北理工微波雷達(dá)試驗(yàn)報告

1、北京雙工人室出叩加*加"MWif傅7?丫如仃加喟F本科實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱：船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程名稱：微波工程導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)時間：任課教師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)教師：實(shí)驗(yàn)類型：原理驗(yàn)證口綜合設(shè)計(jì)自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：學(xué)號班級：組號：學(xué)院：同組搭檔：專業(yè)：成績：信息與電子學(xué)院KWQifl*fnM*4f船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的各個組成部分及其功能2、掌握船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)的操作使用方法。3、掌握船用雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)方位、距離確定原理；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、詳細(xì)描述試驗(yàn)用船用雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的各個組成部分及其功能。2、說明船用雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)方位、距離確定原理。3

2、、列表給出本次實(shí)驗(yàn)測量的目標(biāo)名稱，距離和方位。三、船用雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于脈沖的發(fā)射和接收，由定時器確定發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的關(guān)系，據(jù)此確定發(fā)射脈沖與接收到的回波信號之間的時延，并求出目標(biāo)距離。船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)的組成如圖所示。一=£F當(dāng)叫也一墉、腆中源II1IIIIII一III1flQ111*+itJtHH加假H接I瀛H信割s機(jī)卜御黝理機(jī)"天線伺服系統(tǒng)圖3船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)組成系統(tǒng)中各模塊功能如下：定時器提供系統(tǒng)時間基準(zhǔn)；脈沖源產(chǎn)生同步脈沖；頻率源產(chǎn)生微波載頻連續(xù)波信號；脈沖調(diào)制器將微波載頻連續(xù)波信號經(jīng)同步脈沖調(diào)制為脈沖調(diào)幅連續(xù)波信號；功率放大器將經(jīng)調(diào)幅后的

3、載頻信號放大至滿足雷達(dá)測距能力的發(fā)射功率射頻信號，發(fā)射支路的T/R開關(guān)與接收支路的T/R開關(guān)在同步脈沖控制下保證發(fā)射時不接收，保證收發(fā)支路的隔離度，以便保護(hù)接收機(jī)；環(huán)形器負(fù)責(zé)在收發(fā)公用天線時的收發(fā)信號分離；天線負(fù)責(zé)導(dǎo)行波與空間電磁波的轉(zhuǎn)換；接收機(jī)將目標(biāo)反射回波信號進(jìn)行放大、下變頻、中頻濾波、中頻放大、檢波、A/D后提供給數(shù)字處理機(jī)進(jìn)行測距運(yùn)算，同時提供干擾信號的限幅保護(hù)，其鏈路系統(tǒng)框圖如圖4所示；數(shù)字處理機(jī)負(fù)責(zé)目標(biāo)測距運(yùn)算、目標(biāo)方位運(yùn)算和系統(tǒng)中央控制及顯示控制；天線伺服系統(tǒng)在系統(tǒng)中央控制下完成天線轉(zhuǎn)臺驅(qū)動信號生成和轉(zhuǎn)臺位置信號的提取及發(fā)送；顯示器完成目標(biāo)位置信息的顯示。就環(huán)行器hVR糕h制虢卜

4、（儡的迪卜略1A/D;一懶:中放卜濾彘圖4接收機(jī)鏈路系統(tǒng)圖四、測量原理1、基本知識雷達(dá)發(fā)出的射頻電磁波，通過計(jì)算電磁波反射回來所需的時間來確定到達(dá)目標(biāo)的距離，這是在已知雷達(dá)波傳播速度是接近恒定的也就是光速的前提下實(shí)現(xiàn)的。這樣通過計(jì)算雷達(dá)波從發(fā)出到從目標(biāo)反射回到天線的時間，就可以計(jì)算出船只到目標(biāo)的距離。這個時間是往返的時間，將它除以2才是電磁波從船只到達(dá)目標(biāo)的單程距離的時間。這些都是由雷達(dá)內(nèi)部的算法來自動完成的。雷達(dá)確定目標(biāo)的方位是通過雷達(dá)天線發(fā)射波束在空間的掃描來實(shí)現(xiàn)的。雷達(dá)天線發(fā)射波束在空間是不均勻分布的，其主波束內(nèi)的功率密度遠(yuǎn)大于副瓣內(nèi)的功率密度，因而主波束內(nèi)目標(biāo)反射的信號強(qiáng)度遠(yuǎn)大于副瓣內(nèi)

5、目標(biāo)反射的信號強(qiáng)度，所以此時雷達(dá)探測到的目標(biāo)信號可以認(rèn)為是來自主波束內(nèi)目標(biāo)反射的信號，且認(rèn)定目標(biāo)方位處于雷達(dá)天線主波束的最大方向上。當(dāng)天線波束最大方向瞄準(zhǔn)某一個目標(biāo)時，如果另一個目標(biāo)恰好處在天線波束第一零點(diǎn)方向上，則回波信號完全來自天線波束最大方向的那個目標(biāo)。因此，天線的分辨率為第一零點(diǎn)波束寬度的一半，即FNBW/2。例如，當(dāng)天線的FNBW=20時，具有10的分辨率，可用來辨別方位上相距10的兩個目標(biāo)。船用導(dǎo)航雷達(dá)天線是在水平3600方位上勻速轉(zhuǎn)動，將天線方位位置信號實(shí)時送入信息處理機(jī)，信息處理機(jī)就知道了目標(biāo)回波信號與目標(biāo)方位的對應(yīng)關(guān)系。在天線發(fā)射信號經(jīng)目標(biāo)反射回到天線這個時間段中，天線一直是

6、旋轉(zhuǎn)的，這樣回波信號所對應(yīng)的天線角度將滯后于當(dāng)前天線的實(shí)際角度。為此，信號處理機(jī)需根據(jù)天線的旋轉(zhuǎn)速度和已經(jīng)計(jì)算出來的目標(biāo)距離對目標(biāo)實(shí)際方位角值進(jìn)行修正。2、測量原理(1)脈沖測距原理雷達(dá)發(fā)射的電磁波在均勻介質(zhì)中以恒定的速度直線傳播，在自由空間中的傳播速度約等于光速。如果能準(zhǔn)確的測量出電磁波從發(fā)射到被目標(biāo)反射回來所用的時間，那么就可以測量出雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離。假設(shè)電磁波往返傳播時間為t,傳播速度為光速C,目標(biāo)距離為R,則距離可以如下表示：?=1?2為了提高檢測性能，雷達(dá)常采用高重PRF信號，以便在信號頻域獲得足夠?qū)挼臒o雜波區(qū)。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率很高時，對應(yīng)一個發(fā)射脈沖產(chǎn)生的回波可能要經(jīng)過幾個周期以

7、后才能被收到，如圖1所示。圖中對應(yīng)目標(biāo)的真實(shí)距離是R,而按照常規(guī)方法讀出的目標(biāo)距離是Ra,產(chǎn)生的誤差是：?=一2?上述這種由于目標(biāo)回波的延遲時間可能大于脈沖重復(fù)周期，使收、發(fā)脈沖的對應(yīng)關(guān)系發(fā)生混亂，同一距離讀數(shù)可能對應(yīng)幾個目標(biāo)真實(shí)距離的現(xiàn)象叫做測距模糊，距離讀數(shù)Ra叫做模糊距離。(2)距離模糊的解決方法目前，擴(kuò)大測距和測速不模糊范圍的基本方法是對發(fā)射信號進(jìn)行某種形式的調(diào)制，在接收到信號進(jìn)行解調(diào)時，通過運(yùn)算消除模糊，船用導(dǎo)航雷達(dá)常用的調(diào)制方式是多重脈沖重復(fù)頻率測距法。多重脈沖重復(fù)頻率測距法的原理是利用幾種不同的脈沖重復(fù)頻率信號進(jìn)行測距。首先順序用各個重復(fù)頻率測出對應(yīng)的模糊距離，再將這些測量值加以

8、比較或計(jì)算處理，最后得到無模糊的真實(shí)距離。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測距精度高，在雜波附近的目標(biāo)檢測能力強(qiáng)。若采用3個或?yàn)楹唵纹鹨?，下面以兩個脈沖重復(fù)頻率的情況為例進(jìn)行討論更多的PRF可以使無模糊距離的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。假設(shè)雷達(dá)交替地以重復(fù)頻率fl和f2工作。記憶比較裝置，把兩次的發(fā)射脈沖與發(fā)射脈沖重合，接收脈沖與接收脈沖重合。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、開機(jī)設(shè)置1.1 開機(jī)和關(guān)機(jī)按【電源】鍵開啟或關(guān)閉雷達(dá)。雷達(dá)開機(jī)后，鍵盤背光燈亮起，同時屏幕上出現(xiàn)預(yù)熱時間倒數(shù)，從1:30到0:01為止。1.2 發(fā)射開機(jī)并預(yù)熱完成后，顯示屏上會出現(xiàn)“待機(jī)”字樣。這是，雷達(dá)處于待機(jī)狀態(tài)隨時可以使用，但是沒有雷達(dá)波發(fā)出。按【發(fā)射】鍵發(fā)射

9、，這時一些目標(biāo)的回波會出現(xiàn)在顯示屏上。1.3 待機(jī)如果暫時不想使用雷達(dá)，但是在有需要時又要馬上啟動時，可以按【發(fā)射】鍵將雷達(dá)恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。這時畫面顯示“待機(jī)”字樣以及其它導(dǎo)航數(shù)據(jù)及符號等，但是天線不轉(zhuǎn)也沒有發(fā)射電波。屏幕上顯示“待機(jī)”導(dǎo)航數(shù)據(jù)或根據(jù)彩帶設(shè)置進(jìn)入省電模式。1.4 選擇量程再將量程由小到大調(diào)節(jié)時，雷達(dá)會自動選擇固定距標(biāo)量程、發(fā)射脈寬和脈沖重復(fù)頻率，以取得最佳的探測效果。能夠通過菜單選擇1.5和3海里量程時的發(fā)射脈寬，其它的項(xiàng)目則不能通過手動來進(jìn)行選擇，這些數(shù)字顯示在畫面的左上角。選擇量程按【-量程+】鍵。畫面左下角的量程書和固定距標(biāo)數(shù)字都隨著你的動作增加或減少。當(dāng)船只航行于較窄的

10、水域或繁忙的港口時，選擇較小的量程便于小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)對緊急情況；在開闊水域應(yīng)選擇較大量程以便在較遠(yuǎn)的距離提早發(fā)現(xiàn)航路上面的障礙。1.5 參數(shù)調(diào)整【亮度】鍵用于調(diào)整回波顯示亮度，共有8個等級。按【亮度】鍵選擇亮度等級，每按一次升高一級，到最亮后再按則回到最低亮度，這個操作是循環(huán)的，默認(rèn)的亮度是6級?！驹鲆妗啃o用于調(diào)整接收靈敏度，它的用法和廣播收音機(jī)的音量控制是一樣的，用于擴(kuò)大信號的接收。正確的調(diào)整方法是剛好有背景噪聲出現(xiàn)在顯示屏上。如果調(diào)的太小，弱的回波就會丟失；如果靈敏度調(diào)的過大，則會出現(xiàn)很多的背景噪聲，大目標(biāo)的回波會丟失，因?yàn)楸尘霸肼曔^多造成與想要的回波無法區(qū)分。要調(diào)整靈敏度，先將量程選

11、擇到遠(yuǎn)量程（6海里以上），然后調(diào)【增益】旋鈕到剛好有背景噪聲出現(xiàn)在顯示屏上。【海浪抑制】出現(xiàn)在顯示中心部分的雜亂回波是很麻煩的，造成這一現(xiàn)象的干擾信號被稱為“海浪干擾”，比較高的頻率和距水面比較高的天線會擴(kuò)大這種干擾的范圍。海浪干擾出現(xiàn)在顯示屏上時是許多小的回波，這可能會影響雷達(dá)的性能。當(dāng)海浪干擾出現(xiàn)并掩蓋圖像時，調(diào)整【海浪抑制】旋鈕可以減少海浪干擾。正確的設(shè)置海浪抑制時，海浪干擾顯示為很弱的不連續(xù)的小點(diǎn)，而小目標(biāo)的回波不會丟失且能夠區(qū)分開來。如果調(diào)的太小，目標(biāo)將會被海浪干擾遮蓋；如果調(diào)的太高，海浪干擾和目標(biāo)都將從顯示屏上消失。在大多數(shù)情況下，調(diào)整這個旋鈕到下風(fēng)向的海浪干擾消失，而逆風(fēng)向的海浪

12、干擾剛好有細(xì)微的顯示是最好的。1）確定靈敏度調(diào)整正確，并且發(fā)射在近量程。2）調(diào)整【海浪抑制】旋鈕到小目標(biāo)能夠辨別而少量海浪干擾依然可見?！居暄┮种啤坷走_(dá)天線的垂直波瓣寬度是設(shè)計(jì)好的，這樣做是為了保證船只在搖動時仍能保證雷達(dá)波能夠平行海面?zhèn)鞑??？墒沁@個設(shè)計(jì)也造成了設(shè)備可能產(chǎn)生雨雪干擾（雨、雪、雹等），這就需要一些方法來分辨正常的回波。當(dāng)雨雪干擾遮蓋回波時，調(diào)整【雨雪抑制】鍵，這個調(diào)節(jié)可以識別雨雪干擾，并將它們從回波當(dāng)中分離出去，而僅以一些零星小點(diǎn)的形式出現(xiàn)，以使目標(biāo)易于區(qū)分。1.6 、目標(biāo)距離測量可以通過三種方法測量目標(biāo)到本船的距離，使用固定距標(biāo)、游標(biāo)和活動距標(biāo)。 通過固定距標(biāo)計(jì)算從本船到目標(biāo)之

13、間的固定距標(biāo)圈數(shù)，再將這個數(shù)字乘以每圈所代表的距離，再根據(jù)目測估算目標(biāo)距本船最近的點(diǎn)到與它最近的距標(biāo)圈的距離，就可以大概測出本船到目標(biāo)的距離。 通過游標(biāo)按方向鍵移動游標(biāo)使游標(biāo)的十字交叉點(diǎn)與目標(biāo)距本船最近的位置重合，這時目標(biāo)到本船的距離會顯示在屏幕的下方。 通過可變距標(biāo)1）按【EBL/VRM選擇】鍵，到屏幕右下角顯示一個周圍有虛線的可變距標(biāo)出現(xiàn)，再按【EBL/VRM選擇】鍵選擇電子方位線1,電子方位線2,可變距標(biāo)1,可變距標(biāo)2,會依次出現(xiàn)。2）按【EBL/VRM選擇】鍵使一個可變距標(biāo)圈可以通過方向鍵控制。3）控制方向鍵使可變距標(biāo)圈移動到被測目標(biāo)上。4）在屏幕右下角會看到可變距標(biāo)所處位置的距離數(shù)據(jù)

14、。5）要固定可變距標(biāo)，按【EBL/VRM控制】鍵。要消除可變距標(biāo)，按住【EBL/VRM控制】鍵3秒鐘。1.7 、目標(biāo)方位測量有兩種方法可以用來測量目標(biāo)方位，分別是使用游標(biāo)和電子方位線。使用游標(biāo)通過4個方向鍵操縱游標(biāo)與目標(biāo)中心點(diǎn)重合，這是目標(biāo)方位會出現(xiàn)在畫面左下角。通過電子方位線1）按EBL/VRM選擇】鍵選擇一個電子方位線（顯示在屏幕的左下角）o重復(fù)按此鍵一次顯示電子方位線1,電子方位線2,可變距標(biāo)1,可變距標(biāo)2。2）按【EBL/VRM控制】鍵使電子方位線被方向鍵控制。3）使用方向鍵使電子方位線通過目標(biāo)。4）在屏幕左下部分會讀出目標(biāo)的方位。5）要固定方位線，按【EBL/VRM控制】鍵。要消除電

15、子方位線，按住【EBL/VRM控制】鍵3秒鐘。使用電子方位線偏置電子方位線偏置提供兩個功能：預(yù)測雷達(dá)目標(biāo)碰撞和測量兩個目標(biāo)之間的距離和方位。2、實(shí)驗(yàn)方法與操作(1)將雷達(dá)放置于開闊地面，開機(jī)啟動。(2)顯示“待機(jī)”字樣時，按下【發(fā)射】鍵發(fā)射，這時一些目標(biāo)的回波會出現(xiàn)在顯示屏上。(3)通過旋鈕適當(dāng)調(diào)節(jié)雨雪抑制、海浪抑制和增益，使得顯示屏上的一些目標(biāo)清晰可見。(4)按方向鍵移動游標(biāo)使游標(biāo)的十字交叉點(diǎn)與待測目標(biāo)距中心點(diǎn)最近的位置重合，這時目標(biāo)到測試點(diǎn)的距離和方位信息會顯示在屏幕的下方。(5)讀取這些值并做記錄。(6)重復(fù)上面的步驟，測量另一個不同方位不同距離的目標(biāo)，通過方向鍵移動游標(biāo)來測量另外兩個目標(biāo)的距離方位信息。(7)測量完畢，再次