曲线,自动增益控制（,AGC,）,特点：控制范围大（,80,100dB,），响应时间长（接近秒级），普遍用于雷达的自动,跟踪系统,中放,包络检波,视放,峰值检波,低通滤波,波门选通,AGC,专用,距离波门,至雷达信号处理,3.5,动态范围和增益控制,瞬时自动增益控制（,IAGC,）,特点：控制范围较小（,20,40dB,），响应时间短（,5,20,），用于抑制长时间强干扰，使接收机在强干扰结束后迅速恢复,近程增益控制（,STC,）,根据回波信号的迟延时间（距离），控制接收机增益,中放,瞬时包络检波器,视放,短时常数积分器,IAGC,部分,至雷达接收机,例如：,R,0,=10km,，,G,0,=30dB,，,k=30dB,当,R=20km,时的增益为,39dB,3.5,动态范围和增益控制,人工增益控制（,MGC,）,特点：控制范围较大（,40,8,0dB,），通常人工进行,AGC/MGC,选择，少数只控视放，用于在复杂背景（干扰,/,多目标等）下辅助人工检测和参数测量,对数中放,限幅中放,例如：,S,i1,=10,-10,W,，,k=10,6,，,k,L,=1mW,S,i,=10,-8,W,时，输出功率为,3,10,-3,W,S,i,=10,-3,W,时，输出功率为,8,10,-3,W,中放,检波器,视放,MGC,电压,中频信号输入,选择开关,合成,MGC,AGC,中频信号输出,STC,IAGC,非线性中放会形成交调，产生大量的其它频谱分量，必须通过中频滤波器抑制,3.6,滤波和接收机带宽,3.6.1,匹配滤波和准匹配滤波,匹配滤波,满足最大信噪比准则的滤波器为匹配滤波器,白噪声背景中的匹配滤波器特性为：,匹配滤波器的输出信噪比：,准匹配滤波,选择物理可实现的实际滤波器和参数逼近匹配滤波器，称为准匹配滤,波，两者输出信噪比的比值定义失配损失：,3.6,滤波和接收机带宽,3.6.1,匹配滤波和准匹配滤波,各种常用准匹配滤波器的带宽时宽积,由,求得,B,opt,。,脉冲信号形状,滤波器频域特性,最佳带宽脉宽积,B,opt,失配损失,/dB,矩形,矩形,1.37,0.85,矩形,高斯形,0.72,0.49,高斯形,矩形,0.72,0.49,高斯形,高斯形,0.44,0,矩形,单调谐,0.40,0.88,矩形,两级参差调谐,0.61,0.56,矩形,五级参差调谐,0.67,0.503.6,滤波和接收机带宽,3.6.2,接收机带宽选择,警戒雷达,尽可能提高检测信噪比，故按照,B,opt,设计带宽,中频带宽：,为,AFC,跟踪残差,视频带宽：,跟踪雷达,已有较高的检测信噪比，需要提高时间测量精度，故按照包络前沿时间设计中放和视放带宽,3.6,滤波和接收机带宽,3.6.2,接收机带宽选择举例,警戒雷达发射矩形脉冲宽度,0.5,s,，无,AFC,跟踪残差,接收机中放为,5,级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为,跟踪雷达 发射矩形脉冲宽度,0.5,s,，无,AFC,跟踪残差,接收机中放为,5,级参差调谐，解得中频带宽和视频带宽为,4,、雷达终端显示器与录取设备,4.1,雷达终端显示器,4.2,距离显示器,4.3,平面位置显示器,4.4,计算机图形显示,4.5,雷达数据的录取,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型与指标,1.,显示信号类型,模拟显示,/,一次显示 直接显示接收机输出的模拟信号,数字显示,/,二次显示 显示经过数字信号处理后的数字信号,2.,显示屏类型,CRT,阴极射线管,LED,LCD,3.,显示色彩,单色，多色，彩色,4.,显示目标信息,距离,-,幅度（距离显示）,距离,-,方位,-,幅度（平面位置显示）,距离,-,仰角,/,高度,-,幅度,距离,-,方位,-,仰角,-,幅度（空间位置显示，如飞行员头盔显示）,综合,本课程主要讨论：模拟,/CRT/,单色显示器,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型与指标,5.,模拟,/CRT/,单色显示器的主要指标,扫描方式 不加信号时电子束在显示屏上的轨迹形状,直线扫描，圆周扫描，径向圆周扫描，光栅扫描,目标回波信号对电子束的作用,偏转调制，亮度调制,显示亮度的保持时间,短余辉（,s,级），中余辉（,ms,级），长余辉（,s,级）,最小扫略线,/,亮点宽度,d,（,mm,）,最大显示尺寸,圆形,r,（,cm,），矩形,L,（,cm,）,W,（,cm,）,最大分辨数,圆形,4,r,2,/d,2,，矩形,L,W/d,2,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,1距离显示器,原理：以扫略线偏离起点的扫略长度,L,（,cm,）代表目标距离,R,（,km,），,R=L,C,，,C,为标尺系数（,km/cm,）,例如：,C=10km/cm,，,L=3cm,，,R=,30km,主要参数：量程,R,max,(Km),，扫略长度,L,max,(cm),，标尺系数,C=R,max,/L,max,扫略时间,T(ms)=R,max,/150km,，偏转灵敏度,S(cm/V),，偏转电压,V,max,=L,max,/S,主要类型：,A,显 中短余辉偏转,调制显示器，直线扫,略，,X,偏转长度正比,于距离，,Y,偏转长度,正比于回波电压幅度,发射主波,目标回波,加亮显示距离刻度,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,形成,R,显的参数：量程,R,Rmax,(Km),，扫略,长度,L,Rmax,(cm),，标尺系数,C,R,=R,Rmax,/L,Rmax,扫略时间,T,R(ms,)=R,Rmax,/150km,，偏转电压,V,Rmax,=L,Rmax,/S,1.,距离显示器,主要类型,J,显 中短余辉偏转调制显示器，圆周,扫略，正上方为距离,0,，顺时针圆周,弧长正比于距离，径向偏转正比于回,波电压幅度。由于圆形显示器的周长,是直径的,倍，所以,J,型显示器具有较,高的显示精度,A/R,显 同,A,显，但具有,A,显的局部放大，,发射主波,目标回波,距离刻度,R,显,发射主波,目标回波,A,显,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,2.,平面显示器,原理：以扫略线偏离正上方（正北）顺时针角度表示方位,，以扫略线距离,圆心的长度表示距离,R,主要参数：量程,R,max,(Km),，,max,(,),，扫略长度,L,max,(cm),，标尺系数,C(Km/cm),，扫略时间,T(ms)=R,max,/150km,，偏转灵敏度,S(cm/A),偏转电流,I,max,(A)=L,max,/S,主要类型：,P,显,/PPI,中长余辉亮度调制,显示器，径向,-,圆周扫略，回波电,压幅度正比于亮度，亮弧与正北,夹角为方位，距圆心的长度为,距离,正北,45,225,270,315,135,180,90,90km,目标,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,2.,平面显示器,B,显 中余辉亮度调制显示器，,垂直,-,水平扫略，目标包,络电压正比于亮度，亮,点的水平投影为方位，,垂直投影为距离,-30 -20 -10 0 10 20 30,60,50,40,30,20,10,0,方位,距,离,目标,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,3.,高度显示器,原理：以扫略线的水平投影长度表示,距离,R,，以扫略线的垂直投影,长度表示仰角,（高度,H,）,主要参数：量程,R,max,(Km),，,max,(,),，,扫略长度,L,max,(cm),，标尺系数,C(Km/cm),主要类型：,E,显 中长余辉亮度调制显示器，水平,-,垂直扫略，目标包络电压正比于亮,度，亮点的水平投影为距离,R,，亮,点的垂直投影为仰角,RHI,显 中长余辉亮度调制显示器，径,向,-,扇形扫略，目标包络电压正比,于亮度，亮点的水平投影为地面距,离,D,，亮点的垂直投影为高度,H,E,显,仰角,60,50,40,30,20,10,0,距离,0,20,40,60,80,100,120,目标,RHI,高度,水平,距离,目标,108,6,4,2,0,0,20,40,60,80,100,120,4.1,雷达终端显示器,4.1.1,显示器的主要类型,4.,情况显示器和综合显示器,表现除目标模拟信号以外的其他信息，如：目标敌我属性，批号，航迹等,5.,光栅扫描雷达显示器,数字显示，扫略线按照行或列固定扫略，所有显示信息与显示缓存区相连接,正北,45,225,270,315,135,180,90,90km,E001/,339/75,F001/,140/50,距离,方位,0,60,0,-30,30,左舵,右舵,0,0,E001/,-14/36,4.1,雷达终端显示器,4.1.2,对显示器的主要要求,根据任务要求选择显示器种类和数量,与雷达的任务、功能、目标环境密切相关,对比度,与工作背景亮度密切相关,图像重显频率,模拟显示与脉冲重复周期、天线扫描周期密切相关,数字显示与视觉滞留有关，,50Hz,显示失真和误差,4.2,距离显示器,4.2.1 A,显,A,显画面,1.1,目标回波 上偏转,1.2,距离刻度 下偏转,1.3,水平扫略 从左至右,1.4,亮度控制 显示与量程对应的时间,1.5,加亮控制 对特定时间显示加亮,A,显波形与各级电压,发射主波,目标回波,加亮显示,距离刻度,触发脉冲,水平扫掠,刻度脉冲,辉亮方波,加亮脉冲,目标回波,4.2,距离显示器,4.2.1 A,显,A,显组成,方波产生器 锯齿电压形成电路 差分放大器,振铃电路 限幅放大 正向微分,移动距标形成 辉亮放大,主要参数设计,示波管偏转灵敏度：,S(cm/V),，锯齿电压幅度：,V,max,=L,max,/S,正程时间：,T(,s),，量程：,R,max,=0.15,T(Km),单位刻度：,R(Km),，刻度波周期：,T=,R/0.15(,s),4.2,距离显示器,举例：某雷达,A,显量程为,300km,，示波管偏转灵敏度为,0.1cm/V,，扫略线,长度为,20cm,，距离刻度为,15km,，目标距离,25km,，试求：,正程扫略时间，,2.,扫略电压幅度，,3.,刻度波周期，,4.,标尺系数，,5.,目标所在的扫略长度,解：,1.,正程扫略时间,Tmax,=300km/150km=2ms,2.,扫略电压幅度,V=20cm/(0.1cm/V)=200V,3.,刻度波周期,T,C,=15km/150km=100,s,4.,标尺系数,C=300km/20cm=15km/cm,5.,目标所在的扫略长度,L(25km)=25km/15km=5/3cm,4.2,距离显示器,4.2.2 A/R,显,A/R,显画面,对,A,显局部距离范围,进行放大显示,R,显可有单独的距离刻度,A/R,显组成,单束,A/R,显 只有一个电子束，,A/R,各有扫描电路，按照,次序,A-R-A,分时进行，,R,在,A,上空缺,双束,A/R,显 同时有两个电子束,和扫描电路，分别用作,A,显,和,R,显，,R,在,A,上加亮,A,显,R,显,R显,A,显,单束,A/R,显,双束,A/R,显,4.3,平面位置显示器,4.3.1,画面特点,正上方对准正北方向，,顺时针圆周角为方位,圆心为雷达站位置，,径向长度正比于距离,目标回波为加亮弧段,回波信号幅度对应亮度,方位刻度为等分直径线,距离刻度为同心圆周线,径向扫略与雷达脉冲,重频同步,圆周扫略与雷达天线,方位圆周扫描同步,正北,45,225,270,315,135,180,90,90km,目标,主要参数：量程,R,max,(Km),，径向扫略长度,L,max,(cm),，标尺系数,C=R,max,/L,max,径向扫略时间,T(ms)=R,max,/150km,，径向偏转灵敏度,S(cm/A),，,径向偏转电流,I,max,=L,max,/S,4.3,平面位置显示器,4.3.2,动圈式平面位置显示器,由天线同步发电机带动示波管同步电动机,/,偏转线圈旋转，形成圆周扫描，由偏转线圈中锯齿波电流驱动电子束径向偏转,组成与,波形,系统设计,距离扫略 偏转灵敏度,S(cm/A),，锯齿电流幅度,I,max,=L,max,/S,方位扫略 由同步收发电机完成,距离刻度 同,A,显,方位刻度 由天线刻度盘和光电检测器完成,方位刻度,偏转线圈,同步电机,回波,方波产生,距离刻度,阶梯电压,锯齿电流,辉亮放大,信号混合,4.3,平面位置显示器,4.3.3,定圈式平面位置显示器,采用,X/Y,固定的偏转线圈，经过扫描电流的分解实现距离,/,方位扫描,距离,/,方位扫描的力矩电流：,扫略电流的分解,-,旋转变压器,定圈式平面位置显示器的组成,方波产生 锯齿电流形成 功率放大 电流放大钳位 水平偏转线圈,振铃电路 辉亮放大 阳极 电流放大钳位 垂直偏转线圈,刻度形成 混合电路 阴极,视频放大 方位刻度 天线转盘,天线转轴,4.4,计算机图形显示,4.4.1,计算机图形显示系统与分类,系统的组成,计算机 信号控制,/,处理,/,存储电路 显示读出装置 操作员,/,接口,信号控制,/,处理,/,存储电路（显示卡）以显示系统约定的格式保存需要显示的全部图形数据；,显示读出装置 以约定的格式从存储电路中读出显示数据，并将其表现在显示屏幕上；,操作员、计算机通信装置 通过人机界面，完成对显示数据的实施修改和控制,分类 根据,CRT,内电子束的偏转方式分类,随机扫描显示器 电子束根据显示的内容控制其在,X,、,Y,平面内的偏转（扫描）和亮度（,Z,），书写速度快，扫描复杂，较少使用,光栅扫描显示器 电子束按照规定的轨迹在,X,、,Y,平面内进行偏转（如由上至下、由左至右），根据显示内容控制电子束在偏转过程中的轨迹亮度，书写速度慢，扫描简单，普遍使用,4.4,计算机图形显示,4.4.2,字符产生器,主要技术指标,字符种类，字符尺寸（,m,n,），书写速率（字符,/s,），显示效率（字符辉亮时间与书写时间的比值）,随机扫描字符产生器,书写步骤：,1,给出需要书写的字符码,C,和,C,在显示器上的初始位置,x,0,，,y,0,，,置入,x,y,计数器，字符译码逻辑查找其在字符库中的存储位置,2,给出书写起始信号，同步控制逻辑发出存储器读出时钟，存储器依次给出,x,y,单位变化和辉亮,3,顺序点阵法,经过确定的时钟，书写自行停止（每个字符具有相同的点阵数）；,程控点阵法,存储器读出结束，输出书写停止（每个字符的点阵数不同）。,字符码,C,字符译码逻辑,字符库,存储器,同步控制逻辑,X,计数器,/ADC,x,扫描,y,扫描,Z,辉亮,y,计数器,/ADC,起止,x,0,，,y,0,随机扫描字符产生器电路组成,4.4,计算机图形显示,4.4.2,字符产生器,1.,顺序点阵法,规定：起点、终点、,x,y,顺序、点阵数,m,n,，只需要进行字符辉亮分解,z,i,m,n,特点：,xy,规则变化（与字符无关），每个字符具有相同,m,n,举例：字符,A,，,75,点阵，起点、终点、顺序如图，分解得到的辉亮点阵顺序如下表,1,2,3,4,5,6,7,8,21,22,35,14,15,28,29,序号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,Z,0,0,1,1,1,1,1,0,0,序号,10,11,12,13,14,15,16,17,18,Z,0,1,0,1,0,1,0,0,1,序号,19,20,21,22,23,24,25,26,27,Z,0,0,0,0,0,0,1,0,1,序号,28,29,30,31,32,33,34,35,Z,0,0,0,1,1,1,1,1,4.4,计算机图形显示,4.4.2,字符产生器,2.,程控点阵法,(xy,阶跃变化，每个字符点阵数不同,),规定：起点,/,方向，按字符轨迹分解,x,i+,x,i-,y,i+,y,i-,z,i,i,特点：书写效率高，每个字符的分解点阵数不同,举例：起点左下角，,x,y,正方向如图中箭头，书写顺序如红线所连，结果见下表,3.,单位线段法,(xy,连续变化，其余同程控点阵法,),光栅扫描字符产生器,全屏幕的顺序点阵法字符产