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。

2018/11/3 9
ICASSP – International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing IEEE SP Society主办，年会，3000页左右 ICSP – International Conference on Signal Processing 中国电子学会主办，每两年一届(偶数年)，2000页左右 NAECON – National Aerospace and Electronics Conference IEEE AES Society主办，每年一届 International Conference on HF Radio Systems & Techniques IET主办，每三年一届 International Conference on Antennas and Propagation IET主办，每两年一届 IEEE Antennas and Propagation International Symposium IEEE AP Society主办，年会 IGARSS – International Geoscience and Remote Sensing Symposium IEEE GRS Society主办，年会 SPIE Conference, Symposium on ….. SPIE召开的系列研讨会，目前已累积出版数千册 OCEANS – / IEEE OE Society，每年在美国与MTS (the Marine Technology Society) 合办一次会议，在亚太地区(奇数年)、欧洲(偶数年)单独举办一次。
国内期刊
电子学报、Chinese Journal of Electronics 中国电子学会 电子与信息学报、Journal of Electronics (China) 中科院电子所 通信学报 中国通信学会 宇航学报 中国宇航学会 航空学报 中国航空学会 微波学报 中国微波学会 系统工程与电子技术、Journal of System Engineering and Electronics 信号处理、电波科学学报、现代雷达、雷达与对抗、雷达科学与技术、 中国雷达、电子对抗、电子对抗技术、航天电子对抗、舰船电子对抗

得到一维特性后推广到其它各个时刻，就可以得到整个白噪声
而任意两个时刻之间是不相关的。

过程的特性；因为其任一时刻的一维概率密度函数都是相同的，
随机过程的简化方法
一阶矩
均值
E[ x(t )] xP ( x)dx

二阶矩
相关函数 均方
rxx (t1 , t 2 ) E ( x(t1 ) x(t 2 )] E( x )
幅度：瑞利分布、韦布尔、复合k分布
功率谱：高斯谱，双峰
7
2.2 概述
雷达系统的输入：
杂波
气象杂波
云、雾、雨、雪、冰、雹等产生的杂波 幅度：瑞利分布 功率谱：高斯谱 仙波
海鸟等所产生的杂波
点或面杂波
8
2.2 概述
雷达系统的输入：
干扰 有源干扰
各种雷达欺骗信号
高功率的工业噪声
u F ( )
根据反函数，可以求取随机变量的抽样公式
i F 1 (ui )
17
直接抽样
• 利用直接法产生其它分布随机变量
[a,b]区间上均匀分布的随机变量
指数分布随机变量：E ( x) , D( x) 2
1
1
瑞利分布随机变量
E ( x)

2
1.25 , D( x) (2 ) 2 0.43 2
2



x1 x2 P( x1 x2 )dx1dx2
x 2 P( x)dx
方差
Var[ x(t )] E[( x(t ) E[ x(t )]) 2 ] E[ x 2 (t )] {E[ x(t )]}2

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。

✓ 它能获得目标的三维位置坐标、速度、加速度和目标 运动轨迹。
特征测量雷达：
✓ 它能获得目标的雷达散射截面积、角闪烁特性、极化 特性、散射中心分布特性等参量，进而推求出目标形 状、体积、姿态、表面材料、粗糙程度等，从而达到 对遥远目标进行分类、辨识与识别的目的。
雷达的应用领域
军事
✓ 防空警戒（超远程、远程、近程）、反导（不同阶段）、指 挥引导（地面、机载）、制导（地面、导引头）、侦查（机 载、星载）、火控（地面、机载）、炮瞄、空间飞行器跟踪。
✓ 微波、毫米波波段，穿透性强，全天候 ✓ 缺点：分辨率不如光学和红外 ✓ 雷达系统：解决全天候使用的问题，不是为了提高分
辨率
雷达工作频率
雷达工作频率
10km 1km 100m 10m 1m 0.1m 1cm 1mm 0.1mm
VLF LF
MF HF VHF UHF SHF EHF
30K 音频
300K 3M 广播
雷达的发明
1904年，德国人胡尔斯耶而发明Telemobiloscope，探测到海面 船只，并申请了专利，但由于无法测量距离而没有大量应用。
雷达的发明
1935年，英国人Robert Watson Watt在研究“死 亡射线”的基础上，开始研究无线电的探测和测 距功能，2月用6MHz通信设备做了差拍信号探测飞 机实验，6月成功的验证了脉冲技术探测和测量飞 机距离的方案。
雷达目标的两种分类
合作目标：
✓ 雷达发展的重要分支——微波遥感，合成孔径雷达， 微波散射计、高度表等微波遥感设备。
非合作目标：
✓ 多采用“多、假、小、低”措施，采用多目标、诱饵、 隐身、低空等措施与雷达对抗，迫使雷达产生了相控 阵、多基地、脉冲多普勒等先进体制。

02 雷达系统组成
发射机
发射机是雷达系统的核心组成部分， 负责产生高频率的电磁波信号。
发射机的性能指标包括发射信号的频 率、功率、波形和调制方式等，这些 指标直接影响雷达的探测距离、分辨 率和抗干扰能力。
发射机通常包括振荡器、功率放大器 和调制器等组件，用于产生特定频率 和功率的信号。
为了提高雷达的性能，需要不断优化 发射机的设计，如采用新型的振荡器 和放大器技术，以提高信号的稳定性 和功率。
雷达干扰的种类与产生机理
• 杂乱式干扰：通过发射杂乱信号使雷达接收机过载，导致 无法正常工作。
雷达干扰的种类与产生机理
01
干扰产生机理
02
电磁波传播过程中受到自然或人为因素的干扰，导 致信号失真或被淹没。
03
干扰源通常包括敌方有意发射的干扰信号、自然界 的电磁噪声以及设备内部产生的噪声。
抗干扰技术的主要方法
的信息。
参数测量
参数测量阶段需要对目标的距离、速 度、角度等参数进行测量，以获取目
标的详细信息。
信号检测
在信号检测阶段，需要对接收到的信 号进行阈值检测或相关检测，以判断 目标是否存在。
数据处理
数据处理阶段需要对采集到的数据进 行预处理、特征提取和分类识别等操 作，最终输出目标信息。
05 雷达数据处理
智能化抗干扰技术
利用人工智能和机器学习技术，自动识别和 排除干扰信号。
软硬结合抗干扰技术
结合硬件和软件手段，从多个层面降低干扰 信号的影响。
多频段、多模式抗干扰技术
开发利用多个频段和多种工作模式的雷达， 提高抗干扰能力。
网络化抗干扰技术
通过组网技术，实现雷达之间的信息共享和 协同工作，提高整体抗干扰能力。

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。

工作原理
雷达通过发射机产生高频电磁波，经过天线辐射到空间中，遇到目标后反射回 来，被雷达天线接收并传输给接收机进行处理，最终形成目标图像或数据。
雷达的分类
脉冲雷达
连续波雷达
通过发射脉冲信号进行探测，根据回波信 号的延迟时间确定目标距离，具有较高的 距离分辨率。
发射连续的电磁波，通过测量电磁波在空 间中的传播时间来确定目标距离，具有较 高的速度分辨率。
气象观测
雷达能够探测气象目标，如降水、风速、风向 等，为气象预报提供数据支持。
资源探测
雷达可用于地质勘探和资源探测，发现地下矿藏和资源分布。
未来雷达技术的发展趋势
隐身技术
随着反雷达技术的发展，雷达隐身技术将更加重要，提高雷达的生 存能力。
高频、超宽带技术
高频和超宽带雷达具有更高的分辨率和更强的抗干扰能力，是未来 发展的重要方向。
交通运输
雷达在交通运输领域中用于车辆自动驾驶、交通流量监测 、航道监测等方面，可以提高交通运输的安全性和效率。
航空航天
雷达在航空航天领域中用于导航、气象观测、地形测绘、 卫星轨道测量等方面，对于航空航天技术的发展具有重要 意义。
气象观测
雷达在气象观测领域中用于降水、风速、云层等方面的观 测和预报，对于气象研究和灾害预警具有重要作用。
合成孔径雷达
相控阵雷达
利用高速运动平台产生的多普勒效应，将 较小尺寸的天线等效为大面积天线，提高 雷达的方位分辨率。
通过控制阵列天线中各个辐射单元的相位 和幅度，实现雷达波束的扫描和跟踪，具 有多功能和高机动性。
雷达的应用领域
军事应用
雷达在军事领域中广泛应用于目标探测、跟踪、火控、制 导等方面，是现代战争中不可或缺的重要装备。

《雷达导论概论》
雷达是一种广泛应用于多领域的无线电系统，通过发射和接收无线电波来探 测目标物体并获取相关信息。
雷达基线电波并接收其反射波来感知目标物体。
2
时延测量
雷达利用测量无线电信号的往返时间来计算目标物体与雷达之间的距离。
3
频率变化
雷达通过观察无线电波的频率变化来检测目标物体的速度。
脉冲雷达系统
发射脉冲
脉冲雷达系统通过发射短脉冲来探测目标并测量其回波。
脉冲压缩
脉冲雷达系统使用脉冲压缩技术来提高距离分辨率和目标检测能力。
脉冲多普勒
脉冲雷达系统利用脉冲多普勒技术来测量运动目标的速度和方向。
连续波雷达系统
连续波发射
连续波雷达系统通过持续发射连续波来探测目 标并测量其回波。
频率调制
1 增加功率
增加发射功率可以提 高雷达的最大探测范 围。
2 提高灵敏度
提高接收灵敏度可以 增加雷达对小目标的 探测能力。
3 减小目标截面积
减小目标的雷达截面 积可以降低探测距离。
雷达降频与运动目标
多普勒效应
雷达利用多普勒效应来检测运动目标的速度和 方向。
运动目标
雷达可以追踪运动目标并提供其位置和运动信 息。
速度测量
雷达信号处理可用于测量目标的速度和方 向。
距离测量
雷达信号处理可用于测量目标与雷达之间 的精确距离。
目标辨别
雷达信号处理可以帮助识别不同的目标类 型。
雷达系统杂波
雷达系统杂波包括来自不同来源的无用无线电信号，可能干扰目标信号导致误测和错误分析。
类型 云杂波 地面杂波 回波杂波
杂散辐射
描述 来自云层和降水的散射无线电波干扰。 来自地面反射的散射无线电波干扰。 来自雷达周围环境中的多次反射导致的杂 波。 来自雷达系统本身的散射无线电波干扰。

雷达系统导论3三、脉冲压缩(Pulse Compression)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1)时，发射信号带宽T B 1≈，其中T 为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言2cT R =δ上式表明脉冲越窄，距离分辨力越好。

但脉冲宽度越窄，辐射的功率越小，目标回波能量小，目标信杂比低从而影响雷达探测距离。

这样为达到一定的平均功率所需的峰值功率很大，而这较难实现。

由雷达信号理论分析结果有：测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构，为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。

而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时间则取决于信号的时间结构，为了提高侧速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。

此外，为了提高目标发现能力，要求信号具有大的能量。

综合而言，为了提高雷达系统的发现能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。

在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。

由于单载频脉冲信号的时宽和带宽积接近于1，故大的时宽和带宽积不可兼得。

因此此信号的距离分辨力、测距精度同速度分辨力、测速精度以及发现能力之间存在着不可调和的矛盾。

为解决此矛盾，需要采用时宽、带宽积1>>TB 的脉冲压缩信号[4]p123。

脉冲压缩雷达发射宽的脉冲波，在接收机中对回波信号加以压缩处理以便得到窄的脉冲。

脉冲压缩能让雷达系统发射宽度相对较宽而峰值功率低的脉冲，以获得窄脉冲、高峰值功率系统的距离分辨力和探测性能。

这是通过对射频载波进行编码以增加发射波形的带宽，然后再对接收回波波形加以压缩后完成的。

在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位或频率上被调制，使得B 1>>。

第一章 绪论 第二章 信号检测与参数估计 第三章 目标分辨与模糊函数 第四章 脉冲压缩 第五章 合成孔径成像雷达
第一章 绪论
根据雷达分机和雷达测 量方法分别介绍雷达的组成 和测量原理。前者包括雷达 发射机、雷达接收机、终端 显示和数据录取设备的组成、 基本工作原理及主要指标； 后者包括雷达的测距、测角 和测速的基本原理和各种实 现方法。
第四章 脉冲压缩
近年来，从改进雷达体制方面 来扩大作用距离和提高距离分辨力 方面已有很大进步。这种体制就是 脉冲压缩雷达体制，它采用宽脉冲 发射以提高发射的平均功率，保证 足够的最大作用距离，而接收时则 采用相应的脉冲压缩方法获得窄脉 冲，以提高距离分辨力，因而较好 地解决作用距离和分辨力之间的矛 盾。
接收机
数据采集
信号处理
通讯
雷达原理框图
显示 操作员
雷达发射机（1）
雷达发射机工作原理：
振荡源
脉冲调制器
功率放大
电源
雷达发射机（2）
雷达发射机主要指标：
1. 工作频率或波段 2. 输出功率 3. 效率 4. 信号形式 5. 信号频谱纯度
雷达发射机（3）
雷达发射机分类：
使用器件
工作方式Βιβλιοθήκη 真空电子管发射机 单级振荡式发射机
晶体管固态发射机 主振放大式发射机
雷达发射机（4）
磁控管发射机：
磁控管
调制器
雷达发射机（5）
行波管发射机：
雷达发射机（6）
固态发射机：
雷达天线（1）
雷达天线的工作原理：
B
k
D
雷达天线（2）
雷达天线的主要指标：
1. 方向图 2. 增益 3. 带宽 4. 极化 5. 副瓣电平

雷达系统导论作业第一章1.1(a) 要获得60nmi 的最大非模糊距离,雷达的脉冲重复频率应是多少？ (b) 当目标处于最大非模糊距离上，则雷达信号往返的时间是多少？(c) 如果雷达的脉冲宽度为1.5，则在距离坐标上脉冲能量在空间的范围是多 少米？ (d) 两个相等尺寸的目标如果要被1.5七的脉冲宽度完全分辨出来，则两者必须 相距多远(m)?(e) 如果雷达的峰值功率为800kW ，则平均功率是多少？ ⑴ 这部雷达的占空因子是多少？解答:C C(a)R un =〒T p 二 f ,60nmi=0.081T pg ，2 2T p匚=警=密=般(阔=7.41(/(s)，p ==1350HZ PT p(b)T R 二T p =740.74(七) (c)c =3 108 1.5 10^ =450(m)(eR = f p P =1.5 10“ 1.34 1 038 00 1 03=1.608kW学习参c 450= 225(m)(T) d cT p= 2.01 10”1.2 一部地基对空监视雷达工作频率为 1300MHz ( L 波段)。

它对于1m 2G- =1m 2)雷达横截面积的目标的最大检测距离为200nmi 。

天线尺寸为12m宽X4m 高，天线孔径效率为 嘉=0・65。

接收机最小可检测信号S min =10-13W ，确 疋：(a) 天线有效孔径A e (m 2 )和天线增益G[用数字和dB 表示，其中， G(dB)=10lgG]; (b) 发射机峰值功率；(c) 实现200nmi 最大非模糊距离的脉冲重复频率; (d) 如果脉冲宽度为2七,发射机的平均功率； (e) 占空比因子; (f) 水平波束宽度()。

解答:2(a) A e 」a A =0.65 12 4 =31.2m -7.36 103, G(dB) -10lg(7.36 103)=38.67dB(b)(c) f p二旦二3108= 405HzP2血270018526_6(d)氐二 R fp=1.29 10 2 10 405 =1.045kW(e)占空因子=fp =2 10405 = 8.1 10G=4魚Rmax珂RGAeb ]4 R= R 4max (4巧2S min = (200"852)4(4町2勺 0〔 28^ 何⑷ 件：)2恥 七GAF7410 31.2 1学习参0.23⑴厲=65 65 1.25D 121.3(a)雷达发射机平均功率为 200W ,脉冲宽度为14s ,脉冲重复频率为1000Hz ,则雷达的峰值功率是多少？(b)如果这部地基空中监视雷达的频率为 2.9GHz( S波段)，矩形天线尺寸为 5m宽X2.7m咼，天线孔径效率：打=0.6 ,最小可检测信号S m in =1^2W (依据雷达方程中R是峰值功率)，二=2m2,则地基雷达的作用距离(nmi)是多少？(c)接受到的回波信号功率是距离的函数,画出10〜80nmi的关系图。

雷达系统导论1一、目标径向速度的测量连续波雷达：发射、接收连续波，其工作的基础是多普勒效应：当雷达与目标存在相对运动时，回波频率会发生变化。

1．运动目标的多普勒频率[1]p264~265设雷达发射信号)cos()(0t t s ω=，目标回波信号为)](cos[)()(0R R t t K t t Ks t r -=-=ω，设初始距离0R (0=t 时的距离)处有一个径向速度为r v 的目标接近雷达，则 (1) 常用多普勒频率表达式c t R t R )(2=，t v R t R R -=0)(，则收发差频信号的相位、频率为：dtt dR dt t d f t R t t d R )(2)(21)(4)(0λφπλπωφ-==-=-= 故目标运动所引起的多普勒频率为r d v f 2= (1)由于运动目标引起多普勒频移，我们可以从发射信号中区分出接收信号，并能测量其相对速度。

上面公式正是雷达测速的基本原理。

注意：上面所得运动目标多普勒频率公式λr d v f 2=的使用前提是利用接收信号相位减发射信号相位(差频时)，这样一来相向运动的目标对应正多普勒频率，远离雷达的目标回波多普勒频率为负，这已成为公认常识，但必须记住其应用条件。

当差频采用发射减接收时，则r d v f 2-=，这样为取得与常识相一致，在频谱显示时必须将正负频进行对调(原岸基高频地波超视距雷达系统就是这样)。

(2) 精确的多普勒频率公式在t 时刻接收到的回波是在R t t -时刻发射的，而照射到目标上的时间为2Rt t -，照射时的目标距离为：)2()2(0R r R t t v R t t R --=-而往返)2(R t t R -距离所需的时间正是目标的延迟时间R t ，故ct t R t R R )2(2-=可解得：rr R v c t v R t --=)(20，则目标回波为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+=r r r r r r v c R t v c v c K v c R t v c v c K t r 000002cos 2cos )(ωωω 上式表明回波频率为)221()1)(1(1122022000ΛΛ+++=++++=-+=-+=cv c v f c v c v c v f c v c v f v c v c f f r r r r r r r r r一般c v r <<，忽略上式中的高次项，则可相当准确地近似为：λr v f f 20+≅即目标径向运动所引起的多普勒频率为：λr d v f 2=，这与常用的多普勒频率表达式相同。

雷达系统导论第三版教学设计一、课程概述本课程旨在介绍雷达系统的基础概念、原理及应用。

学生将学习雷达系统的工作原理、性能指标、信号处理及目标检测等方面的知识。

本课程将为学生今后从事雷达技术相关研究及工作提供必要的基础知识。

二、课程目标通过本课程的学习，学生将能够：•理解雷达系统的基本原理和概念•掌握雷达系统中常用的性能指标和信号处理方法•学会应用MATLAB等常用软件进行信号仿真和系统设计•理解雷达系统在目标检测与跟踪等领域的应用三、教学内容及安排1. 雷达系统概述•雷达系统的定义和基本组成•雷达系统的基本原理和工作模式•雷达系统的分类和应用范围2. 雷达系统中的信号处理•雷达信号的传播和接收•雷达系统中的噪声处理与抗干扰技术•雷达信号中常用的频谱分析技术3. 雷达系统性能指标•探测概率和虚警概率•SNR和方向性•脉宽、重复频率和距离测量精度4. 雷达目标检测•目标检测的基本概念和方法•典型的雷达目标检测算法•目标检测中的常用算法实现5. 雷达目标跟踪•目标跟踪的基本概念和方法•常用的雷达目标跟踪算法•目标跟踪中的常用算法实现6. 课程实践•利用MATLAB等常用软件进行雷达信号仿真•设计并实现一种简单的雷达目标检测和跟踪系统四、教学评价•期中考试（占总成绩30%）•期末考试（占总成绩40%）•课程设计报告（占总成绩20%）•课程作业和出勤情况（占总成绩10%）五、教学方法本课程采用讲授和实践相结合的方式进行教学。

在讲授环节，采取课堂讲授、案例分析和研讨等多种教学方法，使学生能够理解本课程的基本概念、原理和应用。

在实践环节中，利用MATLAB等常用软件进行实验和仿真，使学生掌握实际操作技能，并加深对课程内容的理解。

六、参考资料•Skolnik M. I. 雷达系统导论[M]. 机械工业出版社，2007•祝加贵，戴涛. 雷达信号处理[M]. 高等教育出版社，2007•莫勇. MATLAB应用雷达信号处理[M]. 科学出版社，2007 以上为《雷达系统导论第三版教学设计》内容，本文档使用Markdown文本格式输出。

雷达系统导论6六、方位估值为了进行目标确认及轨迹关联，提供预警及目标指示信息，还必须估计已检测目标的方位。

高频地波雷达通常采用宽波束发射天线，此时为了维持较大的搜索速率，并对已确认的目标进行跟踪，同时还要有足够的相干积累时间以抑制强大的干扰回波，发展了利用多个接收天线阵元瞬时形成多个接收波束覆盖发射区的多通道接收方案，目标方位估值也正基于接收阵列空域信号处理[68]。

信号处理的前期主要集中在时域一维信号处理，如信号的频谱分析和谱估计，现在已发展到二维或多维信号处理。

将时域信号处理的理论成果扩展到空域是显而易见的，只要把时域采样变成空域采样，将频率换成空间频率(角度)。

随着对空域信号的检测和参数估计的要求越来越高，作为空域处理的阵列信号处理迅速发展，其主要内容可分为：波束形成技术、零点技术及空间谱估计技术。

波束形成是使阵列方向图的主瓣指向所需的方向，零点技术是使天线的零点对准干扰方向，而空间谱估计则主要处理带宽内空间信号到达角DOA(Direction of Arrival)的问题，即空域测角。

1．角分辨力和测角精度方位估值涉及到两个基本概念：角分辨力和测角精度。

雷达角分辨力是指在多目标环境中，能将各个目标区分开来的能力。

影响雷达实际分辨力的因素有很多，如分辨时的信噪比、被分辨目标回波强弱对比、实际采用的天线波束形状、发射信号波形以及信号处理方法等。

一般情况下是集中讨论雷达目标参量的固有分辨力，即忽略噪声影响，采用最佳信号处理条件下雷达分辨的潜在能力。

这种潜在分辨力由雷达的信号形式及天线方向图决定。

天线方向图的形状通常会随远离天线的距离R 和观察方向而变化。

对于下面分析的远区场，即远离天线的距离λ22D R >(其中D 为天线的直径，λ为雷达发射波长)，天线方向图的形状与距离无关[2]p148。

根据天线理论，其远场方向图和天线的激励之间有[69]p33：⎰+∞∞--=λθπλλθdx e x f F x j sin 2)()(式中θ表示远场点方向偏离天线法线的偏角，λx 表示天线上任意一点相对于天线中心点的位置(按波长λ归一化)，)(λx f 表示天线照射函数。

雷达系统导论5五、时空二维处理1．运动平台雷达杂波及TACCAR 、DPCA当雷达安装在运动平台上(如舰船、飞机)时，这时发现杂波中的运动目标较雷达固定时要困难的多。

此时杂波的多普勒频率不再处于零频处，并随平台的速度、天线方位及仰角而变化。

因此对消杂波的凹口不能固定，且必须是变化的。

平台运动对杂波频谱主要有两个影响：a ．杂波中心频率偏移这取决于天线波束指向及平台速度：λφ00cos 2p d v f =式中p v 平台运动速度，0φ天线主波束指向与平台速度之间的方位夹角， λ雷达工作波长b ．杂波频谱展宽这取决于于天线波束宽度及平台速度：φφλ∆=∆0sin 2p d v f 式中φ∆为天线波束宽度当天线波束指向平台速度方向即000=φ时，杂波的多普勒频率最大而多普勒频谱的宽度最小。

当天线指向与平台速度方向垂直即0090=φ时，杂波的多普勒中心频率为零，但多普勒频谱展的最宽。

基于以上分析，平台速度的影响可分为两个分量：一个是沿着天线指向的方向，它使杂波多普勒频谱的中心频率移动，另一个是天线指向的法线方向，它使杂波多普勒频谱展宽。

这两个分量可用不同技术加以补偿。

运动平台上的动目标显示雷达称为AMTI(Airborne MTI)，虽然原意A 是指飞机上的意思，但目前此术语是指任何运动平台动目标显示雷达。

A ．杂波多普勒频移的补偿[3]p120获取杂波多普勒频移的方法：(1)在某些情况下，可利用装载雷达的平台速度及天线指向的先验知识，用开环控制的办法求补偿杂波的多普勒频移。

(主要适用于船载雷达)(2)可对一定距离间隔内接收的回波信号采样，直接测量杂波频率，采样距离间隔应选择得使杂波成为起主导作用的信号。

通常，对若干脉冲重复周期的采样距离间隔得出的数据进行平均处理以得到平均的多普勒频移，仅进行单次多普勒测量并接着进行补偿是不能满足雷达的整个距离的实际状况的。

现有两种补偿多普勒频率(杂波锁定)的方法：一种办法是改变相参振荡器(COHO)的频率以补偿杂波多普勒频率的移动，具体实现时可用将相参振荡器输出与频率可调振荡器混频的方法，并令频率可调振荡器的频率等于杂波的多普勒频率，如TACCAR 。