警戒雷达作用距离的设计

２００２年７月　现代雷达　第４期　

噪声干扰条件下雷达最大作用距离的估计　

王红军赵宏　

（海军大连舰艇学院　大连１１６０１８）　

【摘要】　本文采用对数方法推导出于扰条件下的雷达最大作用距离的求解公式，并以此公式为基础分析了特　殊体制雷达在干扰条件下对雷达最大作用距离的影响。对分析全程电子对抗干扰效果有重要意义。　【关键词】雷达最大作用距离，噪声干扰，电子对抗　

Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒａｄａｒ　Ｍａｘｉｍａｌ　Ｒａｎｇｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｎｏｉｓｅ　Ｊａｍｍｉｎｇ　

ＷＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｊｕｎ　ＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ　

（Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａ１　Ａｃａｄｅｍｙ　Ｄａｌｉａｎ　１１６０１８）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ｍａｘｉｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｒａｎｇｅ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｉｓｅ　ｊａｍｍｉｎｇ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｌｏｇａｒｉｔｈｍ　ｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｍａｘｉｍａｌ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｒａｄａｒ　ｉｓ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｉｔ’Ｓ　ｉｍｐｏｒ—　ｔａｎｔ　ｔＯ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｆｕｌｌ　ｒａｎｇｅ　ＥＣＭ　ｅｆｆｅｃｔｓ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｒａｄａｒ　ｍａｘｉｍａｌ　ｒａｎｇｅ，ｎｏｉｓｅ　ｊａｍｍｉｎｇ，ＥＣＭ　

１　引　言　

在雷达受到噪声干扰的情况下，对雷达最大作　

用距离的评估计算，不仅体现出雷达对电子对抗的　

反干扰能力，而且也表明电子干扰对雷达的作用效　

果。不同的雷达体制对噪声干扰的反干扰能力不同，　

因而在其受到噪声干扰时的最大作用距离也不同。　

２　噪声干扰下雷达最大作用距离的计算　

２．１　电磁传播损耗和大气衰减　

雷达波和干扰波在空中传播时，要受到大气衰　减和传播损耗，不同的传播距离和不同的工作频率　

其衰减损耗不一样。电磁波传播损耗公式如下　

第17卷 第12期 中 国 水 运 Vol.17 No.12 2017年 12月 China Water Transport December 2017

收稿日期：2017-09-26

作者简介：黄继羊（1967-）

，男，交通运输部东海航海保障中心上海航标处助理工程师。 试析雷达应答器作用距离不够的原因

黄继羊

（东海航海保障中心上海航标处，上海 201208）

摘 要：雷达应答器是一种专门用于助航的设备，可以提供距离、方位和识别信息。由于雷达应答器具有目标识别直观，且受气候影响较小的特点，深受船长和引航员等航标用户的欢迎。但是雷达应答器在测试和日常管理中，经

常会碰到“信号不好”的问题，本文通过对相关原因的分析，指导雷达应答器的配布、使用和日常巡检管理。 

关键词：雷达应答器；作用距离；配布；测试

中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）12-0138-02

一、背景 雷达应答器是一种专门用于助航的设备，其主要是一个

雷达信号频率的收发信设备，当收到船载雷达信号时，它能

自动地发回一个能在询问雷达显示器上显示的识别信号。这

个应答信号可以提供距离、方位和识别信息。由于雷达应答

器可以提供了一个正确识别目标，具有目标识别直观，且受

气候影响较小的特点，许多船长和引航员经常在航标用户座

谈会上希望增加雷达应答器的应用，证明其深受广大航海用

户的喜爱。

雷达应答器主要由内置的一部收信机，一部发射机和一

个收发共用天线等三个主要部分组成。当船舶雷达天线重复、

间隔地指向雷达应答器时，雷达的脉冲信号就能触发在作用

距离以内的雷达应答器。雷达应答器的接收机将这个信号放

大，并达到触发应答器发射机的水平，发射机对每一个触发

都回答一个包含脉冲编码（摩尔斯码）的信号，以便于识别。

二、问题的提出 雷达应答器其频段被分配在X和S两个船用雷达波段，

国际海事组织在2004年的海安会第79次大会通过192

——————————————————————————————————————————————— 雷达系统课后习题和答案 雷达原理习题集 第一章 1-1.已知脉冲雷达中心频率 ＝3000MHz，回波信号相对发射信号的延迟时间为 1000μs，回波信号的频率为 3000.01MHz，目标运动方向与目标所在方向的夹角 60°，求目标距离、径向速度与线速度。 1-2.已知某雷达对σ= 的大型歼击机最大探测距离为 100Km， a）如果该机采用隐身技术，使 σ减小到 ，此时的最大探测距离为多少？ b）在 a）条件下，如果雷达仍然要保持 100Km最大探测距离，并将发射功率提高到 10倍，则接收机灵敏度还将提高到多少？ 1-3. 画出 p5图 1.5中同步器、调制器、发射机高放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。 第二章 2-1. 某雷达发射机峰值功率为 800KW，矩形脉冲宽度为 3μs，脉冲重复频率为 1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比 2-2. 在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？ 2-3. 用带宽为 10Hz的测试设备测得某发射机在距主频 1KHz处的分布型寄生输出功率为 ——————————————————————————————————————————————— 10μW，信号功率为 100mW，求该发射机在距主频 1KHz处的频谱纯度。 2-4. 阐述 p44图 2.18中 和 p47图 2.23中 、 的作用，在 p45图 2.21中若去掉 后还能否正常工作？ 2-5. 某刚性开关调制器如图，试画出储能元件 C的充放电电路和①~⑤点的时间波形 2-6. 某人工长线如图，开关接通前已充电压 10V，试画出该人工长线放电时（开关接通）在负载 上产生的近似波形，求出其脉冲宽度 L=25μh，C=100pF， =500Ω 2.7. 某软性开关调制器如图，已知重复频率为 2000Hz，C=1000pF，脉冲变压器匝数比为 1：2，磁控管等效电阻 =670Ω，试画出充放电等效电路和①~⑤点的时间波形。若重复频率改为 1000Hz，电路可做哪些修改？ 2.8．某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知 =120KV， Eg=70V， =100pF，充放电电流I=80A，试画出 a,b,c三点的电压波形及电容 的充电电流 波形与时间关系图。若重频为 600Hz，求 G1、G2的平均功率和调制脉冲的上升时间、下降时间。 第三章 3-1. 已知行波管高放 F=6dB，参放 F=1.8dB，量子放大器 Te=10°k，试比较三者的噪声性能。如果天线噪声温度 TA=300°k，试比较三者内外噪声的相对大小。 ——————————————————————————————————————————————— 3-2. 已知接收机内噪声在输出端的额定功率为 0.1W，额定功率增益为 ，测试带宽为 3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声系数。 3-3. p58图 3.12中的馈线、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 3，混频器增益为 0.2，相对噪声温度为 2，中放增益 120dB，噪声系数 6dB，求总噪声系数。如果去掉低噪声高放，则总噪声系数为多少？ 3-4. 某雷达接收机噪声系数为 6dB，接收机带宽为 1.8MHz，求其临界灵敏度。 3-5. 某雷达发射矩形脉冲宽度 3μs，接收机采用矩形频率特性匹配滤波，系统组成和参数如下图，求：接收机总噪声系数，当天线噪声温度为 380°k 、M=3dB时的接收机灵敏度。 3-6. 某雷达脉冲宽度 1μs，重复频率 600Hz，发射脉冲包络和接收机准匹配滤波器均为矩形特性，接收机噪声系数 3，天线噪声温度 290°k，求系统等效噪声温度 Te、临界灵敏度 和最大的单值测距范围。 第四章 4-1. 已知单枪静电偏转示波管偏转灵敏度 10V/cm，Rmax对应扫略线长度l=30cm，标尺系数 m=0.2cm/Km，现保证全程测量，采用 A/R显示方法，将 70Km~80km一段标尺系数扩大 5倍，画出加于 x偏转板、 y偏转板上的偏转信号和加于阴极上的辉亮信号，表明锯齿电压的斜率，对准时间关系。 ——————————————————————————————————————————————— 4-2. 若将下图中 A、B、C、D扫略电压分别加于显示器水平偏转板上，试比较扫略线的长度和量程。 4-3.单枪 A/R显示器画面如图所示，试画出左、右 x偏转板的扫略电压及上、下 y 偏转板上回波信号和偏转电压的时间关系图。 4-4. 动圈式示波管 PPI显示器 （1）若使 0Km位置处于圆环上（空心显示） ，画出发射脉冲、扫略线圈电流、辉亮信号波 形（对准时间关系） （2）若使显示器原点代表 10Km，上述波形应如何变化？ 4-5. 已知静电偏转示波管偏转灵敏度 10V/cm，A显水平扫略电压斜率为 100V/ms，现有一目标回波里扫略线起点的长度为 10cm，扫略线全长 20cm，求该目标的距离、显示器距离量程？若将量程提高一倍，扫略电压应如何变化？ 4-6. 已知静电偏转示波管各极的电压波形如下图，画出该显示器的显示画面。如果扫略和辉亮电压波形改为 ， ,画出此时显示画面。 4-7.试用顺序点阵法和程控点阵法给出字符“5”的分解点阵表，并给出两者在书写速度、存储容量方面的比较。 第五章 5-1．如图所示：雷达观察同一方向的两个金属圆球，它们的雷达截面积分别为 和 ，离雷达的距离为 和 ，若此时两球的回波功 ——————————————————————————————————————————————— 5-2．设目标距离为 ，当标准金属圆球（截面积为σ）置于目标方向离雷达 标回波的平均强度正好与金属球的回波强度相同，试求目标的雷达横截面积。 5-3．已知雷达视线方向目标入射功率密度为 ，在雷达接收天线处目标反射功率密度为 ，目标为雷达站的距离为 R。 ⑴求目标在该方向上的雷达截面积σ。 ⑵求该视线方向目标等效球体的总散射功率。 ⑶如果入射功率提高 10倍求σ的变化。 5-4． 设雷达参数为： Pt= W， Ar= 10 ， λ= 10cm， . (1)该雷达跟踪平均截面积σ= 20 的飞船，求在自由空间的最大跟踪距离。 ⑵设该飞船上装有雷达应答器，其参数为 ′= 1W， ′= 10 ， ，求采用信标跟踪时自由空间的最大作用距离。 5-5. 某雷达要求虚警时间为 2小时，接收机带宽为 1MHz，求虚警概率和虚警数。若要求虚警时间大于 10小时，问门限电平 /σ应取多少？ ，其发生概率 P(A)=0.6，5-6. 若空间某一区域有目标存在的事件为 A，无目标的事件为 )=0.4,接收机输出超过门限的事件为 B，不超过门限的事件为 ，其发生概率为 P(B)，P( )=0.1， ),已知有目标且超过门限的概率 P(B/A)=0.8，无目标而——————————————————————————————————————————————— 超过门限的概率 P( B / P( 求： ) （1）超过和不超过门限的概率 P(B)，P( （2）在接收机输出已经超过门限条件下的有目标概率 P( A / B ) 5-7. 已知雷达在 ,脉冲积累数 10，按照非起伏目标，对小型歼击机的作用距离为 300Km，求当 时对大型远程轰炸机的作用距离。 5-8．某雷达重复频率 = 600Hz ，水平波束宽度 ，要求以 ，发现某一型号的目标，已知不用脉冲积累和不起伏的作用距离 =300Km ，现用检波后积 累，求： (1)线环扫速度为 15转/分时的作用距离。 ⑵天线环扫速度减为 3转/分时的作用距离变换多少倍。 ⑶若目标按 SWELLINGⅠ型起伏，天线环扫速度为 15转/分时，相参积累的作用距离。 5-9. 假定要设计一部低空目标探测雷达，将雷达安装在海拔 1000米的山顶上，目标飞行高度 100米，则该雷达的作用距离选取多少为宜？ 5-10. 一部λ=10cm的雷达，对有效反射面积 5 的目标，脉冲积累数 20，在 Pd=0.9， 条件下的作用距离为 100Km （1）保持天线口径不变，将波长改为 3.2cm，发射机功率降低到 1/4接收机噪声系数增大到 4倍，脉冲积累数不变，则最大作用——————————————————————————————————————————————— 距离 变化多少？ （2）若允许 ， =0.9，在原题条件下，按照非起伏目标试估算 的变化 （3）若目标高度为 200米，要在 80Km以外发现目标，则雷达天线应架设多高？ （4）现将天线扫描速度提高一倍，则对 影响如何？ 5-11. 雷达采用 10cm波长、100KW发射功率时对目标的最大探测距离为 ，现用相同口径天线、改用 3cm波长、81KW发射功率，忽略大气衰减，求其对同一目标的最大作用距 离。 5-12. 已知雷达的脉冲积累数为 50，视频积累的效率为 0.4，如果改用理想的中频积累，则达到相同积累效果时需要多少个脉冲？ 5-13. 已知雷达的参数是：发射功率 W，天线增益 40dB，波长 5.6cm，目标截面积 3 ，接收机带宽 1.6MHz，噪声系数 10，识别系数 2，系统损耗 4dB，天线噪声 TA=290°K忽略大气衰减，求 ， 。如果其他参数不变，当目标距离为 150Km时，求接收机输入端和输出端的信噪比。 5-14. 已知某警戒雷达参数如下：发射功率 2× W，波长 10cm，矩形脉宽 2μs，目标σ=50 ，非起伏，天线噪声温度 = C，F=6dB，天线口径 7×1.2 ，矩形接收带宽，门限电压与噪声电压之比为 5，识别系数 m=12dB，试求最大作用距离 ， 和 5-15. 已知某雷达和目标参数如下：λ=0.1m，Pt=3× W，重——————————————————————————————————————————————— 复频率400Hz，脉宽 1.6μs（矩形）， =6 ，G=7500，波束宽度 1.5°， 6转/分钟，矩形滤波器， F=15， = 0.9， ，目标 σ=15 ，第一类起伏目标，高度 1000m，系统损耗 5 dB，天线高度 200m，考虑地面反射、直视距离和大气衰减影响（晴天），求该雷达的最大作用距离。 第六章 6-1.三角波调频测距雷达中心频率为 300MHz，调制周期 40ms（正负各半），调频斜率 ±2MHz/ms，目标距离 50Km，求计数式频率计的指示，并画出相应的波形。若终端为窄带滤波器组，每个滤波器带宽为 50Hz，求测距精度及分辨力。 6-2.三角波调频的连续波测距雷达，当调频周期 T满足 T>>2R/C时，求距离 R的表达式已知调频斜率为 5MHz/ms，当测频带宽为 100Hz时，求测距误差 6-3. 下图为时间鉴别器的原理方框图，设回波脉冲宽度和波门脉冲宽度均为τ， （1）当准确跟踪时，画出图中 A、B、C、D、E五点波形 （2）当回波脉冲中心滞后两波门中心、且满足 0<Δt<τ/2时, 画出图中 A、B、C、D、E五点波形 （3）画出该时间鉴别器的时间误差鉴别特性波门脉冲（前波门） 第七章 7－1 试求出单向和双向方向图的辛克函数和高斯函数的近似表达式中的系数 a, ,b 。 ——————————————————————————————————————————————— 7－2 相位法测角的物理基础是什么？试比较最大信号法，等信号法测角的原理和精度。 7－3 三天线相位法测角系统如教材图 7.5所示（ P204）。已知 , = 3.5λ ，目标偏离法线角为θ，当不考虑相位检波器误差时， 和 的准确读数应是 ，由于相 位检波器有误差， 和 的实际读数是 和 ，求θ角并比较两天线和三天线的测角 精度。 7－4 天线波束有哪些扫描方法？各有什么优缺点？ 7－5 某一维相扫天线由12个阵元组成，要求扫描范围为 ± ，不出现栅瓣，采用四位数字式铁氧体移项器（ , , , ），波束步进扫描间隔 Δθ= ，试求： （1）每个阵元间距 d＝？（2）扫描角 6°和 30°时每个移项器的相移量和二进制控制信号。 （3）当扫描角为 ± 时，试求 = ? λ 7－6 某一维相扫天线由 4个阵元组成，d = ，各馈源都安有四位数字移项器，所对应 的控制信号如图所示。求波束指向角 。若波束指向角为- ,2 ，对应的控制信号应是什么？ 7－7 三座标雷达最大作用距离 300km，方位扫描为 ，仰角范围为 ～ ，脉冲积累数为 10，波束宽度为 × ，试计算扫描周期和数据率。

精心整理 雷达的工作原理

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2 其中S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速 雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。 测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。 雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。 其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多，而且与雷达的体制有关，这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分，雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期（脉冲重复频率）、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率。 雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述，波束越窄，天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中，雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内，在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间，需要通过天线的机械转动或电子控制，使雷达波束在探测区域内扫描。 概括起来，雷达的技术参数主要包括工作频率（波长）、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的，因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如，为提高远距离发现目标能力，预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的，使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明，如果知道了雷达的技术参数，就可在一定程度上识别出雷达的种类。 雷达的用途广泛，种类繁多，分类的方法也非常复杂。