雷达原理介绍课件.ppt

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1、雷达原理介绍2012年7月16日定义与任务雷达，英文Radar的音译，源于RadioDetectionandRanging的缩写，原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们的空间位置。随着雷达技术的发展，雷达的种类越来越多，不同雷达的功能范围也从单纯的测量目标位置扩展到测量目标速度，甚至测量目标的尺寸、形状、表面粗糙度及介电特性等。基本原理将雷达的接收信号与发射信号进行比较，就可以获得目标的位置、速度、形状等信息，根据这些信息，雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识别等任务。基本原理雷达发射周期性脉冲，记脉冲宽度为Tp，重复周期为Tr，雷达峰值功率（即脉冲期间的

2、平均功率）为Pt，雷达平均功率（即周期内的平均功率）为Pav，工作比（即脉冲宽度与重复周期之比）为D。显然有：D=Tp/Tr=Pt/Pav≤1当雷达发射信号是连续波时，其工作比D=1。发射信号：基本原理接收信号：雷达接收机输出波形由两部分组成：一是各种目标被发射电磁波照射后的反射回波（图中假设只有一个目标），称之为信号；另一是接收机噪声，无论有没有目标回波，它总是存在并影响对信号的分析。记信号峰值功率为Ps，噪声平均功率为Pn，定义雷达接收信噪比SNR：SNR=Ps/Pn显然SNR越高，目标回波就越显著，就越有利于信号分析。发射功率不考虑各种损耗，影响目标回波峰值功率Ps的因素有

3、：雷达发射峰值功率Pt、目标的雷达截面积（RCS）、目标与雷达的相对距离R。它们之间存在关系：Ps=Pt/R4是与雷达系统及环境有关的常数。若过小或R过大，则接收信噪比SNR会过低，从而可能导致无法发现目标：提高SNR的一个直接途径是增加发射峰值功率Pt，但是限于元器件的发展水平，仅仅依靠发射机的输出供功率尚无法满足人们对雷达探测性能的要求。距离分辨率如果目标是理想点目标（=1），将雷达接收机的输出称为雷达系统响应。通常将系统响应的3dB宽度称为雷达距离分辨率，它表征了雷达将相邻目标区分开的能力。若接收机没有脉冲压缩，可用发射脉宽Tp近似距离分辨率；若有脉冲压缩，分辨

4、率将会远远优于脉宽Tp。与雷达相距r的目标回波相对于发射脉冲的延时=2r/c，c为电磁波的传播速度。那么，与雷达的相对距离差为r的两个目标回波的延时差等于=2r/c。角度分辨率雷达的角度分辨率表征了雷达将目标从角度上分开的能力。雷达的发射波束越窄，其角度分辨率越高而天线孔径越大，波束越窄，角分辨率就越高。但是，限于天线的制造、加工和安装水平，真实天线的孔径存在着无法逾越的上限。雷达波束张角与发射波长、天线孔径D之间存在近似关系：/D雷达发射信号雷达发射脉冲p(t)的一般形式为：p(t)=a(t)exp(j2f0t)a(t)为信号的调制波形，称之为信号形式或信

5、号包络；f0是信号的载波频率，简称为信号载频。显然，发射脉冲p(t)是信号包络a(t)被调制到载频f0上的结果，因为只有振荡的信号才能通过雷达天线发射到充满介质的自由空间形成发射电磁波。当目标被发射电磁波照射才会产生反射电磁波，反射电磁波被雷达接收从而发现目标。矩形振幅是一种常用的信号包络：a(t)=Arect(t/Tp)雷达发射信号雷达的工作频率是雷达系统的重要参数，不同的频率参数赋予了雷达不同的功能特性。一般可用频带宽度B和工作波段来描述雷达工作频率。大多数情况下，信号包络a(t)的中心频率为零，它决定了带宽B；当Bf0时，工作波段主要决定于载频f0。1、雷达的距离分辨率

6、r与带宽B之间存在近似关系：r=1/B。可见频带越宽，分辨率越高。2、定义相对带宽B=B/f0。大多数雷达B1，称之为窄带雷达，如：B=10MHz，f0=10GHz，B=0.001。某些雷达B0.25，甚至B1.0，则称之为宽带或超宽带雷达，如：B=300MHz，f0=500MHz，B=0.6。雷达发射信号所谓“L波段雷达”、“X波段雷达”等说法表达了雷达的工作频率所处的频段，这主要由发射载频f0决定。雷达常用的工作频率范围220MHz~35GHz，某些雷达在低端或高端超出了上述范围，绝大部分雷达工作于220MHz~10GHz。以字母命名工作频段是雷达技术

7、领域内的习惯说法：波段名称频率波段名称频率UHF300~1000MHzKu12~18GHzL1000~2000MHzK18~27GHzS2000~4000MHzKa27~40GHzC4000~8000MHzmm40~300GHzX8000~12000MHz雷达接收信号到达雷达接收天线的信号是被照射目标的回波的叠加：注意，接收信号的频谱中心仍为f0，所以称之为射频信号。式中忽略了各种衰减与损耗，k表示第k个目标的RCS。将p(t)=a(t)exp(j2f0t)代入：雷达接收信号