雷达原理－第5章雷达作用距离

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1、第5章雷达作用距离主要内容及基本要求1.理解并掌握雷达方程2.理解并掌握最小可检测信号3.了解脉冲积累对检测性能的改善4.了解目标截面积及其起伏特性5.了解系统损耗的各种因素6.了解传播过程中各种因素的影响7.了解二次雷达方程研究雷达作用距离的实际意义1.雷达方程能表示当雷达参数或环境特性发生变化时对雷达作用距离变化的规律；2.雷达方程集中反映了与雷达探测距离有关的因素及它们之间的相互关系；3.雷达方程可以估算雷达作用距离；雷达方程有助于深入理解雷达工作时各分机参数的影响。从而帮助我们在雷达系统设计时正确选择分机参数

2、；5.1.1基本雷达方程5.1雷达方程点目标：散射单元的最大横向距离应该小于目标距离处天线波束截取的弧长。散射单元的最大径向距离小于脉冲延伸距离。分布目标：不满足上述条件则为分布目标。估算一下飞机、月球对于常用雷达来说是什么目标？（月球半径1738km，地月距离38万km）5.1.2目标的雷达截面积(RCS)P2=S1σRCS的计算方法RCS的测试如何测试？影响RCS的因素:目标本身的特性、视角、极化和入射波的波长.RCS与波长的关系（1）当球体的周长远小于波长时，称为瑞利区，这时截面积正比于波长的负4次方（2）当球

3、体的周长等于波长时，进入振荡区，截面积在极值之间振荡。（3）当球体的周长远大于波长时，截面积振荡的趋于某一固定值，这个固定值就是球体几何投影面积。研究RCS的相关应用民用：增大还是减小RCS？军用：增大还是减小RCS？增大RCS的方法：简单减少RCS的方法：复杂减少RCS的方法与目标的隐身（1）整形（2）吸收（3）无源对消（4）有源对消整形：有目的的选择目标的表面形状和特征，达到减少RCS的目的思考：如果目标在各个方向受到威胁相同，整形会变得如何？超视距雷达何以具备很好的反隐能力吸波材料介电吸收磁滞吸收新技术，纳米材

4、料，等离子体，仿生。对消：很少采用5.2最小可检测信号如果没噪声影响会怎么样？5.2.1最小可检测信噪比对常用雷达波形来说,信号功率是一个容易理解和测量的参数,但现代雷达多采用复杂的信号波形,波形所包含的信号能量往往是接收信号可检测性的一个更合适的度量。例如匹配滤波器输出端的最大信噪功率比等于Er/No,其中Er为接收信号的能量,No为接收机均匀噪声谱的功率谱密度。矩形脉冲波形来看,若其宽度为τ、信号功率为S,则接收信号能量Er=Sτ噪声功率N和噪声功率谱密度No之间的关系为N=NoBn。Bn为接收机噪声带宽,一般情

5、况下可认为Bn≈1/τ(5.2.4)因此检测信号所需的最小输出信噪比为在早期雷达中,通常都用各类显示器来观察和检测目标信号,所以称所需的(S/N)omin为识别系数或可见度因子M。多数现代雷达则采用建立在统计检测理论基础上的统计判决方法来实现信号检测,在这种情况下,检测目标信号所需的最小输出信噪比称之为检测因子(DetectabilityFactor)Do较合适,即(5.2.5)Do是在接收机匹配滤波器输出端(检波器输入端)测量的信号噪声功率比值。检测因子Do就是满足所需检测性能(以检测概率Pd和虚警概率Pfa表征)

6、时,在检波器输入端单个脉冲所需要达到的最小信号噪声功率比值。S/N)omin表示的距离方程,(5.2.6)当用(5.2.4)式的方式,用信号能量代替脉冲功率Pt,用检测因子Do=(S/N)omin替换雷达距离方程(5.2.6)式时,即可得到。用检测因子Do表示的雷达方程为(5.2.7)上式中增加了带宽校正因子CB≥1,它表示接收机带宽失配所带来的信噪比损失,匹配时CB=1。L表示雷达各部分损耗引入的损失系数。用检测因子Do和能量Et表示的雷达方程在使用时有以下优点:(1)当雷达在检测目标之前有多个脉冲可以积累时

7、,由于积累可改善信噪比,故此时检波器输入端的Do(n)值将下降。因此可表明雷达作用距离和脉冲积累数n之间的简明关系,可计算和绘制出标准曲线供查用。(2)用能量表示的雷达方程适用于当雷达使用各种复杂脉压信号的情况。只要知道脉冲功率及发射脉宽就可以用来估算作用距离而不必考虑具体的波形参数。5.2.2门限检测图接收机输出典型包络由于噪声的起伏，判断信号的有无自然成为一个统计问题。门限检测是一种统计检测,在输出端根据输出振幅是否超过门限来判断有无目标存在,可能出现以下四种情况:(1)存在目标时,判为有目标,这是一种正确判

8、断,称为发现,它的概率称为发现概率Pd;(2)存在目标时,判为无目标,这是错误判断,称为漏报,它的概率称为漏报概率Pla;(3)不存在目标时判为无目标,称为正确不发现,它的概率称为正确不发现概率Pan;(4)不存在目标时判为有目标,称为虚警,这也是一种错误判断,它的概率称为虚警概率Pfa;显然四种概率存在以下关系:Pd+Pla=1，Pan+Pf