雷达系统导论

雷达系统导论2二、目标距离的测量对单基地而言(发射机和接收机放在同一位置)，设电波在雷达与目标间往返一次所需时间为R t (即回波相对发射信号的延迟)，则目标至雷达的距离为：R ct R 21= 简单未调制的连续波雷达没有测距能力，这与其发射波形的频谱(带宽)较窄有关。

若必须测量距离，则在连续波载频上必须加上某些定时的标志，定时标志可以识别发射的时间和回波时间。

标志越尖锐、鲜明，则传输时间的测量越准确。

由傅里叶变换性质知：定时标志越尖锐，则发射信号的频谱越宽。

因此为了测量传输时间或距离，则必须发射一定宽度的频谱[3]p68。

利用调幅、调频或调相可展宽连续波发射信号的频谱。

根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可采用脉冲法、频率法和相位法。

根据雷达信号的形式，雷达主要分为：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。

此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。

1．脉冲法[1]p174~181 (脉冲雷达)常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是矩形脉冲，按一定的或交错的重复周期工作。

脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关(简称为收发开关TR)和接收机保护器。

在发射时，收发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。

接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失[1]p58~58。

距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离，它主要取决于雷达信号波形。

对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为[2]p480：Bc R 2=δ 式中c 为光速，B 为发射波形带宽当采用简单未编码的矩形脉冲(如图8)时，τ1=B ，其中τ为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言，2τδc R =，即脉冲越窄，距离分辨力越好。

测距范围包括最小可测距离和最大单值测距范围。

最小可测距离是指雷达能测量的最近目标的距离。

9.1 （ a）推导尺寸为 D 的均匀照射线源口径的场强方向图的表达式。

（ b）大致画出它的辐射功率方向图的图形。

(c) 如果天线的尺寸是 60 波长，那么主波束的头两个零点间宽度是多少？ (d) 半功率点宽度是多少？(a) E( ) sin[ ( D / )sin ](D / )sin(b)-10-20-30edut in-40gam-50-60-70-80-80-60-40-20020406080angle(c)60πsin φ πφ0.955 o所以两零点宽度 1.9o(d)半功率点宽度 0.2693o9.7 为什么抛物面可以做成一个好的反射面天线？抛物面表面可以把从馈源辐射的球面波转成平面波，因此当被在焦点的馈源适当照射时，抛物面产生一个几乎对称的笔形天线方向图。

9.8 下列抛物反射面天线在什么情况下可以使用：(a) 旋转抛物面(b) 旋转抛物面的一段 (c) 抛物柱面(d) 圆形环抛物面 (e) 偏馈抛物面(f) 卡塞格伦 (g) 镜面扫描天线 (h) 球面反射面天线(i) 透镜天线？旋转抛物面跟踪雷达旋转抛物面的一段二维对空警戒雷达抛物柱面需要精确的俯仰波束赋形偏馈抛物面既不存在由于孔径遮挡的方向图畸变，也没有任何显著数量的辐射被馈源截获引起阻抗失配。

卡塞格伦射电天文和空间通信镜面扫描天线体积小，重量轻，适合载荷有限的场合。

球面反射面天线对任何入射角均可反射到馈源，适合射电天文透镜天线天线辐射波束中的旁瓣和后瓣小，方向图较好；②制造透镜的精度要求不高，制造方便，重量比较轻，适合机载，星载等情况。

9.10 列出现有的五种获得相移的基本方法，并给出基于每种方法的移相器的例子。

为了获得相移的方法归纳如下：频率f应用于串联传输线，如蛇形馈电线长l可以用电子开关接入或去掉传输线的长度来实现移相，如二极管移相器。

导磁率当加上的磁场变化时，铁氧体材料显示导磁率的变化，从而产生相位变化，如铁氧体移相器。

雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。

脉冲多普勒雷达：采用脉冲方式发射的多普勒雷达。

动目标显示：为增强检测并显示运动目标的一种技术。

共同特点：利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标，杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。

主要区别：《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。

用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊，用高PRF可克服多普勒频率模糊，但一般难以同时克服两种模糊。

通常MTI雷达的PRF选得较低，以便能克服距离模糊(即没有多次回波)，但频率测量是模糊的并导致了盲速。

而PD雷达具有高的PRF，能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。

《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF，而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器，而PD雷达是用一组相参积累滤波器。

因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。

MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波，滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上，而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。

由于固定目标杂波背景的复杂性，MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制，达不到对动目标检测的最佳效果。

PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标，同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波，通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组，其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。

5.1(a)求时间宽度为τ、幅度为A 的理想矩形（视频）脉冲的匹配滤波器频率响应函数)(f H （假设脉冲在时间上从2/τ-延伸至2/τ+）。

(b)概画)(f H 对正频率的的幅度。

(c)概画视频匹配滤波器的输出，（直接观察比计算更容易得到结果。

）可以取0=m t 。

解：(a)矩形脉冲的频谱为：)(sin 2)(*2/2/2/2/22f S ff Af j e A dt e A f S ft j ft j ==-==----⎰πτππττττππ 所以，m ft j a e f f A G f H πτπτπ2sin )(-= (b) 概画)(f H 对正频率的的幅度如下：(c) 取0=m t ,概画视频匹配滤波器的输出如下：5.6 在式（5.1）中给出的匹配滤波器频率响应函数表达式里，常数a G 的单位是什么？解：由式（5.1）)2exp()()(*m a ft j f S G f H π-=，式中)2exp(m ft j π-部分没有单位，常数a G 的单位是能量的单位的倒数1()VT -。

5.9 （a ）画出相关接收机的方框图。

（b ）解释为什么在检测性能上相关接收机可以认为等同于匹配接收机。

（c ）如果可能，在什么情况下可以选择制造相关接收机而不是匹配接收机？解：（a ）输入信号()in y t 首先乘以发射信号的延迟的()R s t T -（R T 是估计的目标回波信号的时延估计值），然后把乘积通过低通滤波器完成积分。

（b ）（参看P211）因为匹配滤波器的输出是接收信号和发射信号的互相关函数，所以匹配滤波器和互相关接收机在数学上是等价的，在检测性能上相关接收机可以认为等同于匹配接收机。

（c ）在对单一时延R T 检验是否出现目标时，可以选择制造相关接收机而不是匹配接收机。

5.12 证明匹配滤波器的脉冲响应)]()([t t s G t h m a -=是它的频率响应函数)2exp()()(*m a ft j f S G f H π-=的傅立叶变换。