当前位置：文档之家 › 雷达成像第1章

雷达成像第1章

  • 格式：pdf
  • 大小：5.35 MB
  • 文档页数：121

下载文档原格式

  / 121

合集下载

第 1 章 雷达高度计观测及应用基础理论

第 1 章 雷达高度计观测及应用基础理论


1978 年 6 月 28 日， 美国宇航局发射了海洋卫星 SEASAT （图 1.3） ， 卫星轨道高度 800km， 轨道倾角 108º。在 SEASAT 上，搭载了许多新的仪器设备，主要有合成孔径雷达（SAR： Synthetic Aperture Radar） ，用来提供高质量详细的海洋和陆地雷达图像；雷达散射计，用来 测量近地面风速及其方向；多频段微波辐射计，用来测量地面温度、风速及海冰覆盖；雷达 高度计，用来测量海面和浪高。针对 SEASAT 的改进要求，直接更新早期 GEOS3 的设计并 不能满足需要，如果以增加功率为代价，也可以设计视频线路来处理高带宽信号。但是， GEOS3 中使用的脉冲压缩滤波技术过于简单，只能直接完成必要波形处理，不能满足 SEATSAT 要求，因此，设计了全去斜技术（ full-deramp technique ） ，使接收机不需要压缩滤 波处理。从 SEASAT 开始，所有高度计都使用了此技术，大大改进了分辨率。在 SEASAT 设计中，增加了回波采样的数量，采样间隔为 3.125ns，在海洋波高达到 20m 时，采样点分 别环绕在海洋回波的展开范围内。在这种情况下，波形采样通过带宽为 312.5KHz 的一个滤 波库完成。与早期的高度计设计相比，波形采样构成了高度跟踪处理的一个主要部分。不幸 的是， 由于功率子系统失败， SAESAT 在运行 99 天后于 1978 年 10 月就失效了。 虽然 SEASAT 仅仅运行约 3 个月的时间，但是 SEASAT 首次提供了全球范围的海洋环流、波浪和风速。
1
雷达高度计观测及应用基础理论
军 提 供 近 实 时 海 面 地 形 （ SST ： Sea Surface Topography ） ，目前数据刚公布使用 。本世纪初，为了延续各测高任务，2001 年 12 月和 2002 （/SAT/gfo/） 年 3 月分别成功发射了 T/P的后续卫星 JASON-1 和 ERS 的后续环境卫星（ ENVISAT-1 ： Environmental Satellite ） ， 到目前为止， 仍有 4 颗雷达高度计卫星 （ERS2、 JASON-1、 ENVISAT-1 和JASON-2） 和一颗激光雷达高度计卫星： 冰 -云 -陆地高程卫星 （ ICESat： Ice,Cloud,and land Elevation Satellite）同时运行。为了延续对全球环境的监测，将来还会陆续发射探测低温层 特别是北极和南极冰盖质量的卫星（Cryosat：Cryosphere Satellite ?） 、搭载有 Argos 1仪器和 Ka波段高度计（ AltiKa：Ka-band Altimeter）的 Saral（ Satellite with ARgos and ALtika）卫星 、 国家极轨运行环境卫星系统（ NPOESS： National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System）和 哨兵 3 号（ Sentinel3）等测高卫星或者载有高度计的卫星。 图 1.1 为部分测高卫星示意图， 其中包括了已经结束测高任务的卫星、 正在执行测高任 务的卫星和部分即将发射的测高卫星。图中 CryoSat 和 IceSat 主要用于极地观测，分别由欧 洲空间局 （ ESA： European Space Agency） 和)和美国国家航空和宇宙航行局 （NASA： National Aeronautics and Space Administration）研制。随着各项技术特别是通讯技术、定轨技术、测 距精度的改善和提高，卫星测高精度也得到显著提高，图 1.2 为测高卫星的轨道误差和所能 观测到的海洋变化示意图。
雷达成像技术

雷达成像技术

5
本章前四节主要介绍SAR的基本概念、SAR两维分辨 原理、SAR成像原理和成像算法。最后一节简单介绍单脉 冲雷达三维成像技术。
6
11.1合成孔径
合成孔径技术的基本原理源自于实孔径技术。实孔径 天线雷达对目标形成两维分辨的原理就是采用宽带信号分 辨空间分布的点目标，采用波束形成区分方位向(平行于孔 径方向)的点目标。
11
显然能得到与实际阵列相类似的结果，即可以得到很高的 方位分辨率。这样虽然天线的实际孔径很短，但是对每个 被观测的点而言，虚拟的天线孔径却很长。由此类推，将 雷达安装在飞机或卫星上，在飞行过程中发射和接收宽频 带的信号对固定的地面场景作观测，则将接收存储的信号 作合成阵列处理，便得到径向距离分辨率和横向距离分辨 率均很高的地面场景图像，而合成孔径雷达也正是由此得 名的。
第11章雷达成像技术
11.1 11.2 11.3 合成孔径雷达成像 11.4 SAR 11.5 单脉冲雷达三维成像
1
现代雷达不完全停留在发现目标并对目标进行定位的 功能，而是在一些应用场合需要区分或识别目标的类型。 1951年，美国Goodyear公司的CarlWiley第一次发现侧视雷 达通过利用回波信号中的多普勒频移可以改善雷达横向(方 位向)分辨率。这意味着通过雷达可以实现对观测对象的二 维高分辨成像，极大地提升了雷达的信息感知和获取能力。 这个里程碑式的发现标志着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)技术的诞生。简单来说，合成孔径 雷达(SAR)是利用信号处理技术，将主动发射和接收的信 号进行处理，实现以小的真实天线长度(实孔径)对场景目 标进行高分辨成像的系统。
12
利用飞行的雷达平台对地面场景实现高的方位分辨还 可用多普勒效应来解释。如图11.2(a)所示与飞机航线平行 的一条地面线上，在某一时刻O，线上各点到雷达天线相 位中心连线与运动平台速度向量的夹角是不同的，因而具 有不同的瞬时多普勒。但是，为了得到高的多普勒分辨率， 必须有长的相干积累时间，也就是说飞机要飞一段距离， 它对某一点目标的视角是不断变化的。图11.2(b)的上图用 直角坐标表示飞行过程中点目标O的雷达回波相位变化图， 当O点位于飞机的正侧方时，目标O到雷达的距离最近， 设以这时回波相位为基准(假设为0)，而在此前后的相应距 离要长一些，即回波相位要加大。
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)

雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)


天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
第1章雷达对抗概述优秀课件

第1章雷达对抗概述优秀课件


息,并对S作出适当反应的设备。根据不同用途和战技指
标的要求,具体雷达对抗设备对S的检测能力是一有限子
空间D,如:
D { R F A O A P W p } （1―3）
式中,ΩRF、ΩAOA、ΩPW、ΩP分别为雷达对抗设备对信号 载频、到达方向、脉冲宽度和信号功率的检测范围,
为直积。D可以是非时变的（通常称为非搜索检测）,也
图1―1 飞机所面临的威胁雷达示意图
雷达对抗是一切从敌方雷达及其武器系统获取信息 （雷达侦察）,破坏或扰乱敌方雷达及其武器系统的正常 工作（雷达干扰和雷达攻击）的战术、技术措施的总称。 雷达对抗在现代战争中处于举足轻重、日益重要的地位。 其主要表现在以下两方面:
1.雷达对抗是取得军事优势的重要手段和保证
波束宽度θa在Ωθ范围内扫描
S′是N个具有周期特性的脉冲信号序列
{si(n)}n1,iN01 按照（1―4）式条件的合成。当N
的数量很大时,由于各信号序列的到达时间是相互独立的,
在一定时间内近似满足统计平稳性和无后效性,根据随机

过程理论,S可以采用泊松（Poisson）流近似描述。
在时间τ内到达n个脉冲的概率
可以是时变的（通常称为搜索检测）。雷达对抗设备可
检测的信号环境S′是S中的子集合:
N1
S {si(n)|si(n)D}n 1
i0
(1―4）
显然,D的检测范围越大,则进入S′的雷达信号也越 多。如果以Pi表示i雷达发射脉冲可被雷达对抗设备检 测的概率,则在1秒钟时间内S′中的平均脉冲数λ为
N 1
Pi f ri
步兵肩扛发射的防空导弹杀伤概率也在50%以上。显 然,没有现代雷达对抗技术支持的作战飞机只能是空中 的活靶,难以生存。
雷达成像基本算法

雷达成像基本算法

其中， K a '
2Vr2 f 0 f 。 cR0
1.2.2 一般情况下的信号频谱
为了获得双曲距离等式的信号频谱，可进行如下操作：(1) 距离向 FFT；(2) 方位 向 FFT；(3) 距离向逆 FFT。其中前两步得到二维频域表达式，最后一步得到距离多普 勒域表达式。 将信号进行距离向 FFT，利用驻定相位原理，得到 距离频域的表达式
D2 df f , f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 0 f c 2 f2 4Vr2 f 0 f
2 2
，则
Vr2 2 R 2
1
(1.2.13)
由于 D2df(fτ, fη, Vr)就是直线几何中方位时刻 η 时的斜视角 θr 的余弦值，且距离徙动可以 表示为 R0 / cosθr 的形式，因此，D2df(fτ, fη, Vr)称为二维频域中的徙动因子。为了给出不 同相位项的显示表达式，令 D f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 02
，则二维频域的表达式为
s2 df f , f A0 A1 A2Wr f Wa f fc f2 4 R0 f 0 exp j exp j Kr c


2 f f2 2 f0 f0 (1.2.14)
c 2 f2
可以忽略。第一项代表方位向调制，第二项代表距离徙动，第三项代表距离和方位的交 叉耦合。下面，可以直接写出傅立叶积分中的相位
c 2 f2 f2 f f2 4 R0 f 0 2 3 2 f (1.2.16) D f , Vr c 4Vr2 f 02 K r f D f V f D f V , 2 , 0 0 r r
雷达信号分析与处理第一章第二章

雷达信号分析与处理第一章第二章


s(t) S ( f )e j2 ftdf
S(W) 或 S(f) 存在的充分条件是 s(t) 绝对可积，即 s(t)dt
雷达信号分析与处1理3
第二章 雷达信号与线性处理系 统
在雷达工程术语中，时间函数 s(t)称为雷达信号的时间波形，频率函数 S(W) 或 S(f) 称为雷达信号的频谱密度或频谱。
s(t) S( f ) 表示信号s(t) 和其频谱S(f)
复数表示
s(t) s1(t) js2 (t) S( f ) R( f ) jI ( f )
e j2 ft cos(2 ft) j sin(2 ft)
s1(t)
R( f ) cos(2 ft) I ( f )sin(2 ft)df
雷达信号分析与处理6
第一章 绪论
雷达发明之前的防空：盲人雷达；光学测距仪
1935年，英国皇家物理研究所的沃森．瓦特博士进行无线电科学考察 荧光屏上的亮点 载重汽车上的第一台雷达 东海岸对空警戒雷达网
雷达信号分析与处理7
第一章 绪论
二 、雷达测量原理
Radar-- Radio detection and ranging（无线电探测和测距）
测距 测高 测速
三、雷达与通信信号区别 1电磁波频率；
3天线方向性；
5信号处理；
2传输目的； 4主要考虑方面；
雷达信号分析与处理8
第一章 绪论
1.2 研究雷达信号的目的和意义
一、雷达所面临的问题 四大威胁 电子干扰 (干扰机:压制式、欺骗式)
徘徊者EA-6B
低空突防(巡航导弹)
咆哮者EF-18G
新型运8电子干扰机
第一章 绪论
二、新型雷达 1.低截获概率雷达； 2.超宽带雷达； 3.稀疏布阵雷达； 4.无源雷达； 5.双/多基地雷达； 6.星载毫米波雷达； 7.雷达组网； 8.多域融合探测系统
雷达试题-(1-4章)

雷达试题-(1-4章)

第一章引论一、填空1、我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是：在我国东部和中部地区，装备〔〕和〔〕多普勒天气雷达系统。

2、根据我国雷达布局原则，在我国第二地形阶梯地域和黑龙江、吉林省布设〔〕频段新一代天气雷达。

3、根据我国雷达布局原则，在天气、气候相近的地区，组网的新一代天气雷达在〔〕和〔〕上要尽可能统一。

4、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求：对大范围降水天气的监测距离应不小于〔〕km；对小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于〔〕km。

5、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求：雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度S波段应不大于〔〕dBZ、C波段应不大于〔〕dBZ。

6、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求新一代天气雷达应有一定的晴空回波探测能力，在湿润季节应能观测到〔〕km左右距离范围内的晴空大气中的径向风场分布。

7、新一代天气雷达系统的应用主要在于对灾害性天气，特别是风害和冰雹相伴随的灾害性天气的〔〕和〔〕。

它还可以进行较大范围降水的定量估测，获取降水和降水云体的〔〕。

8、从径向速度图像上可以看出气流的〔〕、〔〕和〔〕的特征，并可给出定性和〔〕的估算。

9、辐合〔或辐散〕在径向风场图像中表现为一个最大和最小的〔〕，两个极值中心的连线和雷达的射线〔〕。

10、气流中的小尺度气旋〔或反气旋〕在径向风场图像中表现为一个最大和最小的〔〕，中心连线走向于雷达射线〔〕。

11、具有辐合〔或辐散〕的气旋〔或反气旋〕表现出最大、最小值的连线与雷达射线走向〔〕。

根据中心连线的长度、径向速度最大值、最小值及连线与射线的夹角，可以半定量地估算气旋〔或反气旋〕的〔〕和〔〕。

12、新一代天气雷达采用〔〕体制，共有7种型号，其中S波段有3种型号，分别为〔〕。

C波段有4种型号，分别为CINRAD-〔〕。

13、SA和SB雷达的正式名称分别为CINRAD-SA和CINRAD-SB，在国际上称为〔〕。

(整理)经典雷达资料-第1章 雷 达 概 论

(整理)经典雷达资料-第1章 雷 达 概 论

第1章雷达概论Merrill I. Skolnik1.1 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。

雷达原理(第三版)__丁鹭飞第1章

雷达原理(第三版)__丁鹭飞第1章


4) 火控雷达 其任务是控制火炮(或地空导弹)对空中目标进 行瞄准攻击, 因此要求它能够连续而准确地测定目标的坐标, 并 迅速地将射击数据传递给火炮(或地空导弹)。这类雷达的作用 距离较小, 一般只有几十公里, 但测量的精度要求很高。
5) 制导雷达 它和火控雷达同属精密跟踪雷达, 不同的是制 导雷达对付的是飞机和导弹, 在测定它们的运动轨迹的同时, 再 控制导弹去攻击目标。制导雷达要求能同时跟踪多个目标, 并 对分辨力要求较高。这类雷达天线的扫描方式往往有其特点, 并随制导体制而异。
6) 战场监视雷达 这类雷达用于发现坦克、 军用车辆、 人 和其它在战场上的运动目标。
7) 机载雷达 这类雷达除机载预警雷达外， 主要有下列数种 类型:
(1) 机载截击雷达。当歼击机按照地面指挥所命令, 接近敌 机并进入有利空域时, 就利用装在机上的截击雷达, 准确地测量 敌机的位置, 以便进行攻击。 它要求测量目标的精确度和分辨 率高。
处目标所照射到的功率密度为
S1
PtG
4R2
目标截获了一部分照射功率并将它们重新辐射于不同的方向。 用雷达截面积σ来表示被目标截获入射功率后再次辐射回雷达处 功率的大小, 或用下式表示在雷达处的回波信号功率密度:
S2S14R24P tG R24R2
σ的大小随具体目标而异, 它可以表示目标被雷达“看见”的尺 寸。雷达接收天线只收集了回波功率的一部分, 设天线的有效 接收面积为Ae, 则雷达收到的回波功率Pr为
当目标向着雷达站运动时, vr＞0, 回波载频提高; 反之vr ＜0, 回波载频降低。雷达只要能够测量出回波信号的多卜勒频移fd , 就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。
径向速度也可以用距离的变化率来求得, 此时精度不高但不 会产生模糊。无论是用距离变化率或用多卜勒频移来测量速度, 都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。
雷达信号分析及处理 第一章

雷达信号分析及处理 第一章

雷达信号分析与处理
6
第一章 绪论

雷达发明之前的防空：盲人雷达；光学测距仪

1935年，英国皇家物理研究所的沃森．瓦特博士进行无线电科学考察
荧光屏上的亮点 载重汽车上的第一台雷达 东海岸对空警戒雷达网
雷达信号分析与处理
7
第一章 绪论
二 、雷达测量原理
测距 测速
Radar-- Radio detection and ranging（无线电探测和测距）

二、新型雷达 1.低截获概率雷达； 2.超宽带雷达； 3.稀疏布阵雷达； 4.无源雷达； 5.双/多基地雷达； 6.星载毫米波雷达； 7.雷达组网； 8.多域融合探测系统
雷达信号分析与处理
11
第一章 绪论
三、新型雷达信号的要求 不易被对方侦察和模拟(LPI)，应采用复杂的调制 有良好的分辨力和抗干扰的能力，要求信号应有“图钉”型 的模糊函数 具有极宽的频带，使任何快速侦察干扰系统均无法施行瞄准 式干扰 容易进行最佳信号处理 四、雷达发射信号的发展 单载频矩形脉冲（SP） 线性调频（LFM/NLFM）、相位编码（PC）、脉冲串（PS） 频率步进（SF）、频率捷变（FA）
电波的反射现象，这就预示着可以利用无线电波来发现人类肉眼看不到的目 标。 1904年，德国发明家克里斯蒂安·许尔斯迈尔在实验室进行原始雷达的试验， 并取得了雷达设计的专利，但这种原始的雷达探测距离还达不到声波定位器 作用的距离。 1922年9月，美国海军实验员泰勒和扬格在华盛顿附近的波特马克河畔，进 行两岸无线电通信试验。（波特马克试验）
s(t ) S ( f )
复数表示
表示信号s(t) 和其频谱S(f)
s(t ) s1 (t ) js2 (t ) S ( f ) R( f ) jI ( f )
第1章 雷达标绘基础知识汇总

第1章 雷达标绘基础知识汇总

二、相对运动 ❖ 定义 ⅰ、在运动的船上，看见他船或目标的运动称为他
船或目标对本船的相对运动。 ⅱ、动点（他船）对于动坐标（本船）的运动称为
相对运动。
第二节 船舶的真运动与相对运动
❖ 举例
①静止目标
ⅰ、运动方向 与本船航向相反。
ⅱ、速度
与本船船速相同。
②对驶的船舶
ⅰ、运动方向 与本船航向相反。
ⅱ、速度
第三节 运动模式的选择
② 特点 ⅰ、扫描中心在荧光屏上不动；船首线代表本船船
首方向；其他物标在荧光屏上对本船作相对运动。 ⅱ、固定刻读圈的“0 °” 代表真北方向，固定刻读
圈读取的方位为真方位。 ⅲ、本船转向时，船首线转动，物标回波保持稳定。
第三节 运动模式的选择
3、航向向上图象稳定相对运动模式 ①应用
首方向；其他物标在荧光屏上对本船作相对运动。 ⅱ、固定刻读圈的“0 °” 代表船首方向，读取的方
位为相对方位。 ⅲ、本船转向时，船首线指向固定刻度圈的“0 °” ，
周围物标以本船为中心向与本船转向的相反方向作 圆周运动。
第三节 运动模式的选择
2、北向上图象稳定相对运动模式 ①应用
值班驾驶员在雷达观测和船舶定位时经常使用。 （荧光屏上图象分布情况，同海图标识相对应。）
MANOEUVRES
SPEED ALTERATION
第四节 雷达标绘纸
二、雷达标绘纸使用与注意事项 要注意雷达观测的模式，是北向上还是航向向
上！
他船与本船反向
•O
第二节 船舶的真运动与相对运动
❖ 相对运动模式，求取他船的航向和航速
①根据力学中的相对运动原理可有公式
Vr + V。= Vt
其中：
Vr ：相对速度

2013北航研究生雷达课件许小剑第一章

Radar represents a fundamentally important use of the EM spectrum, in applications which include Air Traffic Control, Marine Navigation, Geophysical Monitoring of Earth Resources from Space, Automotive Safety, Weather Tracking, as well as numerous applications in Defense and Security. ecurity ---------- Hugh Griffiths, “Where Has All the Spectrum Gone?”, Radar’2013, Sept. 9-14, Adelaide, Australia
Xu: Radar Systems, Chapter-01
14
尺度测量（metric measurement)雷达： 早期的雷达将所探测的目标对象看作为 个“点” 雷 早期的雷达将所探测的目标对象看作为一个“点”，雷 达的功能是测定该“点目标”的三维位置坐标、速度与加速 度等参数。 度等参数 特征信号（signature）测量雷达 特征信号（signature）测量雷达： 现代雷达不仅能测定目标的尺度参数，而且通过对雷达 回波的幅度( 回波的幅度(amplitude)与相位(phase)的精确测量、分析和 lit d )与相位( h )的精确测量 分析和 处理，还能得到被观测目标的其它各种特征参量，如目标的 雷达散射截面（RCS） 角闪烁(glint)特征 复极化 雷达散射截面（RCS）、角闪烁(glint)特征、复极化 (polarization)散射矩阵、目标散射中心(scattering center)分布图 目标自然谐振频率(natural resonance center)分布图、目标自然谐振频率(natural frequency)等。后一类参量反映了被观测目标本身所固有雷 达散射特征 通称为雷达目标特征信号（signature） 达散射特征，通称为雷达目标特征信号（signature）。

雷达原理复习总结

第一章 绪论（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，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雷达概念：Radio Detection and Ranging 的缩写。

无线电探测和测距，无线电定位。

雷达的任务：雷达检测，目标定位，目标跟踪，目标成像，目标识别。

从雷达回波中可以提取目标的有用信息,获取方式： 目标信息 雷达提取 空间位置 距离 R=Ct/2 回波延时 方位 天线扫描 仰角速度 多普勒频移尺寸和形状 回波延时、多普勒频移2、目标距离的测量测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离测量原理:通过接收信号的时间延迟进行测距 R=Ct/2 (t:滞后时间) 距离测量分辨率最大不模糊距离3、目标角度的测量角度分辨率角度分辨率：位于同一距离上的两个目标在方位角平面或仰角平面上可被区分的最小角度4、雷达的基本组成哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备(Synchronizer)：雷达整机工作的频率和时间标准。

发射机(Transmitter)：产生大功率射频脉冲。

收发转换开关(Duplexer): 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(Antenna)：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。

接收机(Receiver)：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(Scope)：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 雷达发射机1、雷达发射机的任务雷达发射机的任务：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、雷达发射机的分类雷达发射机的分类：1、按调制方式： ①连续波发射机 ②脉冲发射机2、按工作波段：①短波②米波③分米波④厘米波⑤毫米波3、按产生信号方式 ：①单级振荡式 ②主振放大式4、按功率放大使用器件： ①真空管发射机 ②固态发射机4、单级振荡式和主振放大式发射机组成， 以及各自的优缺点。

雷达导引头 第1章

被动寻的制导系统中，导弹本身不发射信号，处于隐蔽工作状 态。文献[2]列出了被动寻的体制的三种模式：反辐射寻的（ARH)模 式、基于干扰的寻的（HOJ)模式和辐射计测量寻的模式。 （1）反辐射寻的模式可用于空地导弹、空空导弹或地空导弹, 攻击 敌方雷达。 （2）基于干扰的寻的模式是弹载主动探测设备或半主动探测设备兼 备的探测瞄准式自卫干扰源的寻的方式。 （3）辐射计测量寻的模式是利用目标固有的热辐射探测目标，可作 为攻击地面目标的亳米波导引头的一种末端探测模式。 本书阐述的被动寻的制导系统是反辐射寻的模式，它依赖于目 标的辐射信号，一旦目标停止辐射，反辐射寻的制导系统将失去制 导能力。
图1-5 半主动寻的制导示意图
1.2 寻的制导体制
3.被动寻的制导 被动寻的制导系统是利用目标的辐射信号工作的。导弹上的接 收装置接收目标的辐射信号，从中提取角度信息，并由弹上计算机形 成控制信号，操纵导弹飞向目标。 图1-6是被动寻的制导示意图。
图1-6 被动寻的制导示意图
1.2 寻的制导体制
导引头分类
图1-10 被动/主动复合导引头的简化框图
1.3
弹上制导计算机装定被动模式探测 天线的指向，其宽波束足以在远距 离上覆盖被攻击目标，信号分选系 统借助目标雷达信号的先验信息（ 如载频、重复频率、脉冲宽度等） 和制导系统提供的目标分布域的张 角信息，从进入被动天线的众多信 号中选择并锁定目标雷达信号，提 取目标的角度信息，实施角跟踪。 在被动模式角跟踪过程中，联动主 动天线使其指向目标，当目标进入 主动模式的探测距离范围时，主动 模式检测识别目标，并进行距离、 速度和视线角速度测量，获取精确 制导信息。
1.1 寻的制导原理
寻的制导系统的跟踪原理可由导弹-目标运动方程组和 制约导弹运动的导引方程来描述。为了简化分析，设 导弹与目标在同一铅垂面 内运动，其相 对位置和运 动关系通常用 极坐标系表示， 如图1-2所示。

雷达成像技术(保铮word版)-第一章-概论

前言雷达成像技术是上个世纪50年代发展起来的，它是雷达发展的一个重要里程碑。

从此，雷达不仅仅是将所观测的对象视为“点”目标，来测定它的位置与运动参数，而是能获得目标和场景的图像。

同时，由于雷达具有全天候、全天时、远距离和宽广观测带，以及易于从固定背景中区分运动目标的能力，雷达成像技术受到广泛重视。

雷达成像技术应用最广的方面是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）。

当前，机载和星载SAR的应用已十分广泛，已可得到亚米级的分辨率，场景图像的质量可与同类用途的光学图像相媲美。

利用SAR的高分辨能力，并结合其它雷达技术，SAR还可完成场景的高程测量，以及在场景中显示地面运动目标（GMTI）。

SAR的高分辨，在径向距离上依靠宽带带信号，几百兆赫的频带可将距离分辨单元缩小到亚米级；方向上则依靠雷达平台运动，等效地在空间形成很长的线性阵列，并将各次回波存贮作合成的阵列处理，这正是合成孔径雷达名称的来源。

合成孔径可达几百米或更长，因而可获得高的方位分辨率。

雷达平台相对于固定地面运动形成合成孔径，实现SAR成像。

反过来，若雷达平台固定，而目标运动，则以目标为基准，雷达在发射信号过程中，也等效地反向运动而形成阵列，据此也可对目标成像，通称为逆合成孔径雷达（ISAR）。

ISAR显然可以获取更多的目标信息。

最简单的雷达成像是只利用高距离分辨（HRR）的一维距离像。

当距离分辨率达米级，甚至亚米级时，对飞机、车辆等一般目标，单次回波已是沿距离分布的一维距离像，它相当目标三维像以向量和方式在雷达射线上的投影，其分布与目标相对于雷达的径向结构状况有关。

同时，高距离分辨率有利于分辨距离接近的目标，以及目标回波的直达波和多径信号。

本书将对当前已经广泛应用和具有应用潜力的内容作较为全面的介绍。

本书是《雷达技术丛书》中的一册，主要对象为从事雷达研制工作的技术人员，因此，本书编著时考虑到读者已有《雷达原理》和《雷达系统》方面的基础，对雷达各部件的基本情况也已比较熟悉，与上述内容有关的部分，本书均作了省略。

《雷达原理》第一章 题集

《雷达原理》第一章题集课程名称：雷达原理考试形式：课后练习满分：100 分---注意事项：1. 本题集共四部分，总分 100 分。

2. 请将答案写在答题纸上。

3. 所有题目必须回答，选择题请将正确答案的字母填在答题纸上，其余题目请将答案写清楚。

---第一部分选择题（共 20 题，每题 2 分，共 40 分）1. 雷达的基本工作原理是（）A. 信号的反射B. 电磁波的传播C. 信号的放大D. 数据的处理2. 在雷达系统中，天线的主要作用是（）A. 发射和接收电磁波B. 处理信号C. 记录数据D. 过滤噪声3. 雷达信号的脉冲宽度越短，分辨率（）A. 越高B. 越低C. 不变D. 与天线有关4. 在连续波雷达中，目标的距离是通过（）来测量的。

A. 信号的幅度B. 信号的相位C. 信号的频率D. 信号的时延5. 雷达的“多普勒效应”主要用于（）A. 测量目标的速度B. 测量目标的距离C. 提高信号的强度D. 过滤杂波6. 在脉冲雷达中，回波信号的延迟时间与目标的（）有关。

A. 速度B. 方向C. 距离D. 大小7. 雷达中“信号噪声比”通常用来衡量（）A. 信号的强度B. 噪声的强度C. 信号质量D. 接收机的灵敏度8. 目标的回波信号强度与其（）成正比。

A. 距离的平方B. 反射面积C. 速度D. 温度9. 雷达中的“波束宽度”主要影响（）A. 雷达的探测范围B. 雷达的分辨率C. 信号的强度D. 天线的大小10. 相控阵雷达的主要优点是（）A. 结构简单B. 能够快速改变波束方向C. 成本低D. 体积小11. 在雷达系统中，目标检测的基本步骤是（）A. 发射信号、接收回波、处理信号B. 仅发射信号C. 仅接收回波D. 处理信号后发射12. 雷达成像的基本原理是（）A. 利用信号的频率B. 利用信号的幅度C. 利用信号的相位信息D. 利用信号的时延13. 反射体的形状对雷达信号的影响主要体现在（）A. 回波的强度B. 回波的时间C. 回波的频率D. 回波的相位14. 在雷达测距中，使用的公式为（）A. 距离 = 光速×时间B. 距离 = 时间 / 光速C. 距离 = 光速 / 时间D. 距离 = 时间 + 光速15. 适合高空探测的雷达类型是（）A. 地面雷达B. 空中雷达C. 卫星雷达D. 水面雷达16. 雷达中“脉冲重复频率”的增加将导致（）A. 探测距离增加B. 探测范围增加C. 分辨率降低D. 分辨率提高17. 在合成孔径雷达中，成像的关键是（）A. 信号的频率B. 运动的路径C. 发射的功率D. 目标的大小18. 关于“目标指向性”，下列说法正确的是（）A. 只与目标的速度有关B. 仅与雷达的工作频率有关C. 与目标的形状、材料及入射角有关D. 不影响信号的返回19. 雷达系统中的“干扰”主要来源于（）A. 自身发射B. 环境噪声C. 目标物体D. 以上均可20. 在目标检测中，雷达的“波长”对（）有影响。

雷达课件第1部分

1886-1888 Hertz(Germany): 实现了电磁波振荡，发射，接收。 • 1914 (American): 回声探测器－雷达的初始模型。 • Marconi(Italy): 提出一个可实践的雷达系统。 • 1930 Blair: 脉冲回波测量（距离，方向）系统，基本雷达. • RCA Co.(American): 发明了机载雷达。 • (America): “New York” 巡洋舰首先安装舰载雷达。 • After WWII 成为了发展快速的导航仪器。 • 中国:主要从发达国家引进技术。 • 现 代 雷 达 /ARPA: 具 有 计 算 机 , 构 成 组 合 导 航 integrated navigation system(Loran, GPS, ECDIS), 及自动船 桥系统 Automatic bridge navigation system.
C A’ B 岛屿 C’
本船
(a) 侧视图
A
外形轮廓
本船
(b ) 俯视图
岛屿
扫描 方向
扫描线 扫描原点 O (本船) 实际距离 探测距离 (c) 雷达图像 A
岛屿
C CRT边缘
• 2．径向扩展 • 发射脉冲宽度τ、接收机通频带宽度△f以
及荧光屏光点直径d会使物标回波在半径 方向上产生扩展。现以点物标为例进行 说明。 • 宽度为τ的发射脉冲打到点物标时，显然 ，回波的宽度也为τ。宽度为r的回波脉冲 通过接收机放大时，会使回波宽度失真 变形，增加约1／△f的宽度，这样，一 个点物标的回波宽度变成C(τ+1／△f)／2 。
两侧较暗。若扫描亮度、增益控钮稍些， 波的两侧边缘也会向中缩。 • 物标回波图像的横向缩小可提高雷达的 方位分辨率，但可能丢尖物标的真正边 缘．造成雷达测方位的误差。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

二、雷达概念
目标角度的测量 利用雷达天线波束的指向性 测角方法：
振幅法（最大信号法，双波束法）； 相位法； 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 雷达天线的指向性，或电磁波的定向传播特性
二、雷达概念
雷达方位测量
二、雷达概念
目标速度的测量 利用运动目标回波中的多普勒频移信息 测速方法：
雷达应具备的能力： •目标回波能量的有效收集能力 •良好的空间分辨能力 • 高效的空间搜索能力 •干扰的有效抑制能力 • 良好的环境适应能力
二、雷达概念
雷达信号处理的对象： • 干扰(Jamming)：主动、被动 • 杂波(Clutter)： 地、海、气象 • 噪声(Noise)： 电子系统
二、雷达概念
电话：61830379
Email: zjcao@
参考书籍:
2) Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing, J. C. Curlander (美国JPL实验室) 1991年John Wiley出版( 电子工业出版社译本 ) 非常经典的著作，SAR系统的优秀参考书。 SEASAT卫星SAR系统的详细介绍。
一、电磁波的性质
电磁波的性质(1)： 电磁波遇到介质(固体、液体、气体等)，发生一系列现象：
• 反射：镜面反射；漫反射 • 折射：射入介质，折射角不等于入射角
一、电磁波的性质
电磁波的性质(2)： • 吸收：部分被介质吸收 • 透射：从入射延伸方向射出介质 • 发射：自身向外辐射能量 • 散射：遇到小粒子，会向四面八方散去，强度和方向发生变化
二、雷达概念
脉冲雷达组成：发射机、接收机、天线、收发开关、 信号处理、显示、电源、时钟控制
二、雷达概念
雷达信号处理的任务： 最大程度地抑制噪声、杂波和干扰引起的不确
定性，提取与目标属性有关的信息： • 常规：探测和定位(距离、俯仰、方位) • 扩展：速度、航迹、数量、种类、型号、图像
二、雷达概念
微波成像理论与实现
第一章 绪论
曹宗杰
电子科技大学
信号与信息处理专业 专业选修课程
博士硕士课程
40学时 2 学分
课程中心：
作业、 课件
电话：61830379
Email: zjcao@
教师：曹宗杰 教授
研究方向：
信号与信息处理 雷达成像、雷达图像处理 微波遥感应用
一、电磁波的性质
波长 100 km
10 km
1 km
100 m
10 m
1m
10 cm
1 cm
1 mm
0.1 mm
甚低频 (超长波)
低频 (长波)
音频
视频
Hale Waihona Puke 中频 (中波)广播段高频 (短波)
甚高频 特高频 超高频 极高频 (超短波) (分米波) (厘米波) (毫米波)
雷达频率
微波段
亚毫 米波
红外线
频率 3 kHz
一、电磁波的性质
电磁波的性质
(2) 粒子性：能量 E h
h: 普朗克常数, 6.62 X 10-34 J s 电磁波的叠加原理： 当两列波在同一空间传播时， 空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。
一、电磁波的性质
电磁波特性 场物质没有静止质量, 以波的形式在空间传 播,但以粒子的形式与物质相互作用。 方向性 直线性 电磁波传输： 空气中传输：天线 微波传输线中传输：波导, 电缆
电话：61830379
Email: zjcao@
一、电磁波的性质
遥感是利用传感器主 动或被动地接收地面 目标反射或发生的电 磁波，通过电磁波所 传递的信息来识别目 标，从而达到探测目 标的目的。
雷达是一种微波遥感 系统。
一、电磁波的性质
1865年， Maxwell推导了麦克斯韦尔方程组，指出： 振荡的电荷产生电磁场，该电磁场以光速传播。
特邀：杨建宇 教授 1-2次学术报告
电话：61830379
Email: zjcao@
教学目的：
(1) 掌握和了解雷达成像领域的基础知识和先进成果；
(2) 具备雷达成像领域的工程技能和科学研究能力 ，为 从事雷达成像领域的研究和创新作准备；
电话：61830379
Email: zjcao@
多普勒滤波；斜距变化率 物理依据
物体相对运动所产生多普勒频移现象
二、雷达概念
雷达速度测量
二、雷达概念
目标大小、形状的测量 利用高分辨雷达 距离分辨力，大带宽脉冲压缩 切向分辨力（角度分辨力）：大孔径、合成孔径 目标电磁特征的测量 利用目标的散射特性。
极化；散射空间分布 用于目标识别、成像、敌我识别
英国的Chain Home雷达是第一个完整的防空系统，是真正用 于作战的第一部雷达，用于对高空飞行的飞机探测和测距。
二、雷达概念
2) 二战中的雷达
二战期间，雷达技术迅速发展：磁控管和收发开关；
二战中的雷达被誉为“天之骄子”；
用雷达控制高射炮击落一架飞机平均由5000发降为50发， 命中率提高100倍。
一、电磁波的性质
电磁波基本性质
电磁波是横波，质点的振动方向与传播方向垂直。 E与H同步变化（同相位），且满足
E H
电磁波在真空中的波速
u 1 c
00
一、电磁波的性质
电磁波的性质与光波相同， 在真空中传播速度c为3 X 108 m/s
λ = c/ f0 f0 : 工作频率、载波
二、雷达概念
1) 雷达发展初期
1886-1888年，德国Hertz验证了电磁波的产生、接收和目标 散射等基本原理； 1904年，德国出现第一部雷达，用于船舶防撞； 1935年，英国和德国首次对飞机进行脉冲测距； 1937年，英国出现第一部军用雷达"Chain Home"
二、雷达概念
E B t
H J D t
D
B 0
变化的磁场产生电场； 变化的电场产生磁场； 电荷可以单独存在，电场是有源的； 磁荷不可以单独存在，磁场是无源的。
磁感应强度的变化会引起环行电场；
位移电流和传导电流一样都能产生环行磁 场；
电位移矢量起止于存在自由电荷的地方；
二、雷达概念
3) 50年代的雷达
大型雷达：观察月亮、极光、流星等 单脉冲跟踪雷达：AN/FPS-16, 角跟踪精度0.1mrad 大功率速调管放大器，Pt 比磁控管大两个数量级 机载脉冲多普勒（PD）雷达
二、雷达概念
4) 60-80年代的雷达
相控阵、 OTHR、 SAR、 预警机
1) 目标检测： 目标有无判断 2) 参数提取： 目标斜距、角位置、相对速度的测量 3) 目标识别： 尺寸和形状的测量和雷达成像
二、雷达概念
P
目标
R
H
O 雷达
DB

a
正北
雷达坐标：距离、俯仰、方位
二、雷达概念
目标斜距的测量 利用电磁波从发射机经目标反射或散射到达
接收机的传播用时 测距方法：脉冲法、调频法、相位法 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 电磁波在大气中的传播速度接近光速，且误差可忽略 各种物体对电磁波的散射特性
1886年，Hertz扩展了Maxwell的电磁理论，通过实验证明了 Maxwell方程。 1889年，Hertz演示了无线电波的反射现象。
一、电磁波的性质
麦
克 斯 韦
L E dl


t
S B
dS
L H
dl

J

t
S D
dS
尔
方
S D dS q
程 组
SB dS 0
三、频率与极化
极化(Polarization)： 当电波传播时，电场矢量的振动总维持其特定的方向，这
种现象称为极化或偏振。 波的极化是由电场的方向决定的。极化分为线极化、椭圆
磁场没有起止点。
一、电磁波的性质
麦克斯韦方程组最重要的特点是它揭示了电磁场的内部作用和 运动规律。不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场 和磁场也可以互相激发。说明电磁场可以独立于电荷之外而存 在。
由此可见，电场和磁场互相激发形成统一的场----电磁场。
变化的电磁场 可以以一定的速度向周围传播出去。
交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播即形成电磁波。
一、电磁波的性质
由麦克斯韦方程组的微分形式可以得到波动方程：
2Ey 1 2Ey x2 u2 t 2
2Hy 1 2Hy x2 u2 t 2
波速:
E
u 1

0
H
x
一、电磁波的性质
电磁波是电磁振动的传播。
当电磁振荡进入空间时， 变化的磁场激发了变化的 电场，使电磁振荡在空间 传播，形成电磁波，也称 电磁辐射。
30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz
30 GHz 300 GHz 3000 GHz
电磁波频段
二、雷达概念
1904年4月30日，德国的Huelsmeyer申请了一项名为 Telemobiloscope 的专利，这是一个利用 电波探测远处金属物体的收发系统。
机载雷达目标信号与杂波频谱
二、雷达概念
干扰画面
处理后画面
频段名称 P波段 L波段 S波段 C波段 X波段 Ku波段 K波段 Ka波段
Mm波段
三、频率与极化
频率范围 300-1000MHz 1000-2000MHz 2000-4000MHz 4000-8000MHz 8000-12000MHz