(完整版)雷达组成及原理
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雷达的工作原理雷达(Radar)是一种利用电磁波进行探测和测量的技术。
它通过发射无线电波并接收其反射信号来探知目标的位置、速度和其他相关信息。
雷达技术在军事、航空、航海、气象、地质勘探等领域发挥着极其重要的作用。
本文将介绍雷达的工作原理和基本组成部分。
一、雷达的基本原理雷达的工作原理基于电磁波的传播和反射。
雷达系统由三个主要部分组成:发射器、接收器和信号处理器。
1. 发射器:发射器负责产生一束电磁波并将其发射到目标区域。
雷达系统通常使用射频发射器,它能够产生高频率的无线电波。
2. 接收器:接收器接收目标区域反射回来的电磁波信号。
接收器必须具备高灵敏度和快速响应的能力,以接收微弱的反射信号。
3. 信号处理器:信号处理器用于分析接收到的电磁波信号,并从中提取目标的位置、速度和其他相关信息。
它通过比较发射的信号与接收到的反射信号之间的差异来确定目标的特征。
雷达利用电磁波在空间中传播的特性进行工作。
当雷达发射器发射出一束电磁波时,它会沿直线路径传播到目标区域,与目标物体相互作用后部分被反射回来。
接收器接收到反射回来的信号,并测量信号的时间延迟、频率变化和相位差异等参数。
通过分析这些参数,雷达可以确定目标的位置和速度。
二、雷达的工作模式雷达可以采用不同的工作模式来满足特定的需求。
常见的雷达工作模式有连续波雷达和脉冲雷达。
1. 连续波雷达:连续波雷达发送连续的射频信号,并且同时接收反射信号。
它适用于测量目标的速度和距离,但无法提供目标的细节信息。
2. 脉冲雷达:脉冲雷达发送一系列短脉冲信号,并在每个脉冲之后接收反射信号。
脉冲雷达可以提供目标的细节信息,如目标的形状、大小和材料等。
三、雷达的应用领域雷达技术在许多领域发挥着重要作用。
以下是几个常见的雷达应用领域:1. 军事应用:雷达在军事领域用于追踪、侦查和识别敌方目标。
它可以帮助军队在战场上实时掌握敌军动态,提高作战效率和精确度。
2. 航空和航海导航:雷达在航空和航海领域中用于飞行器和船只的导航和避障。
雷达探测原理雷达(Radar)是一种利用电磁波进行远程探测和测量的技术。
它广泛应用于军事、航空、天气预报和无人驾驶等领域。
雷达的探测原理主要基于回波信号,通过发送和接收电磁波来获取目标的位置、速度和形状等信息。
以下将详细介绍雷达的工作原理。
1. 电磁波的发射和接收雷达系统由一个发射器和一个接收器组成。
发射器用来发射高频电磁波,而接收器用于接收从目标返回的回波信号。
发射器会将电能转化为电磁波能量,并将其辐射到目标区域。
接收器会捕获回波信号并将其转化为电信号,以供后续处理和分析。
2. 脉冲雷达和连续波雷达雷达系统可以分为脉冲雷达和连续波雷达两种类型。
脉冲雷达是以脉冲的形式发送和接收电磁波,通过测量脉冲的时间延迟和回波的强度来确定目标的距离和方位。
连续波雷达则是以连续的形式发送和接收电磁波,通过测量频率差异来判断目标的速度。
3. 雷达信号的传播和散射一旦电磁波从雷达发射器发出,它会以光速传播。
在传播过程中,电磁波会遇到许多障碍物,如建筑物、云层、大气颗粒等。
这些物体会导致电磁波被散射、反射、折射或吸收。
当电磁波与目标相遇时,一部分能量会被目标吸收,而另一部分则会被散射回来,形成回波信号。
回波信号的强度和相位会受到目标的物理属性和雷达参数的影响。
接收器会捕获回波信号并测量其强度和时间延迟。
4. 距离测量雷达通过测量回波信号的时间延迟来确定目标的距离。
当电磁波发射后,它会沿直线传播,直到遇到目标。
回波信号的时间延迟取决于电磁波从发射到接收的时间间隔,并通过速度与时间的关系计算出目标的距离。
计算距离的方法可以是通过测量脉冲雷达的脉冲宽度,或通过连续波雷达的频率差异。
这些数据会通过信号处理和算法来进行计算和解析,从而得出准确的目标距离。
5. 方位和高度测量雷达也可以用于测量目标的方位和高度。
为了确定目标的方位,雷达系统通常采用天线阵列或旋转天线,通过检测回波信号的相位差异来确定目标的方位角度。
对于高度的测量,雷达一般使用仰角来确定目标的高度。
346雷达原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述雷达(Radar)是一种利用无线电波进行探测和测量的技术。
它是通过发射电磁波并接收其反射信号来探测目标物体的位置、速度、方向和其他相关信息的一种工具。
雷达技术在军事、航空、天气预报、海洋勘测等领域具有广泛的应用。
雷达的原理很简单,它利用电磁波在空间中传播的特性进行工作。
当雷达发射器发出电磁波时,这些波会在空间中以光速传播,并在遇到目标物体时被反射回来。
接收器会接收到这些反射信号,并通过分析其强度、频率和时间延迟等参数来确定目标物体的位置和其他信息。
雷达系统通常由发射器、接收器、信号处理装置和显示器等组成。
发射器负责产生和发射电磁波,接收器则负责接收反射信号。
信号处理装置用来对接收到的信号进行处理与分析,从而提取出目标物体的相关信息。
最后,这些信息会通过显示器或其他方式展示给操作人员。
雷达技术的应用越来越广泛。
在军事方面,雷达可以用于目标跟踪、无人机探测、导弹防御等任务。
在航空方面,雷达常被用于飞行导航、防撞系统等。
在天气预报和海洋勘测中,雷达可以探测降雨、风暴和海洋浪涌等自然现象。
尽管雷达技术已经非常成熟,但随着科技的不断发展,雷达也在不断更新和改进。
比如,现代雷达系统通常采用多普勒效应,从而可以更准确地测量目标物体的速度。
此外,雷达系统还可以与其他技术结合,比如全球定位系统(GPS),从而提高测量的精度和准确性。
总之,雷达是一种非常重要的探测和测量工具。
它通过利用电磁波与目标物体相互作用的原理,可以获取目标物体的位置、速度和其他相关信息。
随着技术的不断发展,雷达在各个领域的应用也变得越来越广泛。
未来,我们可以期待雷达技术在更多领域发挥更大的作用。
1.2 文章结构文章结构是指文章整体的组织和布局方式,它对于提供清晰而有逻辑的文章表达至关重要。
本文将按照以下结构展开讨论346雷达原理。
首先,在引言部分1.1中,我们将概述346雷达原理的背景和基本概念,以便读者了解文章的背景和目的。
雷达工作原理第一篇:雷达工作原理雷达的原理雷达(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为:S=CT/2其中S:目标距离T:电磁波从雷达到目标的往返传播时间C: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。
雷达的组成及其原理课程名称:现代阵列并行信号处理技术姓名:杜凯洋学号: 2015010904025教师:王文钦教授一.简介雷达( Radar,即 radio detecting and ranging),意为无线电搜索和测距。
它是运用各种无线电定位方法,探测、识别各种目标,测定目标坐标和其它情报的装置。
在现代军事和生产中,雷达的作用越来越显示其重要性,特别是第二次世界大战,英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战,使雷达的重要性显露的非常清楚。
雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。
其中,天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一;信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多,可按多种方法分类:(1)按定位方法可分为:有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
(2)按装设地点可分为;地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
(3)按辐射种类可分为:脉冲雷达和连续波雷达。
(4)按工作被长波段可分:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
(5)按用途可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
二.雷达的组成(一)概述1、天线:辐射能量和接收回波(单基地脉冲雷达),(天线形状,波束形状,扫描方式)。
2、收发开关:收发隔离。
3、发射机:直接振荡式(如磁控管振荡器),功率放大式(如主振放大式),(稳定,产生复杂波形,可相参处理)。
4、接收机:超外差,高频放大,混频,中频放大,检波,视频放大等。
(接收机部分也进行一些信号处理,如匹配滤波等),接收机中的检波器通常是包络检波,对于多普勒处理则采用相位检波器。
5、信号处理:消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号,通常在检测判决之前完成( MTI,多普勒滤波器组,脉冲压缩),许多现代雷达也在检测判决之后完成。
6、显示器(终端):原始视频,或经过处理的信息。
7、同步设备(视频综合器):是雷达机的频率和时间标准(只有功率放大式(主振放大式)才有)。
雷达知识点总结一、雷达的基本原理雷达是利用无线电波进行探测的设备,其工作原理基于无线电波的发射和接收。
雷达基本原理包括以下几个关键环节:1. 无线电波的发射雷达发射机产生高频的无线电波,并将这些无线电波转化为一束射向待测目标的电磁波。
雷达发射机工作时,关键是通过天线把电能转换成电磁波,并辐射出去。
2. 无线电波的传播和反射发射出的无线电波在空间中传播,当遇到目标时部分被目标表面反射回来,这些反射回来的波被雷达的接收天线接收到。
3. 无线电波的接收和处理接收天线捕捉到反射回来的波,雷达接收机将这些波进行放大、滤波、解调处理,提取出有用的信息。
4. 目标信息的测量和分析通过分析接收到的信号的时间延迟、频率变化等信息,雷达系统可以确定目标的距离、速度、方位角等参数。
5. 显示和报警最后,雷达系统将分析得到的目标信息显示在操作员的监视屏幕上,同时进行报警和跟踪。
以上就是雷达基本的工作原理,根据这些原理,雷达系统可以实现对目标的探测和识别。
二、雷达的工作方式雷达可以根据工作方式的不同分为主动雷达和被动雷达两种类型。
1. 主动雷达主动雷达是指雷达发射机和接收机分开的雷达系统,发射机发射的信号由发送天线发射出去,接收机则由接收天线接收目标反射回来的信号,该方式下,雷达系统不需要等待传感器的使用权就能发射信号和接收目标信息。
2. 被动雷达被动雷达是指发射机和接收机是同一部分,这种雷达系统利用目标本身辐射的电磁波进行探测,通常是利用目标自身的雷达反射特性进行探测。
雷达的工作方式直接影响着其使用场景、性能和应用对象。
三、雷达系统的组成雷达系统是由多个部分组成的,主要包括以下几个组成部分:1. 发射和接收天线:发射和接收天线是雷达系统的核心部件,用于发射和接收电磁波。
2. 雷达发射机:雷达发射机负责产生和放大载频的高频信号,并将其送到发射天线。
3. 雷达接收机:雷达接收机负责接收目标反射回来的信号,并进行放大、解调、滤波等处理。
雷达原理及测试方案1 雷达组成和测量原理雷达(Radar)是Radio Detection and Ranging的缩写,原意“无线电探测和测距”,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,而且还包括测量目标速度,以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
1.1 雷达组成图1 雷达简单组成框图图2 雷达主要组成框图雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和显示设备组成,基本组成框图如图1所示。
通常雷达工作频率范围为2MHz~35GHz,其中超视距雷达工作频率为2~30MHz,工作频率为100~1000MHz范围一般为远程警戒雷达,工作频率为1~4GHz范围一般为中程雷达,工作频率在4GHz以上一般为近程雷达。
的高频脉冲串。
天线采老式雷达发射波形简单,通常为脉冲宽度为τ、重复频率为Tτ用机械天线,接收信号处理非常简单。
这种雷达存在的问题是抗干扰能力非常差,无法在复杂环境下使用。
由于航空、航天技术的飞速发展,飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用雷达作为探测和控制手段,对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多目标测量要求,新一代雷达对雷达原有技术作了相当大的改进,其中频率捷变和线性相位信号、采用编码扩频的低截获概率雷达技术、动态目标显示和脉冲多普勒技术是非常重要的新技术。
表1 雷达频率分段1.2 雷达测量原理1) 目标斜距的测量图3 雷达接收时域波形在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度,雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定,雷达接收波形参见图3,雷达到达目标的距离R为:式(2) R=0.5×c×tr为来回传播时间式中c=3×108m/s,tr2) 目标角位置的测量目标角指方位角或仰角,这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。
雷达天线将电磁能汇集在窄波束内,当天线对准目标时,回波信号最强。
雷达各部件工作原理雷达基本组成及各部分作用第一部分触发电路(定时器)每隔一段时产生一个尖脉冲,同时送到发射机、接收机、显示器三部分,使它们同步工作。
(触发电路决定工作开始的时间)第二部分发射系统触发脉冲到来后,立刻产生一个大功率,微波波段,具有一定宽度的脉冲包络射频(雷达工作频率,微波波段)的信号。
一、主要组成及各部分作用1:触发脉冲产生器:相当于时钟电路,使雷达各部分同步工作。
2.调制器及预调制器:触发脉冲一到,预调制器输出具有一定宽度的小功率正方波,控制预调制器产生的方波的起始时刻,预调制器产生的方波控制调制器,使调制器产生大功率负高压脉冲。
有的雷达没有预调制器,预调制器的功能由调制器完成。
3:磁控管:在调制器输出的负高压作用下,磁控管产生矩形调制的微波振荡脉冲.实现能量转换,调制器相当于高压电源。
二.特高压电源开关1:3分钟延时开关:保护磁控管2:发射开关(雷达电源:off->Standby)3分钟后,再接通。
第三部分收发开关(双工器)发射时;将发射机与天线接通,并将天线与接收机断开。
接收时;将发射机与天线断开,并将天线与接收机接通。
第四部分接收机系统船用雷达的载波,采用微波波段,目标反射微波时,目标的回波强弱,是由回波信号的包络反映出来的。
接收机的任务就是把包络检测出来。
在X和S波段,采用水平极化波与采用垂直极化波相比,海浪干扰减小1/4~1/10。
天线转速慢,干扰回波强。
很强的海浪回波会使荧光屏产生饱和而淹没其覆盖区内的物标回波,甚至会使接收机产生饱和或过载,失去放大能力而丢失物标。
海浪干扰抑制措施:1、如有双速天线,选用高速天线(如80r/min)2、选用S波段(10cm)雷达3、选用窄脉冲4、采用恒虚警率(CFAR)检测器(使海浪产生的虚警保持恒定)、对数中频放大器(防止荧光屏产生饱和)5、使用STC旋钮调节到既不丢失目标,又能抑制海浪干扰。
在上述操作中:防止丢失小目标是重要的操作原则。
雷达原理 PDF雷达是一种利用无线电波进行目标探测和测距的电子设备。
其基本原理是,通过发射电磁波对目标进行照射,然后分析反射回来的电磁波以获得目标的信息。
下面将详细介绍雷达的工作原理和技术特点。
一、雷达的基本组成雷达主要由发射机、接收机、信号处理机和显示控制单元等组成。
发射机负责产生高频电磁波,然后通过天线将其发送到空间中。
当电磁波遇到目标时,会反射回来并被接收机接收。
接收机接收到反射回来的电磁波后,将其转换为低频信号并送入信号处理机进行处理。
信号处理机对接收到的信号进行分析和处理,提取出目标的位置、速度等信息,并将其送入显示控制单元进行显示和控制。
二、雷达的种类雷达按照不同的分类方式可以分为不同的类型。
例如,按照工作频段可以分为米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和毫米波雷达等;按照用途可以分为军用雷达、民用雷达和通用雷达等;按照工作方式可以分为脉冲雷达和连续波雷达等。
三、雷达的工作原理雷达的工作原理是利用电磁波的反射和传播特性。
雷达发射的电磁波遇到目标后,会反射回来并被接收机接收。
通过测量反射回来的电磁波的相位、频率和幅度等参数,可以确定目标的位置和速度等信息。
例如,通过测量反射回来的电磁波的相位差,可以确定目标距离雷达的距离;通过测量反射回来的电磁波的频率变化,可以确定目标的径向速度;通过测量反射回来的电磁波的幅度,可以确定目标的大小和形状等信息。
四、雷达的技术特点雷达的技术特点包括探测能力、测速精度、测距精度和分辨率等。
其中,探测能力是雷达最重要的特点之一,它决定了雷达能够发现和跟踪的目标数量和质量;测速精度和测距精度是雷达测量目标位置和速度的准确性;分辨率是雷达区分相邻目标的能力。
五、雷达的应用雷达被广泛应用于军事、民用和科研等领域。
在军事方面,雷达被用于引导导弹、飞机和舰船等武器进行攻击和防御;在民用方面,雷达被用于交通管制、气象观测和资源探测等领域;在科研方面,雷达被用于物理实验、地球观测和天体研究等领域。
测速雷达原理雷达原理简介首先,大家必须先了解雷达的基本原理,因为雷达仍是当前用来检测移动物体最普遍的方法。
雷达英文为RADAR ,是Radio Detection And Ranging 的缩写。
所有利用雷达波来检测移动物体速度的原理,其理论基础皆源自于「多普勒效应」,其应该也是一般常见的多普勒雷达(Doppler Radar),此原理是在19世纪一位澳地利物理学家所发现的物理现象,后来世人为了纪念他的贡献,就以他的名字来为该原理命名。
多普勒的理论基础为时间。
波是由频率及振幅所构成,而无线电波是随着波而前进的。
当无线电波在行进的过程中,碰到物体时,该无线电波会被反弹,而且其反弹回来的波,其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。
若无线电波所碰到的物体是固定不动的,那么所反弹回来的无线电波其频率是不会改变的。
然而,若物体是朝着无线电线发射的方向前进时,此时所反弹回来的无线电波会被压缩,因此该电波的率频会随之增加;反之,若物体是朝着远离无线电波方向行进时,则反弹回来的无线电波,其频率则会随之减小。
下图为多普勒雷达(Doppler Radar)的基本原理图标:CS R-28测速雷达所应用的原理,就是可以检测到发射出去的无线电波,与遇到运动物体反弹回来的无线电波其间的频率变化及I 通道和Q 通道的相位变化。
由频率的变化,依特定的比例关系,而计算出该波所碰撞到物体的速度。
由I 通道和Q 通道之间的相位关系,计算判断运动物体是朝着无线电波的方向前进或朝其反方向前进。
根据多普勒原理,由于雷达发射和接受共用一个天线,且运动目标的运动方向与天线法线方向相一致,运动目标的多普勒频率fd 符合下列关系式。
(1) f d = 2V r f t C将(1)式变为(2) 其中Vr 为目标运动速度;C 为电磁波在空气中的传播速度,是一个常数;ft 为雷达的发射频率,是一个已知量;fd 为测量到的运动目标引起的多普勒频率,其测量精度由石英晶体振荡器保证,并由计算机处理,进行速度换算并送到显示屏显示。
雷达介绍资料中文版雷达是一种通过发射和接收电磁波来检测和跟踪目标物体的无线电设备。
雷达的全称是“Radio Detection and Ranging”,中文称为“无线电探测与测距”。
雷达的基本原理是利用电磁波在空气中传播的特性,通过发送一束特定频率的电磁波射向目标物体,然后接收目标物体反射回来的电磁波,并通过对接收到的电磁波的时间延迟、频率和幅度等进行分析,从而确定目标物体的位置、速度和形状等信息。
雷达的三个基本组成部分包括发射器、接收器和显示器。
发射器是负责产生并发射射线的设备,它通常由一个无线电频段发生器和一个设备来放大电磁波信号组成。
接收器则是负责接收和放大目标物体反射回来的电磁波的设备。
显示器则是将接收到的信号进行处理和显示的设备,通常是通过雷达图来显示目标物体的位置和距离等信息。
雷达主要用于军事、航空航天、气象、海洋、交通等领域。
在军事方面,雷达可以用于监测敌方的飞机、船只和导弹等;在航空航天领域,雷达可以用于导航和飞行控制;在气象领域,雷达可以用于监测和预测天气情况;在海洋领域,雷达可以用于监测海浪、海流和船只等;在交通领域,雷达可以用于监测交通流量和避免事故等。
雷达的应用还有很多创新和发展的空间。
例如,随着无人机技术的发展,雷达可以用于监测和控制无人机的飞行;在智能交通系统中,雷达可以用于自动驾驶车辆的导航和避开障碍物。
总结起来,雷达是一种利用电磁波来检测和跟踪目标物体的无线电设备。
它通过发射和接收电磁波来确定目标物体的位置、速度和形状等信息。
雷达在军事、航空航天、气象、海洋、交通等领域有广泛的应用,并且还有很多创新和发展的空间。
雷达的发展对于人类的生活和社会的发展起到了重要的推动作用。
雷达工作体制与工作原理雷达工作体制与工作原理1. 引言雷达(Radar)是由英文 RAdio Detection And Ranging 缩写而来,是一种利用电磁波进行探测和测量的技术。
雷达的工作原理基于电磁波的特性,通过发送和接收电磁波来探测目标物体的位置、速度以及其他相关信息。
本文将从浅入深,详细介绍雷达的工作体制和工作原理。
2. 雷达的工作体制雷达的工作体制可以分为三个主要组成部分:发射器发射器是雷达系统中负责产生和发送电磁波的部分。
发射器根据雷达系统的需求,产生合适类型和频率的电磁波,并通过天线将其辐射出去。
通常雷达系统采用脉冲式发射,即以间隔的脉冲形式发送电磁波。
接收器接收器是雷达系统中负责接收和处理返回信号的部分。
接收器接收到返回信号后,将其放大,并进行一系列的处理,如滤波、放大、混频等。
接收到处理后的信号将被送往信号处理器进行进一步分析和解读。
信号处理器信号处理器是雷达系统中的大脑,负责对接收到的信号进行分析、解调和参数提取等操作。
信号处理器使用不同的算法来处理信号,以提取目标物体的相关信息,如距离、速度和方向等。
处理后的结果将被传输到显示器或其他相关设备,以供操作人员分析和判断。
3. 雷达的工作原理雷达的工作原理基于电磁波与物体相互作用的特性。
下面将逐步介绍雷达的工作原理:发射电磁波雷达系统通过发射器产生一束电磁波,并将其以无线电波的形式辐射出去。
发射的电磁波一般是一定频率范围内的脉冲信号。
电磁波的传播与散射发射的电磁波在空间中传播,并与遇到的物体相互作用。
当电磁波遇到目标物体时,一部分电磁波被吸收,一部分电磁波被反射,形成返回信号。
返回信号接收接收器接收到返回信号后,将其放大和处理。
由于返回信号的强度远远小于发射信号,接收器通常需要进行低噪声放大和滤波等处理,以增强信号的可靠性。
距离测量通过测量发射信号发送和返回信号接收的时间间隔,可以计算目标物体与雷达的距离。
这里利用了电磁波的传播速度(通常是光速)和时间的关系。
雷达的组成及其原理课程名称:现代阵列并行信号处理技术姓名:***学号:*************教师:王文钦教授一.简介雷达(Radar,即radio detecting and ranging),意为无线电搜索和测距。
它是运用各种无线电定位方法,探测、识别各种目标,测定目标坐标和其它情报的装置。
在现代军事和生产中,雷达的作用越来越显示其重要性,特别是第二次世界大战,英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战,使雷达的重要性显露的非常清楚。
雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。
其中,天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一;信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多,可按多种方法分类:(1)按定位方法可分为:有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
(2)按装设地点可分为;地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
(3)按辐射种类可分为:脉冲雷达和连续波雷达。
(4)按工作被长波段可分:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
(5)按用途可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
二. 雷达的组成(一)概述1、天线:辐射能量和接收回波(单基地脉冲雷达),(天线形状,波束形状,扫描方式)。
2、收发开关:收发隔离。
3、发射机:直接振荡式(如磁控管振荡器),功率放大式(如主振放大式),(稳定,产生复杂波形,可相参处理)。
4、接收机:超外差,高频放大,混频,中频放大,检波,视频放大等。
(接收机部分也进行一些信号处理,如匹配滤波等),接收机中的检波器通常是包络检波,对于多普勒处理则采用相位检波器。
5、信号处理:消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号,通常在检测判决之前完成(MTI,多普勒滤波器组,脉冲压缩),许多现代雷达也在检测判决之后完成。
6、显示器(终端):原始视频,或经过处理的信息。
7、同步设备(视频综合器):是雷达机的频率和时间标准(只有功率放大式(主振放大式)才有)。
(二)雷达发射机1、单级振荡式:大功率电磁振荡产生与调制同时完成(一个器件)图2-1 单级振荡式发射机(1)定时器提供以r T 为间隔的脉冲触发信号(2) 脉冲调制器:在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的大功率视频脉冲信号。
(3)功率射频振荡器:产生大功率射频信号。
特点:简单,廉价,高效,难以产生复杂调制,频率稳定性差,451010---。
2、主振放大式(主控振荡器加上射频放大链):先产生小功率的CW 振荡,再分多级进行调制和放大。
图2-2 主振放大式发射机(1)定时器:给三个脉冲调制器提供不同时间,不同宽度的触发脉冲信号(2)固体微波源:是高稳定度的 CW 振荡器,在脉冲调制下形成输出脉冲(3)中间放大器:在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态,在微波脉冲结束后退出放大状态,受脉冲控制(4)出功率放大器:产生大功率的脉冲射频信号特点:调制准确,能够适应多种复杂调制,系统复杂,昂贵,效率低。
(三)雷达接收机一、 超外差雷达接收机的组成优点:灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。
图3-1 超外差式雷达接收机简化框图1、高频部分:(1)T/R 及保护器:发射机工作时,使接收机输入端短路,并对大信号限幅保护。
(2)低噪声高放:提高灵敏度,降低接收机噪声系数,热噪声增益。
(3)Mixer ,LD ,AFC :保证本振频率与发射频率差频为中频,实现变频。
2、中频部分及 AGC :(1)匹配滤波:max (/)o S N(2)AGC :auto gain control.3、视频部分:(1)检波:包络检波,同步(频)检波(正交两路) ,相位检波。
(2)放大:线形放大,对数放大,动态范围。
雷达接收机的主要质量指标1、灵敏度min i S :用最小可检测信号功率 min i S 表示,检测灵敏度,给定虚警概率 fa P ,达到指定检测概率d P 时的输入端的信号功率:min i S =i S |fa P =const ,d P =const保证下面灵敏所需接收机gain=120-160 dB ,min i S =-120~-140dbw 主要由中频完成。
2、工作频带宽度:指瞬时工作频率范围,频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度:10-20% 。
3、动态范围:表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围,过载时的 i S |min i S ,80-120 dB 。
4、中频的选择与滤波特性:012R f f ≥∆ ,中频选择通常选择 30M ~500M ,抑制镜频.实际与发射波形特性,接收机工作带宽有关。
5、工作稳定性和频率稳定度:指当环境变化时,接收机性能参数受到影响的程度,频率稳定度,信号处理,采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振,“稳定本振” 。
6、抗干扰能力:杂波干扰(MTI ,MTD ) 、有源干扰、假目标干扰。
7、微电子化和模块化结构。
MMIC 微波单片集成电路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。
四、雷达的终端显示器和录取设备1、距离显示器: 图 4.1 显示目标的斜距坐标,用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小,所以又称为偏转调制显示器。
A 显:直线扫掠,扫掠线长度和雷达的距离量程相对应,直线的起始点为雷达,回波距离点的长度表示距离,有距离刻度。
A/R 显:A 显同上,R 显上 A 的某一段进行放大。
J 显:圆周扫掠,顶端为雷达圆弧长表示距离,读数精度提高π 倍。
2、平面显示器: 图4.2,又称 PPI(Plan position indicator)显,显示斜距、方位,是二维显示器,用亮点来显示坐标,属亮度调制显示器。
P 显:圆心为雷达,径长表示距离,顶向方位为正北,圆周角表方位,顺时针方向。
偏心式 P 显:移动原点,使放大给定方向。
以上两种均为极坐标。
B 式显示:直角坐标,常用微 B 式显示,距离和方位只显示一段。
3、高度显示器:RHI 显示:水平距离和高度、仰角,雷达在左下方。
4.情况显示器:一次信息:雷达二次信息:表格数据、特征符号、地图等。
5.光栅扫描雷达显示器:数字显示技术的应用。
既能显示目标回波的二次信息,也能显示各种二次信息以及背景地图。
三.雷达原理(一)基本雷达方程 1、距离R 处任一点处的雷达发射信号功率密度:21222444t PG S S R R Rσσπππ==⋅,t P 雷达发射功率。
2、对于定向天线,考虑到天线增益G ,表示相对于各向同性天线,则'124t PG S R π=3、以目标为圆心,雷达处散射的功率密度:21222444t PG S S R R R σσπππ==⋅, σ 雷达散射截面积。
4、雷达天线接收面积e A ,收到功率224(4)t e r e PGA P A S R σπ==. 5、最大测量距离:当雷达接收功率为接收机最小检测功率(即临界灵敏度)时min r P S =时,1/4max 2min [](4)t e PGA R S σπ=6.收发不同天线时,222444(4)t t t t r r r P G P G A P A R R R σσπππ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=⋅14max 2min[](4)t t r i P G A R S σπ⋅⋅⋅=⋅ 7. 收发共天线时,r t A A A ==2224144t t r t r P G A G G A R Rπσλππ⋅==⋅⋅⋅⋅ 24t r G A λπ⋅= 1122244max 222min min()()(4)(4)t t t r i i P G P A R S S σλσππλ⋅⋅⋅⋅⋅==⋅⋅⋅ 雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ 、 min i S 、噪声和其他干扰的影响,具有不确定性,服从统计学规律。
(二)雷达距离的测量磁波在均匀介质中以光速匀速直线传播;测量目标回波滞后于发射信号的延迟时间 的测量:脉冲雷达采用脉冲法;连续波雷达采用频率法和相位法确定回波到达的位置:前沿法:以目标回波脉冲的前沿测量到达时间。
特点:物理概念清楚(适用于人工测量)、前沿受回波大小及噪声影响中心法:以回波脉冲的中心测量回波到达时间。
特点:到达时间的测量不受波形的影响、适用于自动跟踪系统,采用专用电路;R t R t提高距离分辨力:发射脉宽窄、管子聚焦性要好、降低显示器量程、提高电子束扫描速度 提高单值可测距离:降低重复频率、多重频率法、舍脉冲法人工距离跟踪特点:1、锯齿电压法:跟踪范围大,精度低2、相位调制法:跟踪范围小,精度高3、复合法:跟踪范围大,精度高(三)角度测量雷达角度坐标的确定方位角α,高低角β绝对坐标表示法:方位角α——基准为正北,顺时针方向为正。
高低角β——基准为水平面,向上方向为正。
相对坐标表示法:测出目标相对于天线轴线的偏离角,再根据天线轴线的实际角度,计算出目标实际角度。
角度分辨力:雷达将相同距离上相互靠近的两个目标区分的最小角度。
角度分辨力由天线半功率波束宽度决定。
振幅法:利用天线收到的回波信号幅度值进行角度测量。
最大信号法:天线作圆周扫描或扇形扫描时,找出回波脉冲串的最大值(中心值)对应的波束轴线指向角度,即为目标所在方向。
等信号法:采用两个相同且彼此部分重叠的波束,当两个波束收到的回波信号相等时,等信号轴所指方向即为目标方向。
最小信号法:采用两个在零点处相切的波束,转动天线使显示器上的回波消失或最小时, 天线零值轴所指方向即为目标的角度。
波束的扫描方法:1、机械扫描:利用整个天线系统或其中一部分机械运动实现波束扫描。
(1)整个天线系统转动(2)馈源不动,反射体摆动(3)反射体不运动,馈源动优点:简单缺点:机械运动惯性大,扫描速度低,精度差2、电扫描:天线系统不做任何机械运动,利用电子技术实现波束扫描。
实现方法:相位法、频率法、时间延迟法特点:无惯性限制,波束控制迅速,方便灵活特别适用于要求波束快速扫描及巨型天线的雷达。
(四)运动目标检测及测速多普勒效应:1、连续波信号的多普勒效应雷达发射信号可表示为:在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号s ()r t 为:式中,00222()2r R t f R c πωπλ•==r t = 2R/c ,为回波滞后于发射信号的时间,其中R 为目])(cos[)()(0ϕω+-=-=r r r t t kA t t ks t s标和雷达站间的距离;c 为电磁波传播速度,在自由空间传播时它等于光速;k 为回波的衰减系数。
如果目标固定不动, 则距离R 为常数。
回波与发射信号之间有固定相位差00222()2r R t f R c πωπλ•==,它是电磁波往返于雷达与目标之间所产生的相位滞后。