現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)理論1PPT優(yōu)秀課件

1、1 王一丁王一丁 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 2 l第一章第一章 緒論緒論 l第二章第二章 信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì) l第三章第三章 目標(biāo)分辨與模糊函數(shù)目標(biāo)分辨與模糊函數(shù) l第四章第四章 脈沖壓縮脈沖壓縮 l第五章第五章 合成孔徑成像雷達(dá)合成孔徑成像雷達(dá) 3 根據(jù)雷達(dá)分機(jī)和雷達(dá)測(cè)根據(jù)雷達(dá)分機(jī)和雷達(dá)測(cè) 量方法分別介紹雷達(dá)的組成量方法分別介紹雷達(dá)的組成 和測(cè)量原理。前者包括雷達(dá)和測(cè)量原理。前者包括雷達(dá) 發(fā)射機(jī)、雷達(dá)接收機(jī)、終端發(fā)射機(jī)、雷達(dá)接收機(jī)、終端 顯示和數(shù)據(jù)錄取設(shè)備的組成、顯示和數(shù)據(jù)錄取設(shè)備的組成、 基本工作原理及主要指標(biāo)；基本工作原理及主要指標(biāo)； 后者包括雷達(dá)的

2、測(cè)距、測(cè)角后者包括雷達(dá)的測(cè)距、測(cè)角 和測(cè)速的基本原理和各種實(shí)和測(cè)速的基本原理和各種實(shí) 現(xiàn)方法?，F(xiàn)方法。 4 雷達(dá)的基本任務(wù)是發(fā)現(xiàn)雷達(dá)的基本任務(wù)是發(fā)現(xiàn) 目標(biāo)并測(cè)定其坐標(biāo)。通常目目標(biāo)并測(cè)定其坐標(biāo)。通常目 標(biāo)的回波信號(hào)中總是混雜著標(biāo)的回波信號(hào)中總是混雜著 噪聲和各類干擾，而噪聲和噪聲和各類干擾，而噪聲和 各種干擾信號(hào)均具有隨機(jī)特各種干擾信號(hào)均具有隨機(jī)特 性，在這種條件下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)性，在這種條件下發(fā)現(xiàn)目標(biāo) 的問題屬于信號(hào)檢測(cè)的范疇，的問題屬于信號(hào)檢測(cè)的范疇， 而測(cè)定目標(biāo)坐標(biāo)則是參數(shù)估而測(cè)定目標(biāo)坐標(biāo)則是參數(shù)估 計(jì)問題。計(jì)問題。 5 設(shè)計(jì)和研究雷達(dá)波形設(shè)計(jì)和研究雷達(dá)波形 的主要數(shù)學(xué)工具是模糊函的主要數(shù)學(xué)工具

3、是模糊函 數(shù)。模糊函數(shù)最初雖由分?jǐn)?shù)。模糊函數(shù)最初雖由分 辨問題引出，但是它不僅辨問題引出，但是它不僅 能描述雷達(dá)信號(hào)的分辨特能描述雷達(dá)信號(hào)的分辨特 性和模糊度，還可以描述性和模糊度，還可以描述 由雷達(dá)信號(hào)決定的測(cè)量精由雷達(dá)信號(hào)決定的測(cè)量精 度和雜波抑制特性。度和雜波抑制特性。 6 近年來，從改進(jìn)雷達(dá)體制方面近年來，從改進(jìn)雷達(dá)體制方面 來擴(kuò)大作用距離和提高距離分辨力來擴(kuò)大作用距離和提高距離分辨力 方面已有很大進(jìn)步。這種體制就是方面已有很大進(jìn)步。這種體制就是 脈沖壓縮雷達(dá)體制，它采用寬脈沖脈沖壓縮雷達(dá)體制，它采用寬脈沖 發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證 足夠的最大作用距

4、離，而接收時(shí)則足夠的最大作用距離，而接收時(shí)則 采用相應(yīng)的脈沖壓縮方法獲得窄脈采用相應(yīng)的脈沖壓縮方法獲得窄脈 沖，以提高距離分辨力，因而較好沖，以提高距離分辨力，因而較好 地解決作用距離和分辨力之間的矛地解決作用距離和分辨力之間的矛 盾。盾。 7 深入了解合成孔徑成深入了解合成孔徑成 像雷達(dá)的原理、多普勒分像雷達(dá)的原理、多普勒分 辨理論、脈沖壓縮技術(shù)、辨理論、脈沖壓縮技術(shù)、 雷達(dá)信號(hào)模型、非聚焦合雷達(dá)信號(hào)模型、非聚焦合 成孔徑雷達(dá)和聚焦合成孔成孔徑雷達(dá)和聚焦合成孔 徑雷達(dá)成像處理方法。徑雷達(dá)成像處理方法。 8 l雷達(dá)原理雷達(dá)原理丁鷺飛丁鷺飛 等著等著 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社

5、 l雷達(dá)成像技術(shù)雷達(dá)成像技術(shù)劉永坦劉永坦 等著等著 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 9 l電磁波特性電磁波特性 l電磁波頻段電磁波頻段 l雷達(dá)概念雷達(dá)概念 l雷達(dá)基本組成雷達(dá)基本組成 l雷達(dá)基本指標(biāo)雷達(dá)基本指標(biāo) l雷達(dá)參數(shù)選擇雷達(dá)參數(shù)選擇 l雷達(dá)分類雷達(dá)分類 l現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 10 l光波特性光波特性 牛頓的光微粒學(xué)說牛頓的光微粒學(xué)說 惠更斯的光波動(dòng)學(xué)說惠更斯的光波動(dòng)學(xué)說 11 l光波特性光波特性 光的量子學(xué)說光的量子學(xué)說 麥克斯韋爾理論麥克斯韋爾理論 12 l電磁波特性電磁波特性 方向性方向性 直線性直線性 13 l電磁波產(chǎn)生電磁波產(chǎn)生 =C/f 14 l

6、電磁波與物體的作用電磁波與物體的作用 反射反射 透射透射 吸收吸收 15 16 17 18 19 l電磁波傳輸電磁波傳輸 空氣中傳輸空氣中傳輸 天線天線 微波傳輸線中傳輸微波傳輸線中傳輸 波導(dǎo)波導(dǎo), 電纜電纜 20 1. 功率功率 2. 穿透能力穿透能力 3. 設(shè)備體積設(shè)備體積 4. 系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能 21 22 lRadio Detection and Ranging 1. 目標(biāo)斜距的測(cè)量目標(biāo)斜距的測(cè)量 2. 目標(biāo)角位置的測(cè)量目標(biāo)角位置的測(cè)量 3. 相對(duì)速度的測(cè)量相對(duì)速度的測(cè)量 4. 目標(biāo)尺寸和形狀的測(cè)量目標(biāo)尺寸和形狀的測(cè)量 23 24 25 26 27 l雷達(dá)方程雷達(dá)方程 1 2 21 2

7、 r2 24 1 / 4 m a x 2 m i n 4 4 P ( 4) ( 4) t te e te GP S R SS R P G A AS R P G A R S 28 l發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī) l天線天線 l接收機(jī)接收機(jī) l數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 l顯示顯示 l定時(shí)定時(shí) l信號(hào)處理信號(hào)處理 l控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) l通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng) 29 發(fā) 射 機(jī) 收 發(fā) 開 關(guān) 接 收 機(jī) 電 源 定 時(shí) 數(shù) 據(jù) 采 集 信 號(hào) 處 理 顯 示 通 訊 控 制 操 作 員 傳 輸 雷達(dá)原理框圖 30 雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作原理：雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作原理： 脈沖調(diào)制器 功率放大 電源 振蕩源 31 雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要指標(biāo)：雷達(dá)發(fā)射機(jī)主

8、要指標(biāo)： 1. 工作頻率或波段工作頻率或波段 2. 輸出功率輸出功率 3. 效率效率 4. 信號(hào)形式信號(hào)形式 5. 信號(hào)頻譜純度信號(hào)頻譜純度 32 使用器件使用器件 l真空電子管發(fā)射機(jī)真空電子管發(fā)射機(jī) l晶體管固態(tài)發(fā)射機(jī)晶體管固態(tài)發(fā)射機(jī) 工作方式工作方式 l單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī) l主振放大式發(fā)射機(jī)主振放大式發(fā)射機(jī) 雷達(dá)發(fā)射機(jī)分類：雷達(dá)發(fā)射機(jī)分類： 33 磁控管發(fā)射機(jī)：磁控管發(fā)射機(jī)： 磁控管磁控管 調(diào)制器調(diào)制器 34 行波管發(fā)射機(jī)：行波管發(fā)射機(jī)： 35 固態(tài)發(fā)射機(jī)：固態(tài)發(fā)射機(jī)： 36 雷達(dá)天線的工作原理：雷達(dá)天線的工作原理： B k D 37 l雷達(dá)天線的主要指標(biāo)：雷達(dá)天線的主要指標(biāo)

9、： 1. 方向圖方向圖 2. 增益增益 3. 帶寬帶寬 4. 極化極化 5. 副瓣電平副瓣電平 38 方位向方向圖方位向方向圖 39 高低向方向圖高低向方向圖 40 l雷達(dá)天線的分類：雷達(dá)天線的分類： 1. 直接輻射類型直接輻射類型 2. 間接反射類型間接反射類型 41 42 43 雷達(dá)接收機(jī)組成：雷達(dá)接收機(jī)組成： 接 收 機(jī) 保 護(hù) 器 低 噪 高 放 混 頻 器 本 振 中 頻 放 大 檢 波 視 放 高 頻 輸 入 顯 示 44 雷達(dá)接收機(jī)主要指標(biāo)：雷達(dá)接收機(jī)主要指標(biāo)： 1. 靈敏度靈敏度 2. 頻帶寬度頻帶寬度 3. 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 4. 濾波特性濾波特性 5. 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度

10、 45 雷達(dá)接收機(jī)分類：雷達(dá)接收機(jī)分類： 1. 直接混頻方式直接混頻方式 2. 前級(jí)放大方式前級(jí)放大方式 46 1. 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 3. 數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)形成 4. 高速數(shù)據(jù)采集高速數(shù)據(jù)采集 47 1. 角度信息處理角度信息處理 2. 距離信息處理距離信息處理 3. 速度信息處理速度信息處理 4. 目標(biāo)特性處理目標(biāo)特性處理 5. 綜合信息處理綜合信息處理 48 1. 雷達(dá)工作的中樞神經(jīng)雷達(dá)工作的中樞神經(jīng) 2. 參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ) 3. 信號(hào)產(chǎn)生的源頭信號(hào)產(chǎn)生的源頭 49 1. 目標(biāo)跟蹤功能目標(biāo)跟蹤功能 2. 天線控制功能天線控制功能 50 1. 指令傳遞指令傳

11、遞 2. 數(shù)據(jù)傳遞數(shù)據(jù)傳遞 51 52 53 54 55 56 l戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)戰(zhàn)術(shù)指標(biāo) l技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 57 l戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)：戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)： 1. 雷達(dá)的探測(cè)范圍雷達(dá)的探測(cè)范圍 2. 測(cè)量目標(biāo)參數(shù)的精度測(cè)量目標(biāo)參數(shù)的精度 3. 分辨力分辨力 4. 數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 5. 抗干擾能力抗干擾能力 6. 工作可靠性工作可靠性 7. 體積和重量體積和重量 8. 功耗及展開時(shí)間功耗及展開時(shí)間 9. 測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)或參數(shù)的數(shù)目測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)或參數(shù)的數(shù)目 58 l雷達(dá)的探測(cè)范圍雷達(dá)的探測(cè)范圍 雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)的空域，叫做雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)的空域，叫做 探測(cè)范圍，又稱為力范圍，它決定于雷達(dá)探測(cè)范圍，又稱為力范圍，它

12、決定于雷達(dá) 的最小可探測(cè)距離和最大作用距離，仰角的最小可探測(cè)距離和最大作用距離，仰角 和方位角的探測(cè)范圍雷達(dá)的探測(cè)范圍。和方位角的探測(cè)范圍雷達(dá)的探測(cè)范圍。 59 l測(cè)量目標(biāo)參數(shù)的精度測(cè)量目標(biāo)參數(shù)的精度 精確度的高低是以測(cè)量誤差的大小來精確度的高低是以測(cè)量誤差的大小來 衡量的。測(cè)量方法不同精確度也不同。誤衡量的。測(cè)量方法不同精確度也不同。誤 差越小，精度度越高。雷達(dá)測(cè)量精確度的差越小，精度度越高。雷達(dá)測(cè)量精確度的 誤差通?？煞譃橄到y(tǒng)誤差、隨即誤差。所誤差通?？煞譃橄到y(tǒng)誤差、隨即誤差。所 以往往對(duì)測(cè)量結(jié)果規(guī)定一個(gè)誤差范圍。以往往對(duì)測(cè)量結(jié)果規(guī)定一個(gè)誤差范圍。 60 l分辨力分辨力 分辨力是指對(duì)兩個(gè)相

13、鄰目標(biāo)的區(qū)分能力。分辨力是指對(duì)兩個(gè)相鄰目標(biāo)的區(qū)分能力。 兩個(gè)目標(biāo)在同一角度但處在不同距離上，其兩個(gè)目標(biāo)在同一角度但處在不同距離上，其 最小可區(qū)分的距離稱為距離分辨力；兩個(gè)目最小可區(qū)分的距離稱為距離分辨力；兩個(gè)目 標(biāo)處在相同距離上，但角位置有所不同，最標(biāo)處在相同距離上，但角位置有所不同，最 小能夠區(qū)分的角度稱為角分辨力。小能夠區(qū)分的角度稱為角分辨力。 61 l數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 數(shù)據(jù)率是雷達(dá)對(duì)整個(gè)探測(cè)范圍完成一數(shù)據(jù)率是雷達(dá)對(duì)整個(gè)探測(cè)范圍完成一 次探測(cè)所需時(shí)間的倒數(shù)。也是單位時(shí)間內(nèi)次探測(cè)所需時(shí)間的倒數(shù)。也是單位時(shí)間內(nèi) 雷達(dá)對(duì)每個(gè)目標(biāo)提供數(shù)據(jù)的次數(shù)，它表征雷達(dá)對(duì)每個(gè)目標(biāo)提供數(shù)據(jù)的次數(shù)，它表征 雷達(dá)的工作速

14、度。雷達(dá)的工作速度。 62 l抗干擾能力抗干擾能力 雷達(dá)通常在各種自然干擾和人為干擾的雷達(dá)通常在各種自然干擾和人為干擾的 條件下工作，其中主要是敵方施放的無源干條件下工作，其中主要是敵方施放的無源干 擾和有源干擾。這些干擾最終作用于雷達(dá)終擾和有源干擾。這些干擾最終作用于雷達(dá)終 端設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)可能使雷達(dá)失去工作能。所端設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)可能使雷達(dá)失去工作能。所 以現(xiàn)代雷達(dá)必須具有一定程度的抗干擾能力。以現(xiàn)代雷達(dá)必須具有一定程度的抗干擾能力。 63 l工作可靠性工作可靠性 雷達(dá)需要可靠地工作。通常用兩次故雷達(dá)需要可靠地工作。通常用兩次故 障之間的平均時(shí)間間隔來表示，稱為平均障之間的平均時(shí)間間隔來表示，稱

15、為平均 無故障時(shí)間無故障時(shí)間MTBF?？煽啃缘牧硪粋€(gè)標(biāo)志是。可靠性的另一個(gè)標(biāo)志是 發(fā)生故障以后平均修復(fù)時(shí)間發(fā)生故障以后平均修復(fù)時(shí)間MTTR。 64 l體積和重量體積和重量 體積和重量決定于雷達(dá)的任務(wù)要體積和重量決定于雷達(dá)的任務(wù)要 求、所用器件和材料。機(jī)載和空基雷求、所用器件和材料。機(jī)載和空基雷 達(dá)對(duì)體積和重量的要求很嚴(yán)格。達(dá)對(duì)體積和重量的要求很嚴(yán)格。 65 l功耗和展開時(shí)間功耗和展開時(shí)間 這兩項(xiàng)性能對(duì)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性很重要。這兩項(xiàng)性能對(duì)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性很重要。 66 l測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)或參數(shù)的數(shù)目測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)或參數(shù)的數(shù)目 目標(biāo)的方位、斜距和仰角目標(biāo)的方位、斜距和仰角 目標(biāo)的速度和性質(zhì)目標(biāo)的速度和性質(zhì) 67

16、 l技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo): 1. 工作頻率及工作帶寬工作頻率及工作帶寬 2. 發(fā)射功率發(fā)射功率 3. 調(diào)制波形、脈沖寬度和重復(fù)頻率調(diào)制波形、脈沖寬度和重復(fù)頻率 4. 天線的波束形狀、增益和掃描方式天線的波束形狀、增益和掃描方式 5. 接收機(jī)的靈敏度接收機(jī)的靈敏度 6. 終端裝置和雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)的形式終端裝置和雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)的形式 7. 電源供應(yīng)電源供應(yīng) 68 l工作頻率及工作帶寬工作頻率及工作帶寬 雷達(dá)的工作頻率主要根據(jù)目標(biāo)的特性、雷達(dá)的工作頻率主要根據(jù)目標(biāo)的特性、 電磁波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性電磁波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性 能、雷達(dá)的測(cè)量精度和功能等要求來決定。能、雷達(dá)的測(cè)量精度和

17、功能等要求來決定。 工作帶寬主要根據(jù)抗干擾的要求來決定。工作帶寬主要根據(jù)抗干擾的要求來決定。 69 l發(fā)射功率發(fā)射功率 發(fā)射功率的大小影響作用距離。發(fā)射功率的大小影響作用距離。 發(fā)射功率分為脈沖功率和平均功率。發(fā)射功率分為脈沖功率和平均功率。 70 l調(diào)制波形、脈沖寬度和重復(fù)頻率調(diào)制波形、脈沖寬度和重復(fù)頻率 脈沖寬度指發(fā)射脈沖信號(hào)的持續(xù)時(shí)間脈沖寬度指發(fā)射脈沖信號(hào)的持續(xù)時(shí)間 脈沖重復(fù)頻率指雷達(dá)每秒鐘發(fā)射的射頻脈沖的脈沖重復(fù)頻率指雷達(dá)每秒鐘發(fā)射的射頻脈沖的 個(gè)數(shù)個(gè)數(shù) 71 l天線的波束形狀、增益和掃描方式天線的波束形狀、增益和掃描方式 方位波束形狀、高低波束形狀方位波束形狀、高低波束形狀 掃描方式

18、：機(jī)械掃描、電掃描掃描方式：機(jī)械掃描、電掃描 72 l接收機(jī)的靈敏度接收機(jī)的靈敏度 接收機(jī)的靈敏度是指雷達(dá)接收微弱信號(hào)的能力接收機(jī)的靈敏度是指雷達(dá)接收微弱信號(hào)的能力 73 l終端裝置和雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)的形式終端裝置和雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)的形式 終端裝置是顯示器終端裝置是顯示器 雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)形式雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)形式 74 l電源供電電源供電 電源供應(yīng)：電源供應(yīng)： 50Hz, 400Hz 75 l工作波長(zhǎng)的選擇工作波長(zhǎng)的選擇 l脈沖重復(fù)頻率的選擇脈沖重復(fù)頻率的選擇 l脈沖寬度的選擇脈沖寬度的選擇 l天線方向圖和功率增益系數(shù)的選擇天線方向圖和功率增益系數(shù)的選擇 l接收機(jī)噪聲系數(shù)和通頻帶的確定接收機(jī)噪聲系數(shù)和通頻帶的

19、確定 l發(fā)射脈沖功率的計(jì)算發(fā)射脈沖功率的計(jì)算 l雷達(dá)波形的選擇雷達(dá)波形的選擇 76 l工作波長(zhǎng)的選擇工作波長(zhǎng)的選擇 l從提高接收機(jī)靈敏度考慮從提高接收機(jī)靈敏度考慮 l從提高作用距離考慮從提高作用距離考慮 l從雷達(dá)的用途考慮從雷達(dá)的用途考慮 l從地面或水面的反射影響考慮從地面或水面的反射影響考慮 l從雜波干擾的影響考慮從雜波干擾的影響考慮 77 l脈沖重復(fù)頻率的選擇脈沖重復(fù)頻率的選擇 l從天線掃描引起的干擾考慮從天線掃描引起的干擾考慮 l從測(cè)距的單值性考慮從測(cè)距的單值性考慮 l從脈沖積累個(gè)數(shù)考慮從脈沖積累個(gè)數(shù)考慮 l從發(fā)射平均功率考慮從發(fā)射平均功率考慮 78 l脈沖寬度的選擇脈沖寬度的選擇 l從工作帶寬考慮從工作帶寬考慮 l從距離分辨力考慮從距離分辨力考慮 l從穩(wěn)定性考慮從穩(wěn)定性考慮 79 l天線方向圖和功率增益