脉冲压缩雷达方程
脉冲压缩雷达方程是雷达技术中的重要概念，它是一种通过处理雷达回波信号的方法，可以提高雷达系统的距离分辨率。本文将介绍脉冲压缩雷达方程的原理和应用。
脉冲压缩雷达方程是指通过对雷达回波信号进行特定的处理，使得雷达系统可以在较短的脉冲宽度内获得较高的距离分辨率。在传统的雷达系统中，由于脉冲宽度较宽，导致雷达无法准确地分辨目标之间的距离。而脉冲压缩雷达方程通过对回波信号进行复杂的信号处理，可以降低脉冲宽度，从而提高距离分辨率。
脉冲压缩雷达方程的实现需要利用雷达的发射和接收系统。在发射端，雷达发射窄脉冲信号，脉冲宽度通常很宽。然后，在接收端，雷达接收回波信号，并进行一系列的信号处理步骤。其中，最关键的步骤是压缩滤波器的应用。
压缩滤波器是脉冲压缩雷达方程中的核心部分。它的作用是对接收到的回波信号进行滤波，使得脉冲宽度变窄。具体来说，压缩滤波器利用了信号的自相关性质，通过与发射信号进行相关运算，将回波信号的脉冲宽度压缩到较窄的范围内。这样，雷达系统就能够在较短的时间内获取到高分辨率的距离信息。
脉冲压缩雷达方程的应用非常广泛。首先，在军事领域，脉冲压缩雷达方程可以提高雷达系统对目标的探测和识别能力。它可以有效
地区分目标之间的距离，提供更准确的目标定位信息。因此，在雷达导航、目标跟踪和导弹制导等军事应用中，脉冲压缩雷达方程被广泛采用。
脉冲压缩雷达方程还在民用领域得到了广泛应用。例如，在航空领域，脉冲压缩雷达方程可以提高飞机的导航安全性，确保飞行器与其他目标之间的安全距离。在气象领域，脉冲压缩雷达方程可以用于天气预测和气象观测，提供更准确的降水和风速信息。
脉冲压缩雷达方程是一种能够提高雷达系统距离分辨率的重要方法。通过对回波信号进行特定的信号处理，脉冲压缩雷达方程可以使雷达系统在较短的时间内获取到更准确的距离信息。它在军事和民用领域都有广泛的应用，为各种应用场景提供了更高的探测和识别能力。随着雷达技术的不断发展，脉冲压缩雷达方程将继续发挥重要作用，为各个领域的应用提供更高的性能和效果。
脉冲压缩雷达方程 脉冲压缩雷达方程是雷达技术中的重要概念，它是一种通过处理雷达回波信号的方法，可以提高雷达系统的距离分辨率。本文将介绍脉冲压缩雷达方程的原理和应用。 脉冲压缩雷达方程是指通过对雷达回波信号进行特定的处理，使得雷达系统可以在较短的脉冲宽度内获得较高的距离分辨率。在传统的雷达系统中，由于脉冲宽度较宽，导致雷达无法准确地分辨目标之间的距离。而脉冲压缩雷达方程通过对回波信号进行复杂的信号处理，可以降低脉冲宽度，从而提高距离分辨率。 脉冲压缩雷达方程的实现需要利用雷达的发射和接收系统。在发射端，雷达发射窄脉冲信号，脉冲宽度通常很宽。然后，在接收端，雷达接收回波信号，并进行一系列的信号处理步骤。其中，最关键的步骤是压缩滤波器的应用。 压缩滤波器是脉冲压缩雷达方程中的核心部分。它的作用是对接收到的回波信号进行滤波，使得脉冲宽度变窄。具体来说，压缩滤波器利用了信号的自相关性质，通过与发射信号进行相关运算，将回波信号的脉冲宽度压缩到较窄的范围内。这样，雷达系统就能够在较短的时间内获取到高分辨率的距离信息。 脉冲压缩雷达方程的应用非常广泛。首先，在军事领域，脉冲压缩雷达方程可以提高雷达系统对目标的探测和识别能力。它可以有效
地区分目标之间的距离，提供更准确的目标定位信息。因此，在雷达导航、目标跟踪和导弹制导等军事应用中，脉冲压缩雷达方程被广泛采用。 脉冲压缩雷达方程还在民用领域得到了广泛应用。例如，在航空领域，脉冲压缩雷达方程可以提高飞机的导航安全性，确保飞行器与其他目标之间的安全距离。在气象领域，脉冲压缩雷达方程可以用于天气预测和气象观测，提供更准确的降水和风速信息。 脉冲压缩雷达方程是一种能够提高雷达系统距离分辨率的重要方法。通过对回波信号进行特定的信号处理，脉冲压缩雷达方程可以使雷达系统在较短的时间内获取到更准确的距离信息。它在军事和民用领域都有广泛的应用，为各种应用场景提供了更高的探测和识别能力。随着雷达技术的不断发展，脉冲压缩雷达方程将继续发挥重要作用，为各个领域的应用提供更高的性能和效果。
成绩构成：平时20%（原理10%+系统10%，含考勤和课堂测试），期中30%，期末40%，课程设计10%。 雷达原理与系统（必修）知识要点整理 第一章： 1、雷达基本工作原理框图认知。 2、雷达面临的四大威胁 3、距离和延时对应关系 4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度） 5、距离分辨力，角分辨力 6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导） 7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用 第二章雷达发射机 1、单级振荡与主振放大式发射机区别 2、基本任务和组成框图 3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。 第三章接收机 1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频） 2、灵敏度的定义，识别系数定义 3、接收机动态范围的定义 4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义 5、级联电路的噪声系数计算 6、习题 7、AGC，AFC，STC的含意和作用 第四章显示器 1、雷达显示器类型及其坐标含义； 2、A型、B型、P型、J型 第五章作用距离 1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？ （灵敏度表示的、检测因子表示的等） 2、增益G和雷达截面A的关系 2、雷达目标截面积定义 3、习题 4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程 5、奈曼皮尔逊准则的定义 6、虚警概率、检测概率、信噪比三者关系，习题.（会看图查数） 由概率分布函数、门限积分区间表示的各种概率形式； 6.5 CFAR ●什么是CFAR ●慢变化CFAR的框图和原理
●快变化CFAR的框图和原理，（左右平均、左右平均选大） ●CFAR的边缘效应，图及分析 7、为什么要积累，相参积累与非相参积累对信噪比改善如何，相参M~M倍。 8、积累对作用距离的改善，（方程、结论、习题） 9、大气折射原因、直视距离计算（注意单位Km还是m） 10、二次雷达方程、习题。 11、分贝表示的雷达方程，计算、习题，普通雷达方程的计算。 第六章距离测量 1、R,tr,距离分辨力、脉宽、带宽关系 2、最短作用距离、最大不模糊距离与脉宽、重频关系 3、双重频判距离模糊、习题。 4、调频连续波测距原理，（距离到频率的转换，简单推导） 5、相位差与距离的关系 6、习题 第七章测角 1、相位测角原理（路程差与相位差的相互补偿） 2、三天线测角原理、习题。 3、振幅法：最大信号和等信号法 4、余割平方扇形波束特点（角度不同、距离不同、增益不同，回波功率相同，公式） 5、机械扫描、电扫（相扫、频扫）各自特点。 6、相位扫描基本原理（移相器、波程差、等相面、方向图），相差与波程差关系式 7、思考题 第八章检测与测速 1、多普勒定义，与速度、波长对应关系。结论性 2、固定目标与动目标输出差异 3、盲速与频闪定义、产生原因（条件），计算（习题）。 4、点盲相与连续盲相产生原因，习题。 5、相参脉冲串信号的频谱（发射、接收、差异） 6、动目标显示最佳滤波器（公式、结论、物理意义） 7、改善因子定义 8、MTD窄带滤波器组实现与优点。 第十二章雷达信号基础 1、常用的雷达波形有哪些 2、要实现目标的有效检测，雷达波形需满足的条件（能量、分辨力、抑制） 3、连续波如何测速测距 4、PRI参差信号的特点和作用 5、频率捷变信号的特点和作用 6、几种典型的脉冲压缩信号的特点（扩频、大时带积） 7、什么是雷达分辨力
雷达原理及测试方案 1 雷达组成和测量原理 雷达(Radar)是Radio Detection and Ranging的缩写，原意“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。 1.1 雷达组成 图1 雷达简单组成框图 图2 雷达主要组成框图 雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和显示设备组成，基本组成框图如图1所示。通常雷达工作频率范围为2MHz～35GHz，其中超视距雷达工作频率为2～30MHz，工作频率为100～1000MHz范围一般为远程警戒雷达，工作频率为1～4GHz范围一般为中程雷达，工作频率在4GHz以上一般为近程雷达。 老式雷达发射波形简单，通常为脉冲宽度为τ、重复频率为Tτ的高频脉冲串。天线采
用机械天线，接收信号处理非常简单。这种雷达存在的问题是抗干扰能力非常差，无法在复杂环境下使用。 由于航空、航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用雷达作为探测和控制手段，对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多目标测量要求，新一代雷达对雷达原有技术作了相当大的改进，其中频率捷变和线性相位信号、采用编码扩频的低截获概率雷达技术、动态目标显示和脉冲多普勒技术是非常重要的新技术。 1.2 雷达测量原理 1) 目标斜距的测量 图3 雷达接收时域波形 在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度，雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定，雷达接收波形参见图3，雷达到达目标的距离R为：R＝0.5×c×t r式（2）式中c=3×108m/s，t r为来回传播时间 2) 目标角位置的测量 目标角指方位角或仰角，这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。雷达天线将电磁能汇集在窄波束内，当天线对准目标时，回波信号最强。
设计要求 设计一雷达系统，对1m2目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 1.1雷达工作频率f ，发射功率t P 已知距离分辨率的公式为：min 2 c R τ ?= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7 min 8 2215100.1310 R s s s c τμ-??= ===?，不妨取雷达的工作频率为1f GHZ =，发射功率40t P kW =，则8 9 3100.3110c m m f λ?===?。 1.2天线孔径及增益 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得： 水平口径尺寸L 为： 0.3 4.32290 L m m λπα= =≈? 垂直口径尺寸h 为： 0.0750.43229 h m m λπ β= =≈? 天线的孔径224.30.43 1.8478D Lh m m ==?= 天线增益2 2 44 1.8478 2580.3A G ππλ?= = ≈ 1.3脉冲重复频率r f
发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则有： av t t r r P P P f T τ τ== 设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为0.0001-0.01，为了满足测距的单值性，不妨取0.001D =，则 6 0.001 100.110r D f Hz kHz τ -== =? 1.4接收机灵敏度 若以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为： 1 2 4 max 2min 4t r i P A R S σπλ?? =???? 所以，接收机灵敏度() 23211min 42423max 40101 1.8478 1.210440.31010t r i P A S w w R σπλπ-???==≈???? 1.5相参积累时间 设单基地脉冲雷达的天线为360 环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，可取： 0.5==2θα 则对一个点目标的相参积累时间t 为： 0.5 21 20360/6060a t s s θ===Ω? 脉冲积累个数31 101016660 r n tf == ??≈ 2 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率 不产生频闪的条件是：1 2d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ = 关系可得最大不模糊速度： 3 max 0.31010/750/44 r r f v m s m s λ??===
【重磅资料】MIT专家课程—雷达系统工程（Radar Systems Engineering） 小编继续分享MIT专家Dr. Robert M. O'Donnell在新罕布什尔大学和斯特理工学院讲授的雷达系统工程（Radar Systems Engineering）的PPT。雷达系统工程为研究生课程，共19次讲座（约29+小时），有超过1300张幻灯片。课程主要内容包括：1、引言 2、电磁场回顾 3、DSP回顾 4、雷达方程 5、传播 6、信号检测7.雷达散射截面8、天线I9、天线II10、雷达杂波11、波形和脉冲压缩12、基于MTI的杂波处理13、基于脉冲多普勒的杂波处理14、机载雷达15、参数估计16、跟踪1 7、发射机/接收机具体内容见下图 ps：需要学习资料的请给转发朋友圈，截图给我们，我们会免费赠送本PPT。 罗伯特·奥唐奈博士- 简历 Robert M. O'Donnell是麻省理工林肯实验室的高级工作人员，直到2008年11月退休。他退休后直到2015年去世，在实验室兼职为实验室的网站开发视频课件。2008年之前，他的全职研究涉及Cobra Gemini（船舶，宽带，大功率，仪表雷达系统）的设计，以及Kwajalein Atoll的Reagan测试场地的仪表雷达的现代化和遥控。在加入林肯实验室之前，
1969年至1973年，他在MITRE公司的雷达技术部门从事技术研究。1973年加入林肯实验室后，他主要从事动目标 检测的研究。1983年，他离开林肯实验室成为位于新泽西州Moorestown的RCA（现在的洛克希德马丁）雷达系统工程的经理。1986年，他在宾夕法尼亚州兰开斯特担任国际信号和控制集团副总裁兼首席科学家，负责公司研究和开发以及集团的远程技术规划。1988年，他作为一名高级工作人员回到了林肯实验室。O'Donnell博士撰写或合写了60多篇出版物。除了他的技术职责，他还为实验室技术人员的 新成员开发和教授了雷达系统课程。他在2003年被选为IEEE Fellow，“对高级监视和跟踪雷达系统的贡献”。他是IEEE航空航天和电子系统（AES）协会，雷达系统专家组 前成员和前主席，曾任雷达技术和应用的IEEE Dennis J. Picard奖章委员会成员，以及前董事会成员的IEEE / AES 协会理事。他是IEEE / AES协会副总裁，在那里他领导的视频教育，主动为IEEE / AES社会发展的教育。为此，该协会将他评为“2007年度创新者”。他于1963年在麻省理工学院获得物理学学士学位，1964年和1970年在宾夕法尼亚大学获得物理学硕士和博士学位。电波之矛欢迎留言、转发和关注感谢点赞
第1章雷达概论 Merrill I. Skolnik 1.1 雷达描述 雷达的基本概念相对简单，但在许多场合下它的实现并不容易。它以辐射电磁能量并检测反射体（目标）反射的回波的方式工作。回波信号的特性提供有关目标的信息。通过测量辐射能量传播到目标并返回的时间可得到目标的距离。目标的方位通过方向性天线（具有窄波束的天线）测量回波信号的到达角来确定。如果是动目标，雷达能推导出目标的轨迹或航迹,并能预测它未来的位置。动目标的多普勒效应使接收的回波信号产生频移，因而即使固定回波信号幅度比动目标回波信号幅度大多个数量级时，雷达也可根据频移将希望检测的动目标（如飞机）和不希望的固定目标（如地杂波和海杂波）区分开。当雷达具有足够高的分辨力时，它能识别目标尺寸和形状的某些特性。雷达可在距离上、角度上或这两方面都获得分辨力。距离分辨力要求雷达具有大的带宽，角度分辨力要求大的电尺寸雷达天线。在横向尺度上，雷达获得的分辨力通常不如其在距离上获得的分辨力高。但是当目标的各个部分与雷达间存在相对运动时，可运用多普勒频率固有的分辨力来分辨目标的横向尺寸。虽然人们通常认为SAR是通过在存储器中存储接收到的信号，从而产生大的“合成”天线，但是用于成像（如地形成像）的合成孔径雷达在横向尺度上获得的分辨力仍可解释为，是由于利用了多普勒频率分辨力的结果。这两种观点（多普勒分辨力和合成天线）是等效的。展望用于目标成像的ISAR所能得到的横向分辨力的途径，理所当然应该是多普勒频率分辨力。 雷达是一种有源装置，它有自己的发射机而不像大多数光学和红外传感器那样依赖于外界的辐射。在任何气象条件下，雷达都能探测或远或近的小目标，并精确测量它们的距离，这是雷达和其他传感器相比具有的主要优势。 雷达原理已在几兆赫兹（高频或电磁频谱的高频端）到远在光谱区外（激光雷达）的频率范围内得到应用。这范围内的频率比高达109:1。在如此宽的频率范围内，为实现雷达功能而应用的具体技术差别巨大，但是基本原理是相同的。 最初，雷达是为了满足对空监视和武器控制的军事需求而研制的。军事应用使雷达技术的开发得到大量的财政支持。但是雷达同时也被用于许多重要的民用场合，如飞机、轮船、宇宙飞船的安全飞行；环境遥感，特别是气象遥感；法律的施行及许多其他应用。 雷达框图 雷达系统的基本组成如简化框图1.1所示（在手册中可见到雷达框图的其他实例）。发射机产生的雷达信号（通常是重复的窄脉冲串）由天线辐射到空间。收发开关使天线时分复用于发射和接收。反射物或目标截获并辐射一部分雷达信号，其中少量信号沿着雷达的方向返回。雷达天线收集回波信号，再经接收机加以放大。如果接收机输出的信号幅度足够大，就
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实验内容： 雷达回波的信号检测 某雷达发射信号为普通单载频信号，脉冲宽度PW （1~100us 自定），重复周期PRI （自定，不出现距离模糊），采样频率自定。天线增益G （20~30dB 自定），天线有效接收面积r A （0.5~52 m 自定），发射峰值功率t P （100KW ~1MW 自定），接收机采用检波非相参体制，带宽w B 较宽，带内噪声近似于白噪声，临界灵敏度min S 自定，系统损耗10dB 左右。波束内有2~3个目标，距离自定，散射面积自定（飞机0.1~102 m ，船舶100~100002 m ），假设目标散射面积脉内不起伏，脉间起伏特性自定。 (1)利用雷达方程，进行雷达回波信号的仿真。 (2)在目标距离处，对有无信号条件下的概率密度函数进行估计 (3)若脉冲内只有一个采样点，采用最小错误率贝叶斯判决方法进行目标检测，统计虚警率和漏警率。 (4)要求虚警率不大于10-5，试计算判决阈值并进行目标检测，统计虚警率和漏警率。 1．雷达系统仿真模型 雷达系统仿真中，最重要的工作就是建立雷达系统的数学模型。现代雷达不仅是多功能系统，而且也是一个高 分辨力系统。因而现代雷达系统的建模将是一个比较复杂 和困难的过程，但给出一个一般性的模型还是可以的。下 面给出雷达系统仿真模型的总体框图。 雷达(Radar)全称是无线电探测与测距，它的基本原理其实很简单，就是通过定向发射电磁波照射到目标上，通过接收反射回来的电磁波测定目标位置。电磁波是直线传 播的，电磁波的传播速度c ，雷达定向发射电磁波到达目 标后反射回来，接收机接收到该电磁波，这一过程所用时间为t ，目标的距离2 ct d 。这是雷达基本测距原理。又因为雷达电磁波是定向发射的，目标的方位也就可以确定了，有了方位和距离，我们就可以实现目标的定位。 雷达用途众多，雷达的用途不同体现在雷达战术性能 参数的不同，进而决定了雷达的技术性能参数(包括辐射源 特征参数)不同，反之，如果知道了雷达的辐射源特征参数，我们也可以通过某种规则和算法分析判断出雷达战术性能参数、进而推断出该雷达的用途。 雷达系统仿真模型 雷达的战术性能包括目标探测范围、测量目标精度、目标分辨力、目标数据率、抗干扰能力、可靠性、雷达体积重量、功耗及部署时间、同时测量的目标数量等。不同用途的雷达有不同的战术性能要求，远程对空警戒雷达要求较大的探测距离，舰船避碰雷达要求较高的距离和角度分辨力，对海搜索雷达要求有较好的抗海杂波干扰能力，攻击(瞄准)雷达对数据率、精度要求高，而作用距离只需要满足攻击武器的最大攻击距离即可。 雷达的技术性能参数包括雷达工作频率和带宽、发射功率、调制波形、脉冲宽度和重复频率、天线的波束形状、天线增益和扫描方式、接收机灵敏度等，雷达辐射源特征参数就是雷达技术性能参数的一部分，对这些特征参数的不同选取在某种程度就决定了雷达的战术性能和用途。 1.1雷达载频与雷达用途 雷达载频就是雷达频率(RF)，它是雷达信号的重要特征参数，是雷达发射机产生并通过雷达天线发射出去的电磁波的频率。目前己经使用的雷达频率从几兆到紫外线区域，任何频率的雷达，其基本原理都是相同的，只是在实现上存在差别，表中给出了通用的雷达的工作频段。每个频段都有其自身的特性，从而使它比其它频段更适合于某些应用。早期的雷达都
一、绪论 雷达：无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。 雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。定时器发射机收发开关天线 显示器接收机天控系统 组成框图 雷达测量原理 雷达发射信号： 雷达接收信号： 雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息 雷达组成： 天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波 收发开关： 发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端
接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号 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：放大微弱的回波信号，解调目标信息 雷达的工作频率： 工作频率范围：22mhz--35ghz 扩展范围：2mhz--94ghz 绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz 雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围 分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力 距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离 角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度 数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。 跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度 发射功率的和调制波形： 发射功率的大小直接影响雷达的作用距离 发射信号的调制波形： 早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形 脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力 重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小 天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示 天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描 接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。
平面相控阵脉冲压缩的雷达气象方程 张子良;郑国光;葛文忠;魏鸣 【期刊名称】《南京信息工程大学学报》 【年(卷),期】2013(005)005 【摘要】在低发射功率条件下,相控阵多普勒天气雷达为了增加探测距离和提高分辨率,需要采用脉冲压缩技术.由于采用相控阵技术,波束扫描过程中,在平面阵非法线方向上会产生波束展宽,引起波束内功率下降,需要在计算雷达气象方程时弥补功率 下降的误差.平面相控阵天气雷达在探测远距离目标时,使用宽脉冲发射,经脉冲压缩处理以提高分辨率,因此需要建立适用的雷达气象方程.首先讨论了脉冲压缩低峰值 功率的平面相控阵多普勒天气雷达的结构、线性调频脉冲压缩的距离(多普勒测量)、调频波形的耦合问题以及目标距离的测量;然后给出了适用于脉冲压缩的平面相控 阵雷达气象方程,此方程同时也适用于一维线性阵的脉冲压缩的天气雷达. 【总页数】6页(P426-431) 【作者】张子良;郑国光;葛文忠;魏鸣 【作者单位】南京信息工程大学大气物理学院,南京,210044;南京电子技术研究所, 南京,210013;中国气象局,北京,100081;南京大学大气科学学院,南京,210093;南京 信息工程大学大气物理学院,南京,210044 【正文语种】中文 【中图分类】TN959.4 【相关文献】
1.基于脉冲多普勒气象雷达技术下的脉冲压缩技术研究 [J], 顾立娟;郝玉保;王彬 2.气象雷达的脉冲压缩技术研究 [J], 田峰 3.气象雷达的脉冲压缩技术研究 [J], 田峰 4.某型相控阵雷达脉冲压缩截位方式研究 [J], 赫炜亮 5.相控阵天气雷达气象雷达方程修正研究 [J], 严军超;胡明宝 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
相控阵雷达信号处理的基础 摘要 本文节给出了一个关于相控阵雷达原理和术语的简短的调查研究。波束形成、雷达探测与参数估计已经描述过了。子阵的概念,单脉冲与任意子阵的估计开发.作为一个自适应波束形成，这是在其他几个部分处理的准备,关于模型塑造的确定性加权的主题将会进行详细的介绍. 1.0 引言 当今阵列在许多应用程序、视图和术语中的运用是完全不同的。我们在这里介绍几个相控阵雷达天线和相关信号处理的具体特点。首先，雷达原理和术语的解释.大量阵列单元的波束形成是典型雷达天线的特点和问题，在其他应用程序众所周知。因此，我们讨论了阵列填满、大光圈和带宽的特殊问题。为了降低成本和空间，天线的输出通常归结于子阵。数字化处理只能靠子阵输出解决.等部分模拟和数字波束形成的问题，特别是光栅的问题进行了讨论.本主题将重新考虑自适应波束形成，空时自适应处理（STAP ）,和SAR 。 雷达探测范围和方向估计由统计假设检验和参数估计理论进行计算.这一理论的主要应用将在下一章的自适应波束形成中进行讨论。在这个章中，我们提出了单脉冲估计的应用，并且在下一章中扩展到自适应阵列或STAP 的单脉冲估计. 由于波束形成在相控阵中起着核心作用，也为各种自适应波束形成做了准备，并且为确定性天线波束形成和和相关通道精度要求做了详细介绍。 2。0雷达和阵列的基础 2.1基本概念 雷达原理在图1中进行了描述。一个长度为τ的脉冲被传输，被反射在目标上和在0t 时刻雷达再次收到该脉冲。这个信号的传输时间经计算为00/2R ct =。这个过程中脉冲重复间隔为（PRI ）T 。因此，最大的明确范围为max /2R cT =。
1． 推导高斯磁场定理0B ∇=. 2． 推导电流连续性定理： 0=+•∇→dt d J ρ 3． 如何麦克斯韦方程推导出波动方程。 6、谈谈你对本课程学习的体会、建议。 8、看图识别分辨率高低。 9．列举常用的雷达信号模型。 10．从电磁波传播及散射角度上，说明sar/insar 或者其他微波雷达能够全天候工作而光学机不能工作的原因。 11.论述电磁波绕射能力与电磁波的频率关系，并解释原因。 12．写出TE 波与TM 波从媒质1入射到媒质2时的反射与透射系数计算公式，并说明何种波存在Bruest 角。 13．噪声雷达具有LPI/LPD 和抗干扰性能强？ 14、有两个同样的带宽完全一样的SAR 系统，SAR1距离向的入射角大于SAR2的距离向入射角，请问哪个SAR 系统获得的距离向地距分辨率更高，为什么？ 15、解释为什么聚束SAR 比条带SAR 获得更高的分辨率？ 16．请写出圆极化基于线极化基德矩阵关系。 17．一个红色物体，以接近光速的速度离你远去，此时你看到的这个物体的颜色会发生变化吗？ 18、解释一调频斜率为正的线性调频脉冲信号（chirp 信号），经过一层损耗媒质后，波形会怎么变化？ 19.用两种以上的观点解释合成孔径雷达获得方位角高分辨率的原理。 20．推导如图所示的二面角的极化散射矩阵，并画出90o ϕ=时~ 21、某一雷达以零度入射角观测海面（例如雷达高度计），说明雷达测量得到的后向散射功率与海面风速变化的关系，并进一步解释下图中海面状态的区别。 （粗糙度与散射的关系）
22．请说明雷达观测地面目标时，采用波束有限体制和脉冲有限体制的区别。 23、利用雷达VV极化和HH极化在冬天对一片杨树林观测，请问哪种方式的雷达回波功率能量较大？（假设雷达发射V极化和H极化功率相同） 24.为什么亚马逊热带雨林作为性在雷达（ku波段）的辐射定标场。 25．请写出雷达方程，并对之有所解释。 26、说明双站散射等效单站散射的原理，并说明等效的单站散射后，信号有效带宽有何变化？ 27．谈谈你对电磁波与目标相互作用工程的理解。 29、在单脉冲跟踪雷达中，说明比幅度和比相位进行角度测量的原理。 30．请论述超视距雷达（over-the-horizon radar OTH）的工作原理。 31.画出下图所示，处于无限大到导电平面上电流源的镜像电流的电流方向。 32．请设计出一个通用雷达的硬件框图。 33、雷达发射机采用I/Q调制技术获得线性调频信号以及雷达接收机采用I/Q解调的好处，并解释I/Q解调获得雷达回波相位的原理。 34.画出半波阵子和全波阵子天线上电流分布的示意图。 35．给出如图所示反射面天线馈源的电场矢量的极化方向，并加以解释。
高分辨雷达目标检测方法研究 刘冰;罗丁利 【摘要】高分辨雷达较低分辨雷达能够提供较多的目标结构信息，但是由于其目标回波和杂波的特殊性，信号检测也存在着一些新的技术问题。本文分析了高距离分辨雷达目标和杂波的回波特性，给出了回波模型，在此基础上分析了非瑞利杂波背景下高距离分辨雷达的检测方法，并进行了仿真验证，结果表明采用TM—CFAR与M／N检测相结合的方法可以很好的利用高分辨雷达的特性进行目标检测，具有良好的检测性能。%Comparing with a low range resolution （LRR）radar, a high range resolution （HRR） radar can provide more structure information of targets. However, due to peculiarity of target echo and clutter, some new technical problems exist in signal detection. The characteristics of HRR radar echo and clutter are analyzed and echo model is given. On basis of this, detection method of HRR radar at background of unRayleigh clutter is analyzed. The simulated results show that using TM-CFAR and M/N methods can carry out target detection by using characteristics of HRR radar, and it has perfect detection performance.【期刊名称】《火控雷达技术》 【年(卷),期】2011(000)004 【总页数】5页(P56-60) 【关键词】高距离分辨雷达;TM—CFAR;M／N 【作者】刘冰;罗丁利
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雷达技术综述 Overview of Radar Technology 摘要： 雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。 关键词： 雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势 Abstract: Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on. This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar , introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar. Key words: radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言 雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。 1 雷达的发展历程
雷达的组成及其原理 课程名称：现代阵列并行信号处理技术 姓名：杜凯洋 教师：王文钦教授 一．简介 雷达（Radar，即 radio detecting and ranging），意为无线电搜索和测距。它是运用各种无线电定位方法，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其它情报的装置。在现代军事和生产中，雷达的作用越来越显示其重要性，特别是第二次世界大战，英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战，使雷达的重要性显露的非常清楚。雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一；信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多，可按多种方法分类： （1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。 （2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。 （3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。 （4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
二. 雷达的组成 （一）概述 1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。 2、收发开关：收发隔离。 3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。 4、接收机：超外差，高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。 5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测判决之前完成（MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。 6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。 7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）才有）。 （二）雷达发射机 1、单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件） 图2-1 单级振荡式发射机 T为间隔的脉冲触发信号 （1）定时器提供以 r （2）脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的大功率视频脉冲信号。
第一章 1. 微波遥感的微波波段：频率范围：300MHz – 40GHz ；波长范围：1m – 0.75cm.。太阳辐射微波小于地球辐射 微波。地球辐射微波：100MHz – 10GHz ：3 nWm-2，100MHz – 1GHZ ：29 pWm-2。有鉴于 此，微波遥感多为主动遥感。 2.微波遥感的特点：由于微波的波长较长，能穿透云、雾而不受天气影响，所以能进行全天时全天候的遥感探测。微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。因此广覆盖。全天候、全气候、广覆盖。 3.微博遥感中较多应用相同相位、微小频率差的干涉。 第二章 1.成像几何的一些概念 斜距方向：微波束传播方向。 地距方向：地面上与飞行器飞行方向垂直的方向。 方位方向：飞行器飞行方向。 天线覆盖区：天线波束射到地面的覆盖区。 幅宽 ：在地距方向上，微波束’照亮’地球表面的宽度。天线覆盖区在地距方向的 宽度。 近地距线 ：幅宽最接近地面轨迹的边。 远地距线：幅宽最远离地面轨迹的边。 视角：天线到地面的垂线与斜距方向的夹角。（技术参数） 入射角：入射线与地面点的法线 的夹角。入射角越小地面起伏越大，反射越强图像上越亮 星下点：飞行器在地面的垂直投影点。 卫星高度：飞行器离开地面的高度 H 。 天线尺度：方位长度 la 和垂直长度 lv 。方位长度平行与飞行方向，垂直长度垂直与飞行方向。 2. 距分辨率：雷达系统在距方向上分辨两个相邻目标点的能力，即返回脉冲在时间上没有重叠 3.斜距分辨率: r r = 2τc 地距分辨率: g r =θ τsin 2c
关于距分辨率：当 = 0，地距分辨率 rg 无穷大 采用侧视 雷达的原因；地距和斜距分辨率均与搭载平台的飞行高度 H 无关；地距分辨率与入射角 有关。近地距 处的分辨率低于远地距处的分辨率。 4. 脉冲压缩技术（关键技术，提高地距分辨率） 知道过程 发射调频宽脉冲，其频率随时间线性变化，称为线性调频脉冲；返回的线性调频脉冲与发射线性调频脉冲的副本经相关器压缩成窄脉冲。压缩的窄脉冲宽度远远小于发射脉冲的宽度。解决了发射功率与提高地距分辨率的矛盾。 压缩的接收调频信号 sinc (πBct )， 其中 Bc = τr -1 为调频带宽，为压缩比。sinc( x )= x x sin 距分辨率：斜距分辨率：r r = Bc 2c ；地距分辨率：g r =θsin 2Bc c 5. 合成孔径雷达技术：现代雷达遥感的核心技术，旨在提高雷达图像的方位分辨率。利用天线的移动合 成一个虚 拟‘长’天线。合成天线的长度（孔径）为实际天线第一次和最后一次探测某一地面点的时 间间隔内实际天线移动的距离。（利用多普勒效应—>频带加宽—>相关操作（压缩技术）—>窄脉冲，现代雷达技术又一关键技术，提高方位分辨率）。 6.脉冲频率（pulse repetition frequency = prf ）约束 雷达脉冲在地球表面投射覆盖区。当微波发射器运动时，形成一系列平行覆盖区。为了能 够连续观测地球表面，要求两个相邻的覆盖区在空间上无间断。 在方位方向覆盖区宽度等于方位分辨率 r a 。设搭载平台的移动速度为 v ，发射脉冲周期为T ，频率为 f 。如两个相邻脉冲无间距，则要求在一个脉冲周期内，搭载平台的移动距离不应该超过 r a ，即 T ≤ r a / v 。频率下限： prf min = a r v =a l 2v 。 为了能够辨识两个实际上相邻的两个返回脉冲，要求前一个发射脉冲在远地距端的返回不 应迟于后一个发射脉冲在 进地距端的返回。脉冲频率上限： prf min = θsin 2S c = tan S 2θ ⊥c =θΘtan 2c 0R v =θλtan 20R c l v
雷达基本理论与基本原理 一、雷达的基本理论 1、雷达工作的基本过程 发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。 2、雷达工作的基本原理 一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2r d v f λ =,即可得到目 标的速度。 3、雷达的主要性能参数和技术参数 3.1 雷达的主要性能参数 3.1.1 雷达的探测范围 雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。 3.1.2 测量目标参数的精确度和误差 精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。 3.1.3 分辨力 指雷达对两个相邻目标的分辨能力。可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2 c R τ ∆=。因此，脉宽越小，距离分辨力越好
3.1.4数据率 雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。 3.1.5 抗干扰能力 指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。 3.1.6 雷达可靠性 分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。 3.1.7 体积和重量 体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。 3.1.8 功耗及展开时间 功耗指雷达的电源消耗总功率。展开时间指雷达在机动中的架设和撤收时间。 3.1.9 测量目标坐标或参数的数目 目标坐标是指目标的方位、斜距和仰角，此外，还指目标的速度和性质（机型、架数、敌我）。对于边扫描边跟踪雷达，还指跟踪目标批数，航迹建立的正确率。 3.2 雷达的主要技术参数 3.2.1 工作频率和工作带宽 雷达工作频率主要根据目标的特性、电波传播条件、天线尺寸、高频器件的性能以及雷达的测量精确度和功能等要求来决定 3.2.2 发射功率 分为脉冲功率和平均功率，雷达在发射脉冲信号期间所输出的功率称为脉冲功率，平均功率指一个重复周期内，发射机输出功率的平均值。 3.2.3 调制波形、脉冲宽度和重复频率 现代雷达则采用多种调制波形以供选择。脉冲宽度指发射脉冲信号的持续时间。脉冲重复频率指雷达每秒发射的射频脉冲个数，其倒数叫脉冲重复周期。 3.2.4 天线的波束形状、增益和扫描方式 天线的波束形状一般用水平和垂直面内的波束宽度来表示。天线增益用 24/G A πλ=表示。天线的主瓣在雷达的探测空域内以一定的规律运动，叫做扫
雷达系统分析大作 作 者： 雪娣 学号：0410420727 1. 最大不模糊距离： ,max 1252u r C R km f == 距离分辨率： 1502m c R m B ∆= = 2. 天线有效面积： 22 0.07164e G A m λπ == 半功率波束宽度： 3 6.4o db θ== 3. 模糊函数的一般表示式为 () ()()2 2* 2 ;⎰ ∞ ∞ -+= dt e t s t s f d f j d πττχ 对于线性调频信号 ( )21 Re j t p t s t ct e T πμ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭ 则有： ()()2 21 ;Re Re p j t T j t d p p p t t f ct ct e e dt T T T πμπμτ χτ∞+-∞⎛⎫⎛⎫+= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎰ () ()()sin 1;11d p p d p d p p f T T f T f T T τπμττχττπμτ⎛⎫⎛⎫+- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭=- ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭+- ⎪ ⎪ ⎝ ⎭ 分别令0,0==d f τ可得()()2 2 0;,;0τχχd f ()() sin 0;d p d d p f T f f T πχπ=
()sin 1 ;011 p p p p p T T T T T τπμττχττπμτ⎛⎫ ⎛⎫- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭=- ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭- ⎪ ⎪⎝ ⎭ 程序代码见附录1的T_3.m, 仿真结果如下:
4. 程序代码见附录1的T_4.m, 仿真结果如下:
通过比较得知，加窗后的主副瓣比变大，副瓣降低到40db 以下，但主瓣的宽度却增加了，约为未加窗时的1.5倍，主瓣也有一定的损失。 5.由雷达方程 221 34 0(4)t PG Te SNR KT LFR λσπ= 计算可得 1196.5540log SNR R =- db 作图输出结果如下，程序代码见附录1的T_5.m