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第15章动目标显示（MTI）雷达Willian W.ShraderV.Gregers-Hansen15.1 引言MTI雷达的用途是抑制来自建筑物、山、树、海和雨之类的固定或慢动的无用目标信号，并且能检测或显示飞机之类的运动目标信号。
图15.1是两张平面位置显示器（PPI）的照片，表明了一部正常工作的MTI雷达的效果。
从中心亮点到平面位置显示器的最边缘为40n mile，距离刻度环间距为10 n mile。
其中，左图是正常的视频显示，显示了固定的目标回波；右图是MTI雷达抑制杂波的照片，在天线扫描3次的时间内，照相机快门始终是打开的，因此飞机目标呈现连续的3个回波。
图15.1 MTI系统的效果这两张照片显示了MTI系统的效果。
在天线连续转3圈时，由于照相机的快门一直是打开的，所以在右面的照片上，飞机看起来就是相邻的3个亮点。
PPI的量程是40 n mile。
MTI雷达利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。
在脉冲雷达系统中，这一多普勒频移表现为相继返回的雷达脉冲间回波信号的相位变化。
假设雷达所辐射的射频脉冲能量被一幢楼房和飞向雷达站的一架飞机所反射。
反射回波需经一定的时间方能返回雷达。
雷达又发射第二个射频脉冲，楼房反射的回波信号仍将经历完全相同的时间后返回。
但雷达手册²576²是从飞机反射回的信号所经历的时间却稍微少一些，这是因为在两个发射脉冲之间，飞机已向雷达的方向靠近了一段距离。
回波信号返回雷达所需的准确时间并不重要，但脉冲间时间是否变化却很重要。
时间的变化（对飞机目标而言，数量级为几个毫微秒）可以用回波信号的相位与雷达基准振荡器相位之间加以比较来确定。
如目标在脉冲间发生移动，则回波脉冲的相位就会发生变化。
图15.2是一种相参MTI雷达的简化框图。
射频振荡器向发射脉冲的脉冲放大器馈送能量。
同时，射频振荡器还用做确定回波信号相位的相位基准。
在发射脉冲的间隔时间内，相位信息储存在脉冲重复间隔（PRI）存储器中，并且还与前一个发射脉冲的相位信息相减。
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，RadioDetectionandRanging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。
典型雷达参数范文雷达是一种利用电磁波进行探测和测量的无线电设备，广泛应用于航天、船舶、航空、气象、军事等领域。
以下是典型雷达的参数及其详细解释：1.发射功率：雷达发射功率是指雷达系统向空间发送的电磁能量，通常以瓦特（W）为单位。
发射功率的大小决定了雷达系统的探测距离和分辨能力，一般来说，发射功率越大，雷达的探测范围和分辨能力越强。
2.接收灵敏度：接收灵敏度是指雷达接收到的电磁信号的强度，通常以分贝（dB）为单位。
接收灵敏度的高低决定了雷达系统对微弱信号的探测能力，接收灵敏度越高，雷达系统越能够探测到远处的目标。
3.工作频率：雷达工作频率是指雷达系统所使用的电磁波的频率，通常以赫兹（Hz）为单位。
不同的雷达系统工作在不同的频率范围，不同频率的电磁波在大气中的传播特性不同，因此会对雷达的探测距离和分辨能力产生影响。
4.脉冲重复频率（PRF）：脉冲重复频率是指雷达系统发射脉冲的频率，通常以赫兹（Hz）为单位。
脉冲重复频率的高低决定了雷达系统的测量速度和探测能力，高脉冲重复频率下，雷达系统能够更快地完成一次扫描，提高雷达的探测效率。
5.脉冲宽度：脉冲宽度是指雷达系统发射脉冲的时间长度，通常以纳秒（ns）为单位。
脉冲宽度的长短决定了雷达系统对目标的测量精度和分辨能力，脉冲宽度越短，雷达系统对目标的测量精度越高。
6.方位分辨力：方位分辨力是指雷达系统在方位上能够分辨的两个相邻目标的最小角度差，通常以度（°）为单位。
方位分辨力的高低决定了雷达系统对目标的定位精度，方位分辨力越高，雷达系统对目标的位置判别越准确。
7.高度分辨力：高度分辨力是指雷达系统在垂直方向上能够分辨的两个相邻目标的最小高度差，通常以米（m）为单位。
高度分辨力的高低决定了雷达系统对目标的高度测量精度，高度分辨力越高，雷达系统对目标的高度判别越准确。
8.最大探测距离：最大探测距离是指雷达系统能够探测到的目标的最远距离，通常以米（m）为单位。
雷达简介-雷达工作的基本参数-PART1一．雷达简介1．什么是雷达雷达（Radar），又名无线电探测器，雷达的基本任务是探测目标的距离、方向速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和显示器等组成。
2.雷达的工作原理雷达通过发射机产生足够的电磁能量，通过天线将电磁波辐射至空中，天线将电磁能量集中在一个很窄的方向形成波束向极化方向传播，电磁波遇到波束内的目标后，会按照目标的反射面沿着各个方向产生反射，其中一部分电磁能量反射到雷达方向，被雷达天线获取，反射能量通过天线送到接收机形成雷达的回波信号。
这里要说明的是，由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达接收的回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没，接收机将这些微弱的回波信号经过低噪放，滤波和数字信号处理，将回波信号处理为可用信号后，送至信号处理机提取含在回波信号中的信息，将这些信息包含的目标距离方向速度等现实在显示器上。
二．雷达的基本用途1.测定目标的距离为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2。
其中，S为目标距离T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间C为光速2.测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。
测量仰角靠窄的仰角波束测量。
根据仰角和距离就能计算出目标高度。
雷达发现目标，会读出此时天线尖锐方位的指向角，就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
3.测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理．当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
1 .雷达的定义雷达是对于远距离目标进行无限探测、定位、侧轨和识别的一种传感器系统。
2 .最基本的雷达系统的组成2.1 雷达发射机雷达发射机(transmitter )的作用是产生辐射所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线。
2.2 天线天线的作用是将雷达发射机馈送来的高频脉冲信号辐射到探测空间2.3 接收机接收机的主要任务是把微弱的目标回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度。
接收机图1-1雷达系统的基本原理 目标检测与信息提取到目标的距同波信发射信收发开关发射机2.4目标检测和信息提取目标检测和信息提取等任务是实现雷达接收机输出信号的进一步处理3.雷达天线天线是雷达系统中发射和接收电磁波的装置，是雷达系统与外界联系单的纽带。
他的主要作用是：(1)将雷达发射机产生的高能量电磁波辐射(有一定的方向性)向外部自由空间(空气或其他媒介)；(2)接收目标的回波(包括外部噪声)。
4.雷达发射机雷达发射机的作用是产生所需强度的高频脉冲信号，并将高频信号馈送到天线发射出去。
常见的雷达发射机可分为单级振荡式发射机和主振放大发射机两类。
单级振荡式发射机，由于脉冲调制器直接控制振荡器工作，每个射频脉冲的起始射频相位是由振荡器的噪声决定，因而相继脉冲的射频相位是随机的，即受脉冲调制的振荡器所输出的射频脉冲串之间的信号相位是非相参的。
所以，有时把单级振荡式发射机称为非相参发射机。
4.1 主振放大发射机主振放大式发射机由多级组成，图4-2是其基本组成框图。
图4-2主振放大式发射机组成框图主控振荡器用来产生射频信号；射频放大链用来放大射频信号，提高信号的功率电平；主振放大式因此而得名。
主控振荡器常由基准振荡器、本机振荡器和相干振荡器等组成微波振荡器组。
由于微波振荡器组常由固体器件组成，所以也称它们为固体微波源。
现代雷达要求主控振荡器的输出频率很稳定。
射频放大链一般由一至三级射频功率放大器级联组成。
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达FRED M. STAUDAHER16.1 采用AMTI技术的系统机载搜索雷达最初是为远程侦察机探测舰艇研制的。
第二次世界大战后期，美海军研制了几种机载预警（AEW）雷达，用来探测从舰艇雷达天线威力区之下飞近特遣舰队的低空飞机。
在增大对空和对海面目标的最大检测距离方面，机载雷达的优点是显而易见的，只要了解下述情况就很清楚了，高度为100ft的天线桅杆，其雷达视线距离只有12n mile，而与其相比，飞机高度为10 000ft时，雷达视线距离则为123n mile。
神风突击队袭击造成多艘哨舰的损失引起了机载自主探测与控制站的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界巡逻机。
E—2C航空母舰舰载飞机（如图16.1所示）使用机载预警雷达作为其机载战术数据系统中的主要传感器。
这种雷达的视界很宽，用于检测海杂波和地杂波背景中的小飞机目标。
由于其首要的任务是检测低空飞行的飞机，因此这种雷达就不能靠抬高天线波束的仰角来消除杂波。
AMTI雷达系统就是在这种情况下发展起来的[1]~[3]，与前一章中探讨的地面雷达的MTI 系统相似[1][4]~[6]。
图16.1 带有旋转天线罩的E—2C空中预警机在截击机火炮控制系统中，AMTI雷达系统还可用来捕捉和跟踪目标。
在这种场合中，雷达仅需抑制指定目标附近的杂波。
因此，在目标所处的距离和角度扇形区内可将雷达优化到最佳状态。
MTI系统也可以装在侦察机或战术歼击-轰炸机上用来检测地面运动的车辆。
由于目标速度低，因而采用较高的雷达频率以获得大的多普勒频移。
因为背景杂波通常很强，故这些雷达能够有效地采用非相参MTI技术。
高空、高机动、高速度的环境条件及尺寸、重量、功耗的限制给AMTI雷达设计者带来了一系列的特殊问题。
本章将专门探讨机载条件下如何处理这些特殊问题。
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达·637·16.2 覆盖范围的考虑搜索雷达一般要求有360︒方位角覆盖。
这个覆盖范围在飞机上是很难达到的，其原因在于：天线突出机外安装将会增大阻力；使稳定性变差；使结构复杂等问题。
当要求扩大垂直覆盖范围时，飞机机身和垂直安定面将使天线方向图变形和受遮挡。
从战术要求的分析来看，只需要覆盖一定的扇形区即可。
但是这个扇形区相对于机头方向应该在整个360︒范围内可以变换。
这样才能满足下列各种情况下对覆盖范围的要求，即改换航线、遇强风有大偏流角、与风有关的地面跟踪、非标准飞行状态及进出基地的覆盖要求。
16.3 平台运动和高度对MTI性能的影响MTI应能区分出空中动目标和固定的地或海杂波。
然而，在飞行状态下，杂波是相对于飞机运动的。
可用诸如TACCAR（时间平均杂波相参机载雷达）的技术补偿杂波平均径向速度。
如图16.2所示，杂波的视在径向速度V r =-V g cosα。
式中，V g为飞机地速，即相对于地面的飞行速度；α为到地面一点的视线与飞机速度矢量之间的夹角。
图16.3为沿地面等径向速度的轨迹。
为使该图归一化，假定地面为一平面，归一化的径向速度V n=V r/V g为方位角ψ和归一化地面距离R/H的函数。
此处H为飞机高度。
图16.2 几何关系图α0为天线指向角；α为视线角；θ为偏离天线中心的角度；V g为飞机地速；V r为点目标的径向速度；V B为沿天线中心线（瞄准线）的径向速度；ψ0为天线方位角；ψ为方位角；R为到点目标的地面距离；H为飞机高度雷 达 手 册·638·图16.3 随飞机距离高度比R/H 和方位角ψ 变化的归一化等径向速度V r /V g 的轨迹与天线指向角α0所确定的对应于等径向速度（如图16.2所示中的V B ）的单一杂波多普勒频率不同，雷达“看到”的是一段连续速度区间。
这就形成了一定宽度的频谱，其形状由与地面相交的天线方向图、杂波的反射率及波束中的速度分布所决定。
此外，因为在特定方位角ψ上V r 是随距离变化的，所以中心频率和频谱形状也是随距离和方位角ψ0变化的。
当天线指向前方时，主要影响是由于α0随距离变化而引起的中心频率的相应变化。
当天线指向与飞机垂直时，主要影响是天线波束宽度内的速度分布以上两者分别称为斜距效应和平台运动效应。
斜距对多普勒偏移的影响天线瞄准线的速度V B 是沿天线中心线（瞄准线）方向上的地速分量，用-V g cos α0表示。
如果杂波面和飞机在同一个平面（共面）上，则这个分量等于-V g cos ψ 0，而与距离无关。
实际瞄准线速度与共面的瞄准线速度之比值定义为归一化瞄准线速度比000cos cos cos VBR φψα== （16.1） 式中，φ0是天线中心线离开水平面的俯角。
图16.4为不同飞行高度下，归一化瞄准线速度比与斜距的关系曲线，其考虑了地球曲率。
对小于15mile 的斜距来说，这个变化是很急剧的。
杂波频谱的中心应落在AMTI 滤波器的凹口（即最小响应区）以得到最大的杂波抑制。
这只要把雷达信号的中频或射频偏移一个量即可完成。
该偏移量等于杂波频谱的平均多普勒频率。
雷达移动时，由于杂波的中心频率是随距离和方位变化的，故需采用诸如下面所述的TACCAR 之类的开环或闭环控制系统，使滤波器凹口跟踪多普勒偏移频率。
时间平均杂波相参机载雷达（TACCAR ）麻省理工学院林肯实验室最初是为解决AMTI 雷达问题而研制时间平均杂波相参机载雷达的。
在试用了许多其他的方法后，他们发现，如果用杂波回波而不是发射脉冲来锁相雷达的杂波滤波器，就能使杂波中心位于滤波器阻带内。
由于散射体位置在方位上的分布是不同的，杂波相位在不同距离单元间是变化的，因此有必要在尽量长的间隔内来平均杂波回波。
第16章机载动目标显示（AMTI）雷达·639·其他处理方法，如相位比较对消曾在雷达（AN/APS—70）中应用。
现在，时间平均杂波相参机载雷达技术被用来使杂波回波谱中心对准零滤波器频率。
由于这项技术能够补偿因海浪、箔条、气象杂波引起的平均多普勒频率偏移，因此它不仅可用于机载雷达，也用于舰载和地面雷达。
图16.4 在不同的飞机高度下，归一化瞄准线速度比VBR与斜距R S和飞机高度H之差的关系曲线图16.5是时间平均杂波相参机载雷达的原理框图。
杂波误差信号通过测量杂波回波的脉间相移 d T p得出，它是一个非常灵敏的误差信号。
平均误差信号控制压控相参主振荡器（COMO），它决定了雷达的发射频率。
相参主振荡器的频率，经如图16.5所示中的自动频率控制（AFC）环路，受控于系统基准振荡频率。
当无杂波时，它提供一个稳定的频率基准。
从飞机惯性导航系统和天线伺服系统来的一个输入信号提供一个预测的多普勒频移。
这些输入为时间平均杂波相参机载雷达系统提供一个窄带校正信号。
图16.5 时间平均杂波相参机载雷达控制环路信号流程框图由于杂波信号的噪声特性，需要有控制系统跨过弱杂波回波区并且要求不响应真实目标的多普勒频移，控制系统通常跟踪给定雷达距离间隔内的方位变化。
这个间隔的最大距离应选择得使杂波成为这一间隔内的主要信号。
最小距离应选择得能排除平均频率与所关心区域雷达手册·640·内的频率明显不同的那些信号。
在某些应用中，必须运用多个控制环路，每一环路覆盖一定的距离间隔或者按距离改变偏移频率。
在任一给定的距离内，滤波器凹点实际处于某一个频率上，而杂波频谱的中心却处于另一个频率上，两频率之差造成多普勒偏移误差，如图16.6所示，杂波频谱伸入滤波器通频带内愈多，改善因子变坏也愈大。
图16.6 多普勒偏移误差的影响（f r = PRF）图16.7为对应于不同杂波频谱宽度时，单路延迟和双路延迟对消器的改善因子I与凹点偏移误差对PRF之比的关系曲线。
值得庆幸的是，在偏移误差最大的探测范围的前向扇区内，平台运动的频谱是很窄的。
对输入杂波频谱宽度为PRF的3%的双路延迟对消器而言，当偏移误差为PRF的1%时，可获得的改善为26dB。
如果雷达频率为10GHz、PRF为1kHz、地速为580kn时，则凹口必须保持在0.29kn之内，即0.005V g内。
图16.7 对应于不同杂波频谱宽度σc时，改善因子I与归一化多普勒偏移误差σe之间的关系曲线这些要求及平台运动频谱的宽度决定了参差PRF系统首先必须根据保持阻带来进行选择，而不是根据使通带变平来选择的。
同样，高阶延迟滤波器（有反馈或无反馈）也是根据阻带抑制度来综合的。
在极限情况下，采用窄带滤波器组，其中每个滤波器有一个窄通带，其余部分形成阻带。
第16章 机载动目标显示（AMTI ）雷达·641·平台运动的影响对于机载雷达来说，当θ 和俯角φ 0的值都比较小时，杂波散射体呈现的径向速度与同一距离天线瞄准线的径向速度之差为()[])2/(sin 2sin cos cos cos cos 2y x 00g g 0g Br e θθθααααV V V V V V V V +=+-=-=-= （16.2）式中，V x 为垂直于天线瞄准线的速度水平分量；V y 为沿着天线瞄准线的速度分量；θ为偏离天线瞄准线或包含瞄准线的垂直面与地面交线的方位角。
当α0偏离航向若干个波束宽度时，相应的多普勒频率为θλθλx x d 2sin 2V V f ≈= （16.3） 这一现象构成了平台运动时杂波的功率频谱，在方位上被天线双程功率方向图所调制。
真实的频谱可近似地用高斯频谱表示)()(4)/()/(2221θλσθσG e e f H pm x pm d V f ≈==-- （16.4）当θ =θa /2时，天线双程功率方向图G 4(θ)为0.25。
式中，θa 为半功率点波束宽度，可用λ/α近似表示；α为有效的水平口径宽度，因此25.02pm x )/(2/1=-ασV e 或 ασV x pm 6.0= （16.5） 式中，V x 和α为同一单位。
这个数值低于其他作者[4][5]推导的数值。
然而，这个数值却与本章作者分析的实验数据和对天线方向图较精确的分析是一致的。
将所关注的双程功率方向图在指定点上与高斯近似式一致，可取得更精确的参量σpm ，用统计技术或拟合方向图并用数值方法确定θ的标准偏差。
计算改善因子I 时，把合成的剩余功率平均一下即可，这些剩余功率是将对应于天线方向图从零点到零点之间的每一特定θ值上的信号矢量进行相加而得到的。
图16.8为平台运动对MTI 改善因子的影响，说明改善因子是孔径平面上口径位移与脉间间隔T P 之比值的函数关系。
位移5.4%将把双路延迟改善因子减少到30dB 。
此时，如果系统的PRF 为1000Hz 、天线孔径为10ft ，相应的位移速度则为540ft/s 。
