《雷达作用距离》PPT课件

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1、第5章雷达作用距离5.1雷达方程5.2显小可检测信号5.3脉冲积累对检测性能的改善5.4目标截面积及其起伏特性5.5系统损耗5.6传播过程中各种因素的影响5.7雷达方程的几种形式5.1.1基本雷达方程5.1雷达方程设雷达发射功率为Pt,雷达天线的增益为Gt,则在自由空间工作时,距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为(5.1.1)目标受到发射电磁波的照射,因其散射特性而将产生散射回波。散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散射特性。若假定目标可将接收到的功

2、率无损耗地辐射出来,则可得到由目标散射的功率(二次辐射功率)为(5.1.2)又假设P2均匀地辐射,则在接收天线处收到的回波功率密度为(5.1.3)如果雷达接收天线的有效接收面积为Ar,则在雷达接收处接收回波功率为Pr,而(5.1.4)由天线理论知道,天线增益和有效面积A之间有以下关系:式中λ为所用波长,则接收回波功率可写成如下形式:(5.1.5)(5.1.6)单基地脉冲雷达通常收发共用天线,即Gt=Gr=G,At=Ar,将此关系式代入上二式即可得常用结果。由式(5.1.4)~(5.1.6)可看出,接收的回波功率Pr反比于目标与

3、雷达站间的距离R四次方,这是因为一次雷达中,反射功率经过往返双倍的距离路程,能量衰减很大。接收到的功率Pr必须超过最小可检测信号功率Simin,雷达才能可靠地发现目标,当Pr正好等于Simin时,就可得到雷达检测该目标的最大作用距离Rmax。因为超过这个距离,接收的信号功率Pr进一步减小,就不能可靠地检测到该目标。它们的关系式可以表达为(5.1.7)或(5.1.8)(5.1.9)式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式,它表明了作用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系。雷达方程虽然给出了作用距离和各参

4、数间的定量关系,但因未考虑设备实际损耗和环境因素,而且方程中还有两个不可能准确预定的量:目标有效反射面积σ和最小可检测信号Simin,因此它常用来作为一个估算的公式,考察雷达各参数对作用距离影响的程度。雷达总是在噪声和其它干扰背景下检测目标的,再加上复杂目标的回波信号本身也是起伏的，故接收机输出的是随机量。雷达作用距离也不是一个确定值而是统计值,对于某雷达来讲,不能简单地说它的作用距离是多少,通常只在概率意义上讲,当虚警概率(例如10-6)和发现概率(例如90%)给定时的作用距离是多大。5.1.2目标的雷达截面积(RCS)

5、雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。为了描述目标的后向散射特性,在雷达方程的推导过程中,定义了“点”目标的雷达截面积σ,如式(5.1.2)所示,P2=S1σ其中，P2为目标散射的总功率,S1为照射的功率密度。雷达截面积σ又可写为立体角相关概念一个锥面所围成的空间部分称为“立体角”。在平面上定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；立体角是以锥的顶点为心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。与圆心角定义类似，定义立体角为曲面

6、上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；则闭合球面立体角是4π。由于二次散射,因而在雷达接收点处单位立体角内的散射功率PΔ为据此,又可定义雷达截面积σ为所以σ定义为：在远场条件(平面波照射的条件)下,目标处每单位入射功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。(5.1.10)为了进一步了解σ的意义,我们按照定义来考虑一个具有良好导电性能的各向同性的球体截面积。设目标处入射功率密度为S1,球目标的几何投影面积为A1,则目标所截获的功率为S1A1。由于该球是导电良好且各向

7、同性的,因而它将截获的功率S1A1全部均匀地辐射到4π立体角内,根据式(5.1.10)，可定义(5.1.11)式(5.1.11)表明,导电性能良好各向同性的球体,它的截面积σi等于该球体的几何投影面积。这就是说,任何一个反射体的截面积都可以想像成一个具有各向同性的等效球体的截面积。“等效”是指该球体在接收机方向每单位立体角所产生的功率与实际目标散射体所产生的相同,从而将雷达截面积理解为一个等效的无耗各向均匀反射体的截获面积(投影面积)。因为实际目标外形复杂,它的后向散射特性是各部分散射的矢量合成,因而不同的照射方向有不同的雷

8、达截面积σ值。除了后向散射特性外,有时需要测量和计算目标在其它方向的散射功率,例如双基地雷达工作时的情况。可以按照同样的概念和方法来定义目标的双基地雷达截面积σb。对复杂目标来讲,σb不仅与发射时的照射方向有关,而且还取决于接收时的散射方向。图5.1目标的散射特性5.2最小可