现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第2章
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现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章ppt课件
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22
图6.4 机载雷达下视模式的主波束杂波区
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23
图6.5 辐射区的概念
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24
由图6.5知，杂波区域的面积Ac
雷达从该杂波区接收到的杂波功率是
(6.2.7)
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(6.2.8)
25
其中，Pt是峰值发射功率，G是天线增益，λ是波长，σc ＝σ0Ac为该杂波的RCS，下标c表示区域杂波。而从该区域接 收到一个RCS为σt的目标的回波功率为
精7 选ppt
7
6.2 雷达杂波
杂波被用来描述这样一类物体，即能够产生干扰雷达正 常工作的非期望信号的雷达回波。通过天线主瓣进入雷达的 寄生回波称为主瓣杂波，否则称为旁瓣杂波。
精8 选ppt
8
杂波通常分为两大类：面杂波和体杂波。面杂波包括树木、 植被、地表、人造建筑及海表面等散射的回波。体杂波通常 指具有较大范围(尺寸)的云雨、鸟及昆虫等，一般教科书上 也将金属箔条看做体杂波。
3精0选ppt
30
图6.7 地基雷达杂波几何图(侧视图和下视图)
3精1选ppt
31
由图6.7可以导出如下关系：
3精2选ppt
(6.2.12) (6.2.13) (6.2.14)
32
其中，ΔR是雷达距离分辨率，斜距R在地面的投影为
(6.2.15) 因此，主瓣和旁瓣对应的杂波区的面积为
(6.2.16)
雷达的杂噪比CNR为
(6.2.23)
3精7选ppt
37
［例6-2］ MATLAB函数“clutter_rcs.m”：画出杂波 RCS和CNR与雷达斜距之间的关系图，其输出包括杂波 RCS(dBsm)和CNR(dB)。函数调用如下：
现代雷达系统分析与设计陈伯孝
(4.1.9)
现代雷达系统分11析与设计陈伯孝
(4.1.10)
2.指数表示法
复解析信号在推导信号的一般特性时是有效的表示方式， 但在分析具体信号时又极不方便，故常采用指数形式的复信 号来代替复解析信号。
实信号用指数形式的复信号实部表示为
其中 形式，而
(4.1.11) 为实信号的复指数 为复信号的复包络。
(4.1.14)
现代雷达系统分18析与设计陈伯孝
(4.1.15)
由于噪声叠加在信号上的缘故，在测时(测距)和测频(测速)
时就会出现随机偏移真实值的情况。以有效时宽βt和有效带 宽βf来表示的时间测量和频率测量的均方根误差的近似式分 别为
(4.1.16)
现代雷达系统分19析与设计陈伯孝
(4.1.17)
现代雷达系统分27析与设计陈伯孝
4.2.1 模糊函数的定义及其性质 1.模糊函数的定义
模糊函数最初是为了研究雷达分辨率而提出的，目的是 通过这一函数定量描述当系统工作于多目标环境下，发射一 种波形并采用相应的滤波器时，系统对不同距离、不同速度 目标的分辨能力。换句话说，就是当“干扰目标”与观测目 标之间存在着距离和速度差别时，模糊函数定量地表示了 “干扰目标”(即临近的目标)对观测目标的干扰程度。
下面从分辨两个不同的目标出发，如图4.3所示，以最 小均方差为最佳分辨准则，推导模糊函数的定义式。
现代雷达系统分28析与设计陈伯孝
图4.3 目标环境图
现代雷达系统分29析与设计陈伯孝
雷达的发射信号通常为窄带信号，用复信号可表示为
(4.2.1) 其中u(t)为信号的复包络，f0为载频。
若采用理想的“点目标”模型，假设目标1和目标2的时 延分别为d和d＋τ，多普勒频移分别为f和f＋fd，且功率相同， 两个目标的回波信号可表示为
现代雷达系统分11析与设计陈伯孝
(4.1.10)
2.指数表示法
复解析信号在推导信号的一般特性时是有效的表示方式， 但在分析具体信号时又极不方便，故常采用指数形式的复信 号来代替复解析信号。
实信号用指数形式的复信号实部表示为
其中 形式，而
(4.1.11) 为实信号的复指数 为复信号的复包络。
(4.1.14)
现代雷达系统分18析与设计陈伯孝
(4.1.15)
由于噪声叠加在信号上的缘故，在测时(测距)和测频(测速)
时就会出现随机偏移真实值的情况。以有效时宽βt和有效带 宽βf来表示的时间测量和频率测量的均方根误差的近似式分 别为
(4.1.16)
现代雷达系统分19析与设计陈伯孝
(4.1.17)
现代雷达系统分27析与设计陈伯孝
4.2.1 模糊函数的定义及其性质 1.模糊函数的定义
模糊函数最初是为了研究雷达分辨率而提出的，目的是 通过这一函数定量描述当系统工作于多目标环境下，发射一 种波形并采用相应的滤波器时，系统对不同距离、不同速度 目标的分辨能力。换句话说，就是当“干扰目标”与观测目 标之间存在着距离和速度差别时，模糊函数定量地表示了 “干扰目标”(即临近的目标)对观测目标的干扰程度。
下面从分辨两个不同的目标出发，如图4.3所示，以最 小均方差为最佳分辨准则，推导模糊函数的定义式。
现代雷达系统分28析与设计陈伯孝
图4.3 目标环境图
现代雷达系统分29析与设计陈伯孝
雷达的发射信号通常为窄带信号，用复信号可表示为
(4.2.1) 其中u(t)为信号的复包络，f0为载频。
若采用理想的“点目标”模型，假设目标1和目标2的时 延分别为d和d＋τ，多普勒频移分别为f和f＋fd，且功率相同， 两个目标的回波信号可表示为
现代雷达技术ppt课件
第二章自动检测、自动跟踪和多传感器融合
2.1 自动检测 ■统计检测：检测门限
处理虚警：自适应门限（CFAR），非参量检测器（秩值），杂波
图
■最佳检测器
统计检测：二元假设，有目标H1，无目标H0
似然比检测
Lx1 ,x2 ,,xn
p p
x1 ,x2 ,,xn x1 ,x2 ,,xn
H1 H0
T
99 98
90 发 70 现 50
虚警概率一定，信噪比越大， 发现概率越大。
概 率
30 10
在虚警概率和发现概率一定 的条件下，信噪比越大， 目标的探测距离就越远。
2 1 0.2 0.1 0.01
0 2 46 8
2 E N0
滑窗的径向切向扫描
滑窗在径向（距离）上每次移动一个 距离量化单元，距离上扫描结束后， 再沿切向移动一个方位量化单元，开 始下一次距离扫描。
EuL
uL puL duL
1
C
ln
式中，欧拉常数C≈0.557，uL的均方值：
E uL2
uL2 puL duL
1 2
2
6
C
ln
2
uL的方差为：
DuL E uL2
EuL
2
2 6
1 2
归一化，v
uL
EuL ，v DuL
的概率密度函数为：
pv
ev 6eC
目标
杂波强度估计不足，虚警率高。
参考单元 参考单元
目标
参考单元 参考单元
杂波强度估计过大，检测能力低。
杂波的非平稳性影响虚警率的稳定性和目标的检测能力。
参考单元数越多，杂波非平稳性的影响越大，对杂波变化的敏感性 越差。
2.1 自动检测 ■统计检测：检测门限
处理虚警：自适应门限（CFAR），非参量检测器（秩值），杂波
图
■最佳检测器
统计检测：二元假设，有目标H1，无目标H0
似然比检测
Lx1 ,x2 ,,xn
p p
x1 ,x2 ,,xn x1 ,x2 ,,xn
H1 H0
T
99 98
90 发 70 现 50
虚警概率一定，信噪比越大， 发现概率越大。
概 率
30 10
在虚警概率和发现概率一定 的条件下，信噪比越大， 目标的探测距离就越远。
2 1 0.2 0.1 0.01
0 2 46 8
2 E N0
滑窗的径向切向扫描
滑窗在径向（距离）上每次移动一个 距离量化单元，距离上扫描结束后， 再沿切向移动一个方位量化单元，开 始下一次距离扫描。
EuL
uL puL duL
1
C
ln
式中，欧拉常数C≈0.557，uL的均方值：
E uL2
uL2 puL duL
1 2
2
6
C
ln
2
uL的方差为：
DuL E uL2
EuL
2
2 6
1 2
归一化，v
uL
EuL ，v DuL
的概率密度函数为：
pv
ev 6eC
目标
杂波强度估计不足，虚警率高。
参考单元 参考单元
目标
参考单元 参考单元
杂波强度估计过大，检测能力低。
杂波的非平稳性影响虚警率的稳定性和目标的检测能力。
参考单元数越多，杂波非平稳性的影响越大，对杂波变化的敏感性 越差。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第6章PPT课件
38 .
38
表6.1 clutter_rcs.m参数定义
39 .
39
使用表6.1中参数设置，可以得到图6.8所示的杂波RCS和 CNR与斜距的关系图。注意，在对应于主瓣与第一旁瓣间零 点的擦地角，在非常近的距离会在杂波RCS上产生凹陷(dip)。
40 .
40
图6.8 杂波RCS和CNR与斜距的关系图
(6.2.2)
16 .
16
假设电磁波入射到粗糙表面时，如图6.3所示。由于表 面高度的起伏(表面粗糙度)，“粗糙”路径的距离要比“平
坦”路径长2hrmssinψg，这种路径上的差异转化成相位差Δj，
即
当Δj＝π(第一个零点)，临界角ψgc
(6.2.3)
(6.2.4)
17 .
17
或者等价地，
(6.2.5) 以海杂波为例，在不同海情下表面高度起伏的均方根 值可近似为
第6章 杂波与杂波抑制
➢ 6.1 概述 ➢ 6.2 雷达杂波 ➢ 6.3 MTI/MTD性能指标 ➢ 6.4 动目标显示(MTI) ➢ 6.5 动目标检测(MTD) ➢ 6.6 杂波自适应控制 ➢ 6.7 本章MATLAB程序及函数清单
1.
1
6.1 概 述
雷达工程师常用术语“杂波”表示自然环境中客观存在 的不需要的回波。通常杂波的功率比目标回波强得多，“扰 乱了”雷达工作，使得对目标回波的检测困难。杂波包括来 自地面及地面建筑物体、海洋、天气(特别是雨)、鸟群，以 及昆虫等的回波。
14 .
14
图6.2 杂波散射系数与擦地角的关系示意图
15 .
15
低擦地角的范围从0到临界角附近。临界角是由瑞利 (Rayleigh)定义为这样的一个角度：低于此角的表面被认为是 光滑的；高于此角的表面即可认为是粗糙的；在高擦地角区， σ0随擦地角增大的变化较大。设表面高度起伏的均方根值为 hrms，根据瑞利准则，当式(6.2.2)满足时可认为表面是平坦的， 即
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第5章
11
表5.1 常用雷达信号处理方法
12
5.2 雷达回波信号模型
雷达接收信号可以表述为
x(t)＝S(t)＋N(t)＋C(t)＋J(t) (5.2.1)
其中S(t)为目标回波信号，常称为有用信号；N(t)为噪 声，包括接收机内部噪声及其天线和外部环境噪声；C(t)和 J(t)分别为杂波和干扰。
13
雷达杂波是指自然环境中不需要的回波，即传播路径 中客观存在的各种“不需要”物体散射的回波信号。杂波 包括来自地物、海洋、天气(特别是雨)、鸟群等的回波。 在较低的雷达频率，电离的流星尾迹和极光的回波也能产 生杂波。干扰是指人类活动过程中所发出的电磁波对雷达 的影响。它包括两种类型：一类是人为有意造成的，其目 的是为了影响雷达的正常工作而实施的敌对活动所发出的 电磁波信号；另一类是人类活动过程中所发出的电磁波无 意识地对雷达工作造成的影响，
8
(3)高效的空间搜索能力。 (4)良好的空间分辨能力，主要措施有：①尽可能地增 大天线的功率孔径积，提高角分辨能力；②改进测角方式， 提高角度测量精度；③使用距离波门(时域滑窗)进行距离 跟踪，减小多目标在频域的混叠；④使用大带宽信号和脉 冲压缩技术，提高距离分辨能力；⑤采用频率滤波，提高 速度分辨能力；⑥通过合成孔径，提高方位分辨能力；⑦ 两幅天线干涉合成，提高俯仰角分辨能力。
10
基于DSP、FPGA或ASIC相结合的并行高速信号处理实现 方式。尽管DSP芯片已由单核发展到双核甚至多核，例如： 德州仪器公司开发的TMS320C67XX包括6个内核，我国中 电集团第三十八研究所自主开发的高性能DSP芯片 (BWDSP100)有4个乘法器，但对一些需要同时完成数百个 甚至数千个乘法运算的场合，DSP的运算能力仍不能满足 要求，就需要采用FPGA或ASIC设计更多的乘法器运算模 块。
表5.1 常用雷达信号处理方法
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5.2 雷达回波信号模型
雷达接收信号可以表述为
x(t)＝S(t)＋N(t)＋C(t)＋J(t) (5.2.1)
其中S(t)为目标回波信号，常称为有用信号；N(t)为噪 声，包括接收机内部噪声及其天线和外部环境噪声；C(t)和 J(t)分别为杂波和干扰。
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雷达杂波是指自然环境中不需要的回波，即传播路径 中客观存在的各种“不需要”物体散射的回波信号。杂波 包括来自地物、海洋、天气(特别是雨)、鸟群等的回波。 在较低的雷达频率，电离的流星尾迹和极光的回波也能产 生杂波。干扰是指人类活动过程中所发出的电磁波对雷达 的影响。它包括两种类型：一类是人为有意造成的，其目 的是为了影响雷达的正常工作而实施的敌对活动所发出的 电磁波信号；另一类是人类活动过程中所发出的电磁波无 意识地对雷达工作造成的影响，
8
(3)高效的空间搜索能力。 (4)良好的空间分辨能力，主要措施有：①尽可能地增 大天线的功率孔径积，提高角分辨能力；②改进测角方式， 提高角度测量精度；③使用距离波门(时域滑窗)进行距离 跟踪，减小多目标在频域的混叠；④使用大带宽信号和脉 冲压缩技术，提高距离分辨能力；⑤采用频率滤波，提高 速度分辨能力；⑥通过合成孔径，提高方位分辨能力；⑦ 两幅天线干涉合成，提高俯仰角分辨能力。
10
基于DSP、FPGA或ASIC相结合的并行高速信号处理实现 方式。尽管DSP芯片已由单核发展到双核甚至多核，例如： 德州仪器公司开发的TMS320C67XX包括6个内核，我国中 电集团第三十八研究所自主开发的高性能DSP芯片 (BWDSP100)有4个乘法器，但对一些需要同时完成数百个 甚至数千个乘法运算的场合，DSP的运算能力仍不能满足 要求，就需要采用FPGA或ASIC设计更多的乘法器运算模 块。
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第9章资料
元相比较，目标具有小的尺寸，目标本身的散射特点不能分辨
出来。分布式散射体或目标的尺寸比雷达分辨单元大，从而使 各个散射体得以辨认。雷达的分辨能力通常(但不总是)决定着
目标是当作点目标还是当作分布式目标来考虑。一个复杂的目
标含有多个散射体，复杂的散射体可以是点散射体也可以是分 布式散射体。
9
1.点目标的测量
进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于
导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据 率通常在每秒10次以上。
5
(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主 要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空 域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫 描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT 低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般 能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天 线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。 (3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标
就点目标而言，只进行一次观察就可做出的基本雷达测量 包括距离测量、径向速度测量、方向(角度)测量和特殊情况下 的切向速度测量。 (1)距离测量。第1章中曾提到距离是根据雷达信号到目标
的往返时间TR获得的，即距离R＝cTR /2。远程空中监视雷达的
距离测量精度可达几十米，但采用精密系统可达几厘米的精度 雷达按信号所占据的谱宽进行测量是精确距离测量所要求的基
仰角和速度，然后利用这些参数进行滤波，实现对目标的跟踪，
同时还可以预测它们下一时刻的值。
2
参数测量精度是一个重要的性能指标，在某些雷达(如精 密测量、火控跟踪和导弹制导等雷达)中测量精度是关键指标。 测量精度表明雷达测量值和目标实际值之间的偏差(误差)大小， 误差越小则精度越高。影响一部雷达测量精度的因素是多方面 的，例如不同体制雷达采用的测量方法不同，雷达设备各分系 统的性能差异，以及外部电波的传播条件等。混杂在回波信号 中的噪声和干扰是限制测量精度的基本因素。 目标的信息包含在雷达的回波信号中。在一般雷达中，对
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第2章
17
正交场放大器(Crossed
FieldAmplifier，CFA)：由于其效
率高(25％～65％)和低工作电压的原因而用于很多功率较高的 地面雷达系统。它是线性放大的，调制起来比较容易。不过， 其增益相当低(7～16 dB)，而且必须用其它CFA、TWT或速调 管来激励。其噪声输出要比磁控管低得多，但比其它器件高。
式中fr＝1Tr是脉冲重复频率。TeTr＝Tefr＝D，称为雷达的
工作比。常规的脉冲雷达工作比只有百分之几，最高达百分之 几十；连续波雷达的D＝1。
26
单级振荡式发射机的输出功率取决于振荡管的功率容量， 主振放大式发射机则取决于输出级(末级)发射管的功率容量。 考虑到耐压和高功率击穿等问题，从发射机的角度，宁愿提高 平均功率而不希望过分增大它的峰值功率。
射一种特定的大功率信号。发射机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。
7
雷达发射机有单级振荡式和主振放大式两类，其中单级振 荡式发射机又可分为两种：一种是初期雷达使用的三极管、四 极管振荡式发射机，其工作频率为VHF或UHF频段；另一种为 磁控管振荡式发射机。单级振荡式发射机比较简单，如图2.2(a) 所示，它所提供的大功率射频信号是直接由一级大功率射频振 荡器产生的，并受脉冲调制器的控制，因此振荡器的输出是受 到调制的大功率射频信号。例如，一般的脉冲雷达辐射的是包 络为矩形脉冲调制的大功率射频信号，所以控制振荡器工作的
10
振荡器是连续工作的。主振放大器的脉冲实际上是从连续 波上“切”下来的，如图2.3所示。若键控开关的时钟是以振 荡器为时钟基准产生的，则其脉冲是相干的，对于脉冲信号而 言，所谓相干性(也称相参性)，是指从一个脉冲到下一个脉冲 的相位具有一致性或连续性。若脉冲与脉冲之间的初始相位是 随机的，则发射信号是不相干的。 射频放大链如图2.4所示，通常采用多级放大器组成。末 级的高功率放大器经常采用多个放大器并联工作，再通过大功
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第9章
能量，N0是单位带宽的噪声功率。
18
对于时延(距离)的测量，k与发射信号的频谱形状S( f )有关， ΔM是脉冲的上升时间(与带宽B成反比)。若距离分辨率为ΔR， 则距离的测量精度为
(9.2.2b) 对于多普勒频率(径向速度)的测量，k与时域信号s(t)的 形状S( f )有关，ΔM是频率分辨率Δfd(与信号持续时间成反比)。
进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于
导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据 率通常在每秒10次以上。
5
(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主 要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空 域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫 描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT 低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般 能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天 线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。 (3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标
这相当于带宽为Bs的中频滤波器。
25
虽然它不像理想的矩形脉冲，通常称为准矩形脉冲。当雷达发 射“矩形”脉冲时，实际上为它对电磁频谱其它的使用者产生较 少的带外干扰)；虚线的准矩形脉冲适用于Bs＝6ηp的情况。
26
图9.1 准矩形脉冲
14
2.分布式目标的测量
在合适的维次上若有足够的分辨率，就能确定分布式目标 的大小和形状。需要重申的是，分辨率和精度是两个不同的概 念。距离分辨率要求信号频谱的全部带宽被无间隙地连续占据， 而测距精度只要求至少在谱宽的两端有足够的谱能量，精度可
以采用稀疏频谱实现。在时域对频率的测量和在空域(天线)对
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第2章
第1章 绪 论
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1.4 雷达的生存与对抗
1
1.1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
7
“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
8
4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
5
2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
6
3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1.4 雷达的生存与对抗
1
1.1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
7
“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
8
4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
5
2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
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3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
现代雷达系统分析与设计陈伯孝PPT课件
6
信号变换包括频率变换、AD变换、相关、放大及延时等。 根据雷达的任务及其工作环境，对雷达信号处理的要
求是： (1)能够处理海量信息，即不仅能够获取目标的位置和
数量等常规信息，还能获取目标的属性或图像信息。 (2)实时性强，使完成一次处理所用的时间与雷达的数
据率相匹配。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
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(5)良好的环境适应能力：①自适应杂波抑制(自适应滤 波、自适应CFAR、杂波图等)；②自适应数字波束形成； ③智能化特征抽取和目标识别算法；④多模式协同工作(例 如预警机、多模式SAR)。
雷达信号处理的分类方法较多，按处理域分为时域信 号处理、空域信号处理、频域信号处理、极化域信号处理 和多域联合信号处理。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
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例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
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信号变换包括频率变换、AD变换、相关、放大及延时等。 根据雷达的任务及其工作环境，对雷达信号处理的要
求是： (1)能够处理海量信息，即不仅能够获取目标的位置和
数量等常规信息，还能获取目标的属性或图像信息。 (2)实时性强，使完成一次处理所用的时间与雷达的数
据率相匹配。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
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(5)良好的环境适应能力：①自适应杂波抑制(自适应滤 波、自适应CFAR、杂波图等)；②自适应数字波束形成； ③智能化特征抽取和目标识别算法；④多模式协同工作(例 如预警机、多模式SAR)。
雷达信号处理的分类方法较多，按处理域分为时域信 号处理、空域信号处理、频域信号处理、极化域信号处理 和多域联合信号处理。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
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例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
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4.
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1938年，美国信号公司制造的SCR-268成为第一部实用 的防空火控雷达，其工作频率为200 MHz，作用距离为180 km。这种雷达共生产了3100部。
1939年，美国无线电公司(RCA)研制出第一部实用舰载 雷达——XAF，安装在“纽约号”战舰上，对飞机的探测距 离为160 km，对舰船的探测距离为20 km。
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5.20世纪90年代的雷达
20世纪90年代，随着微电子技术的迅速发展，雷达进一 步向数字化、智能化方向发展。同时，反雷达的对抗技术也 迅速发展起来。一些主要军事大国纷纷研制一些新体制雷达， 例如无源雷达、双(多)基地雷达、机(或星)载预警雷达、稀 布阵雷达、多载频雷达、微波成像雷达、毫米波雷达、激光 雷达等。
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波形产生器产生一定工作频率、一定调制方式的射频激励信 号，也称为激励源，同时，产生相干本振信号送给接收机； 发射机对激励源提供的射频激励信号进行功率放大，再经收 发开关馈电至天线，由天线辐射出去；目标回波信号经天线 和收发开关至接收机，再由接收机对接收信号进行低噪声放 大、混频和滤波等处理；信号处理的作用是抑制非期望信号 (杂波、干扰)，通过相干积累或非相干积累等措施以提高有 用信号的信噪比，并对目标进行自动检测与跟踪等。
第1章 绪 论
➢ 1.1 雷达的发展概况 ➢ 1.2 雷达工作原理与分类 ➢ 1.3 雷达的主要战术与技术指标 ➢1.4 雷达的生存与对抗
1.
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1.1 雷达的发展概况
雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音 译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基 本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标 的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪 六七十年代进入大发展时期。
3.
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下面简单回顾现代雷达发展史上的一些重大事件：
1.雷达的诞生及发展初期
1886年，HeinrichHertz(海因里奇·赫兹)验证了电磁波的 产生、接收和散射。
1886~1888年，ChristianHulsmeyer(赫尔斯姆耶)研制出 原始的船用防撞雷达。
1937年，RobertWatsonWatt(沃森·瓦特)设计出第一部可 用的雷达——“ChainHome”，并在英国建成。
1.1
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在雷达技术得到迅速发展的同时，由于敌我双方军事斗 争的需要，雷达亦面临着生存和发展的双重挑战。雷达面临 的威胁主要有四个方面：一是隐身技术。由于采用隐身技术， 使得目标的散射截面积(RCS)大幅度降低，雷达接收到的目 标散射回波信号微乎其微，以至于难以发现目标。二是综合 电子干扰(E CM)。由于快速应变的电子侦察和强烈的电子干 扰，使得雷达难以正确地发现并跟踪目标。三是反辐射导弹 (ARM)。高速反辐射导弹已成为雷达的克星，
7.
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“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空 相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行 电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。
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4.20世纪七八十年代的雷达
这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达 得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出 E-3预警机等。
2.
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பைடு நூலகம்
随着微电子技术的迅速发展，在20世纪中后期，雷达技术进 入了一个新的发展阶段，出现了许多新型雷达，例如合成孔 径雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达等。现代雷达的功能 已超出了最早定义雷达的“无线电探测和测距”的含义，已 赋以新的内涵——提取目标的更多信息，例如目标的属性、 目标成像、目标识别和战场侦察等，从而实现对目标的分类 或识别。
5.
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2.二战中的雷达
在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控 制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发， 命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天 之骄子”。
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3.20世纪五六十年代的雷达
在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人 造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反 洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率 和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率 速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级； 这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉 冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷 达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状 地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下 视和制导；
1.2
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只要雷达一开机，被敌方侦察到以后，很容易利用ARM将 雷达摧毁。四是低空突防。对具有掠地、掠海能力的低空、 超低空飞机和巡航导弹，雷达一般难以发现。这就是人们常 说的雷达面临的“四大威胁”。
13.
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1.2 雷达工作原理与分类
1.2.1 基本组成
雷达系统的基本组成如图1.1所示。通常包括波形产生 器、发射机、接收机、A/D变换、信号处理、数据处理、显 示器、信息存储与传输、天线及其伺服装置、电源等部分。
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通常将目标航迹的关联、跟踪滤波、航迹管理等称为雷 达的数据处理。目标航迹及相关信息在屏幕上显示的同时， 通过网络等设备传输至各级指挥系统。
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图1.1 雷达系统的基本组成
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1.2.2 雷达分类
根据雷达的功能及工作方式的不同，雷达有多种分类方 法。
1.0
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6.新世纪的雷达
新世纪，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功 能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。 为了减小天线孔径、提高机动性并降低成本，雷达将由过去 集中式大孔径天线向分布式小孔径雷达方向发展；从频率源、 发射到接收，雷达已从模拟向数字化方向发展，提出了数字 化雷达的概念。数字化雷达在每个脉冲重复周期采用不同的 信号形式，提高了抗干扰能力。从信号处理和检测的角度， 雷达将向智能化方向发展。综合利用多部雷达协同探测与雷 达组网，可以提高雷达的探测能力和覆盖范围。同时，雷达 将向网络化方向发展。