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雷达原理的复习资料

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第一章 作业

1。简述“雷达”一词的来源，其最初的作用是什么？现代雷达的任务是什么？

教材参考：P1

雷达（Radar）源于Radio Detection and Ranging的缩写。

最初作用为无线电探测和测距或无线电定位。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，而且包括测量目标的速度，以及从目标回波中获得目标的尺寸和形状、目标的对称性、目标的表面粗糙度以及介电特性等信息。

2。简述雷达工作的基本原理。

教材参考：P2

雷达基本组成框图：

目标发射机接收机显示器发射的电磁波接收的电磁波

信号处理机

天线收发转换开关 噪声R

1、由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。

2、电磁能在大气中以光速(3×108 m/s)传播，如果目标恰位于定向天线的波束内，则它将截取部分电磁能。

3、目标将被截取的电磁能向各方向散射，其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后，就经传输线和收发开关反馈给接收机。

4、接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息，并将结果送至终端显示。

3。简述雷达目标斜距、角位置、相对速度测量的基本原理。

教材参考：P2-3

(1) 目标斜距的测量：雷达发射机经天线向空间发射高频脉冲，如果在电磁波传播的途径上有目标存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于已知电磁波传播速度，目标斜距的测量可以通过测量回波脉冲与发射脉冲的时间间隔了实现。R=CTr/2，R为目标的距离，c为电磁波传播速度，tr 为回波脉冲与发射脉冲之间的时间间隔。

(2) 目标角位置的测量：目标角位置指方位角或仰角，角位置都是利用天线的方向性来实现的。雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内，当天线波束轴对准目标时，回波信号最强。根据接收回波最强时的天线波束指向，就可确定目标的方向，这就是角坐标测量的基本原理。

(3) 相对速度的测量：当目标与雷达站之间存在相对速度时，接收到回波信号的载频相对于发射信号的载频产生一个频移（称为多卜勒频移），当目标向着雷达站运动时Vr＞0，反之Vr＜0。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。

rdvf2，fd为多卜勒频移，Vr为雷达与目标之间的径向速度，λ为载波波长。

4. 某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3微妙，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比。

解：重复周期：msTr110001，平均功率：WPav2400100031085

工作比： 003.010003D

5、雷达中心频率f0=3000MHz，回波信号相对发射信号的延迟时间为1000微妙，回波信号频率为3000.01MHz，目标运动方向与目标所在的方向的夹角为60度，求目标距离、径向速度和线速度。 解：目标距离：6851000103101.510()15022cRmkm

波长m1.010310398，多卜勒频率KHzMHzfd10300001.3000

径向速度smfVdr/5001021.024，线速度smV/100060cos500

第二章 作业

一部脉冲雷达，(a)要获得60nmi(海里)的最大非模糊距离，雷达的脉冲重复频率应是多少?( 1海里=1852米)

(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长?

(c)如果雷达的脉冲宽度为1.5us，则在距离坐标上脉冲能量在空间的范围(用m表示)是多少？

(d)两个相等尺寸的目标如果要被1.5us的脉冲宽度完全分辨出来，则二者必须相距多远(m)?

(e)如果雷达的峰值功率为800kW，则平均功率是多少?(f)这部雷达的占空因子是多少？

教材参考：P27

由题目最大非模糊距离为60nmi=60*1852=111120m，脉冲的重复频率为fr=c/2Rmax =1.349khz。

脉冲的重复时间Tr=2*Rmax/c=2*111120/3*108=740.8us。

如果脉宽为1.5us，则在距离坐标上脉冲能量在空间的范围是D=c*τ=3*108*1.5us=450m。

如果相等尺寸的两个目标要被1.5us的脉冲宽度完全分辨出来，则二者必须相距225m

如果峰值功率为800kW，则

Pav=Pt*τ/Tr=Pt*τ*fr=8*105*1.5*10-6*1.349*103=1.62kW。

D=τ*fr=1.5*10-6*1.349*103=2.025*10-3

第三章 作业

1。(a) —部由噪声系数为1.4、增益为15的低噪声射频放大器，变频损耗为6。0dB，噪声温度比为1。2的混频器和噪声系数为1。0的中频放大器组成的超外差接收机，求其总的噪声系数。

(b)如果射频低噪声放大器的增益为30而不是15，那么(a)中的接收机噪声系数为多大?

(c)如果(a)中的中频放大器噪声系数为30而不是1。0，那么接收机总的噪声系数应为多大?

F1=1.4, G1=15,

tc=F2*G2,

10logG2=-6=>G2=10^(-0.6)=1/4=0.25, =>F2=tc/G2=4.8

321112114.81111.41.65315150.25FFFFGGG总

2。试推导教材p58 式(3。2。28)。

教材参考：P58

两个单元电路级联时，F1、F2和G1、G2分别表示第一、二级电路的噪声系数和额定功率增益。为了计算总噪声系数F0，先求实际输出的额定噪声功率No=kT0BnG1G2F0，No由两部分组成： 一部分是由第一级的噪声在第二级输出端呈现的额定噪声功率No12，其数值为kT0BnF1G1G2，第二部分是由第二级所产生的噪声功率ΔN2=(F2-1)kT0BnG2，从而有No=kT0BnG1G2F0=kT0BnG1G2F1+(F2-1)kT0BnG2。同理得总噪声系数12101GFFF即低噪声射放

F1,G1 混频

F2,G2 中放

F3 1212131210111nnGGGFGGFGFFF，雷达接收机的高、中频部分增益为

馈线接收机放电器限幅器低噪声高 放混频器中 频放大器

自天线Gf1/GfGg1/GgGl1/GlGRFRGcFcGIFI至检波器，代入得到接收机总噪声系数为cRRcRgfGGFGFFGGGF111110。

3。什么是噪声系数、等效噪声温度、相对噪声温度，它们的物理意义分别是什么？

教材参考：P55-P58

噪声系数是接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的比值。它的物理意义是表示由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出端的信噪比相对其输入端的信噪比变差的倍数。为了更直观地比较内部噪声与外部噪声的大小，可以把接收机内部噪声在输出端呈现的额定噪声功率ΔN等效到输入端来计算，这时内部噪声可以看成是天线电阻RA在温度Te时产生的热噪声。温度Te称为等效噪声温度。它的物理意义是把接收机内部噪声看成是“理想接收机”的天线电阻RA在温度Te时所产生的，此时实际接收机变成“理想接收机”。相对噪声温度有时简称为噪声比tc，其意义为实际输出的中频额定噪声功率(FckT0BnGc)与仅由等效损耗电阻产生的输出额定噪声功率(kT0Bn)之比，噪声比tc表示有源四端网络中除损耗电阻以外的其它噪声源的影响程度。

4. 下图中馈线、接收机放电器、限幅器增益均为0.9，低噪声高放增益为20dB，噪声系数为3，混频器增益为0.2，相对噪声温度为2，中放增益为120dB，噪声系数为4，求总噪声系数。如果去掉低噪声高放，则总噪声系数为多少？

馈线接收机放电器限幅器低噪声高 放混频器中 频放大器

自天线Gf1/GfGg1/GgGl1/GlGRFRGcFcGIFI至检波器

无源总损耗729.09.09.09.0，混频器噪声系数102.02cF

总噪声系数2.010729.01410729.0110729.01322F

去掉低噪声高放2.0729.0142.0*10F

5。减小最小可检测信号功率可以采用哪些措施？

教材参考：P59

为了提高接收机的灵敏度，即减少最小可检测信号功率Simin，应做到：①尽量降低接收机的总噪声系数F0，所以通常采用高增益、低噪声高放；② 接收机中频放大器采用匹配滤波器，以便得到白噪声背景下输出最大信号噪声比；③式中的识别系数M与所要求的检测质量、 天线波瓣宽度、扫描速度、雷达脉冲重复频率及检测方法等因素均有关系。在保证整机性能的前提下，尽量减小M的数值。

6。什么叫接收机的增量增益？要使接收机不丢失目标对增量增益有何要求？什么是接收机的动态范围？

教材参考：P70

接收机的增量增益是接收机放大器振幅特性曲线上某点的斜率，描述叠加在干扰上的回波信号的放大量。只要接收机中某一级的增量增益Kd≤0，接收机就会发生过载，即丢失目标回波信号。动态范围D来表示接收机抗过载性能的好坏，它是当接收机不发生过载时允许接收机输入信号强度的变化范围。

7. 简述并图示平衡式收发开关的原理，图示开关同相相加和反相相消的过程。

平衡式收发开关的原理图如图所示。图中TR1、TR2是一对宽带的接收机保护放电管。在这一对气体放电管的两侧,

各接有一个3dB裂缝波导桥, 整个开关的四个波导口的连接如图所示。3dB裂缝桥的特性为: 在四个端口中, 相邻两端(例如端口1和2)是相互隔离的, 当信号从其一端输入时, 从另外两端输出的信号大小相等而相位相差90°。

平衡式收发开关原理图

(a) 发射状态; (b) 接收状态

8、简述分支线收发开关的原理，说明四分之一波长开路线和短路线的作用；画出原理图说明。

发射时：气体放电管TR(称为 “接收机保护放电器”)和ATR(称为“发射机隔离放电器”)被电离击穿, 对高频短路。

它们到主馈线的距离约为1/4波长, 因此在主馈线aa′和bb′处呈现的输入阻抗为无穷大, 发射的高功率信号能顺利送至天线。 因为此时TR短路, 发射能量不能进入接收机。

分支线型收发开关原理图

接收时： TR和ATR都不电离放电。此时ATR支路的1/4波长开路线在主馈线aa′呈现短路,aa′与接收支路bb′处相距1/4波长, 从bb′端向发射机看去的阻抗相当于开路, 所以从天线来的回波信号全部进入接收机。由于分支线型收发开关带宽较窄, 承受功率能力较差, 通常已被平衡式收发开关所代替。

9．根据雷达接收机高、中频部分的框图和所给的参数，推导接收机的总噪声系数；若不采用高放，直接用混频器作为接收机的第一级，再推导其总噪声系数。为什么接收机要采用高增益低噪声高放？

馈线接收机放电器限幅器低噪声高 放混频器中 频放大器

自天线Gf1/GfGg1/GgGl1/GlGRFRGcFcGIFI至检波器

n级电路级联时接收机的总噪声系数1212131210111nnGGGFGGFGFFF，将图中所标的各级的额定功率增益和噪声系数代入上式，其中前面三级只贡献增益不贡献噪声，得到接收机总噪声系数为cRRcRgfGGFGFFGGGF111110。若不采用高放，直接用混频器作为接收机的第一级，得)(1110CFCgfGFGGGFI，合并得 其中ct= CFcG。

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雷达信号处理基础理论与应用

雷达信号处理基础理论与应用

雷达信号处理基础理论与应用

雷达信号处理是现代雷达技术的核心，是将雷达接收到的回波信号转换为目标信息的过程。因此，对于雷达信号处理的理论和应用的研究具有重要的现实意义和应用价值。

一、雷达基础理论

1.1 雷达系统基础原理

雷达系统的基础原理是通过发射电磁波，在目标物体上产生散射回波信号，并接收并处理回波信号，从而实现目标位置、速度、方位等信息的测量。雷达系统的核心构成包括发射机、天线、接收机和信号处理器。其中，发射机产生电磁信号，通过天线发射；接收机接收回波信号，信号处理器对回波信号进行处理后提取目标信息。

1.2 雷达信号理论

雷达信号的理论表述是指雷达系统中涉及到各种信号处理算法的基础理论和应用。雷达信号通常具有高频段、窄带和受干扰的特点，因此需要对信号进行复杂的处理。雷达信号处理中涉及到的主要理论包括多普勒效应、回波信号分析、信号干扰、雷达成像等。

1.3 雷达系统性能参数

雷达系统性能参数通常包括雷达探测能力、定位精度、分辨率、探测距离、反射截面等。其中，雷达探测能力是指雷达系统可以发现目标的能力；定位精度是指雷达系统可以测量目标在空间中的位置；分辨率是指雷达系统可以将多个目标区分开来的能力；探测距离是指雷达系统可以探测到目标的最远距离；反射截面是指雷达系统接收到的目标回波信号对应的物体截面。

二、雷达信号处理应用

2.1 雷达成像

雷达成像是一种基于微波辐射的成像技术。它通过对反射回波信号进行处理，实现目标在三维空间中的图像展示。在雷达成像过程中，通常需要采用多个角度的发射和接收，以实现更准确的成像效果。雷达成像技术在军事、航天、地质勘探等各个领域都得到了广泛的应用。

2.2 多普勒雷达

多普勒雷达是一种测量目标速度的传感器。它基于多普勒效应，利用目标运动产生的频移信息，对目标速度进行测量。多普勒雷达的应用领域非常广泛，包括交通监控、地震预警、气象预报等。

2.3 监测雷达

监测雷达是一种通过对目标进行连续观测，实时监测目标的运动和变化的雷达系统。它通常采用多个接收器和多个天线，并对接收到的信号进行处理，以获得目标信息。监测雷达的应用领域包括空域监测、物理测量等。

雷达的原理是什么

雷达的原理是什么

雷达的原理是什么

雷达的原理是利用电磁波的传播和反射特性来探测目标物体的位置和运动状态。雷达系统首先发射出一束窄带电磁波，如无线电波或微波。这些电磁波在空间中传播，并当遇到目标物体时会部分反射回来。

雷达系统通过接收和分析这些反射回来的电磁波来确定目标物体的位置、速度和形状。当发射的电磁波与目标物体相交时，一部分能量会被物体吸收，另一部分则会反射回雷达系统。接收机会接收到这些反射的信号，并通过测量反射信号到达时间或频率的变化来计算目标物体与雷达系统之间的距离和速度。

通过在雷达系统中使用多个发射和接收天线，可以实现目标物体的三维定位。雷达系统可以检测到不同位置和运动状态的目标物体，如飞机、船只、汽车以及天气现象等。雷达广泛应用于军事、航空、导航、气象和交通等领域。

雷达的工作原理

雷达的工作原理

雷达的工作原理

雷达是一种利用电磁波进行探测和测量的仪器。它可以通过发射电磁波并依据波的反射情况来确定目标的位置、速度和其他相关信息。雷达在军事、气象、导航等领域都有着广泛的应用。

雷达的工作原理基于电磁波的特性。电磁波是由电场和磁场组成的，通过空间传播，具有一定的速度和频率。雷达通常使用的是无线电波或者微波作为探测介质。无线电波是一种电磁波，可以在空气中传播，并且可以被大气中一些物质（如云、水滴等）反射、散射或者吸收。

雷达由三个主要部分组成：发射机、接收机和显示设备。发射机负责发射电磁波，接收机负责接收反射的波，并将其转化为有用的信息，显示设备则用于显示结果。

当雷达开始工作时，发射机会产生一束电磁波并将其发射出去。这束电磁波会朝着预定方向传播，直到遇到目标或者被地物等障碍物反射回来。当反射波回到雷达时，接收机会接收到这些波，并将其转换成电信号。

在雷达中，发射和接收都是由一个共同的天线完成的。天线既可以用来发射电磁波，也可以用来接收反射回来的波。雷达系统中的天线通常由一个或多个指向性的发射和接收元件组成，以便能够在特定的方向上进行探测。

接收到的反射波经过放大和处理后，可以提供目标的位置、速度、大小等相关信息。雷达通过测量从发射到接收的时间来确定目标的距离。速度可以通过测量反射波的频率变化来确定，而目标的大小和形状可以根据反射波的幅度和形态来推断。

雷达的探测范围受到波的频率、功率和天线的特性等多种因素的影响。通常来说，更高频率的波具有更高的分辨率，但也更容易被地物散射吸收，限制了其探测范围。同时，雷达的探测范围还受到天线高度、大气传播条件和目标表面反射能力等因素的影响。

雷达技术的不断发展使其在军事、气象、导航、交通等领域得到了广泛应用。例如，在军事领域，雷达被用于目标探测、导航、火控等方面。在气象领域，雷达可以用于检测降水、探测风暴等。在导航和交通控制中，雷达可以用于飞行器和船只的导航和交通管制。

雷达原理习题doc资料

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学习资料

仅供学习与参考 1. 简述雷达测距、测角和测速的物理依据。

2. 已知常规脉冲雷达的发射信号脉冲宽度为s2，求该雷达的距离分辨力。

3. 已知一X波段雷达，其工作波长为3cm，若一目标以300skm/向着雷达站飞行，计算回波信号的多普勒频移。

4. 已知某雷达波长cm10，MWPt2，5000G，pWSi05.0min.，求其对一架有效反射面积210m的飞机的最大探测距离。

5. 所需条件仍与上题一致，求当目标在波束轴上距离雷达为300km时，接收机输入的实际回波功率rS为多少？

6. 雷达常用的发射机哪两类，特点是什么？接收机通常采用什么形式？如何理解超外差？

7. 雷达进行目标检测时，门限电平与发现概率和虚警概率的关系是怎样的？要在虚警概率保持不变的情况下提高发现概率，则应调整哪些参数？

8. 积累可提高接收机输出信噪比，在其他参数不变的情况下，81个脉冲的理想相干积累将使雷达作用距离提高为原来的多少倍？

9. 在脉冲法测距中，测距模糊的出现原因是什么？若常规脉冲雷达发射信号脉冲宽度s1，脉冲重复周期kHzTr5，则最大单值不模糊距离和距离分辨力各为多少？

10. 已知一毫米波雷达，其参数为mm3（-2.5），kWPt4（3.6），dBG37，MHzBn20（73），dBFn10，dBL6，dBNSo13)/(，求220dBm和220dBm时的最大探测距离。

11. 某雷达波长cm5.5（-1.26），dBG40，在其300km（5.48）的作用距离上检测概率为90%，虚警概率为610，且知21m（0），dBFn10，MHzBn20（73），试问在不计发射和接收的损耗并忽略大气损耗情况下，在测量期间要发射的最小能量应该是多少？

12. 为了充分利用雷达的最大作用距离kmR200max，载有发现低飞目标雷达的飞机应飞在怎样的高度上？（目标飞机高度不小于50m）