雷達(dá)原理及測(cè)試方法

1、雷達(dá)原理及測(cè)試方案1雷達(dá)組成和測(cè)量原理雷達(dá)(Radar)是RadioDetectionandRanging的縮寫，原意“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”即用無(wú)線電方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們?cè)诳臻g的位置?，F(xiàn)代雷達(dá)的任務(wù)不僅是測(cè)量目標(biāo)的距離、方位和仰角，而且還包括測(cè)量目標(biāo)速度，以及從目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息。1.1雷達(dá)組成圖1雷達(dá)簡(jiǎn)單組成框圖圖2雷達(dá)主要組成框圖雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理和顯示設(shè)備組成，基本組成框圖如圖1所示。通常雷達(dá)工作頻率范圍為2MHz35GHz,其中超視距雷達(dá)工作頻率為2一30MHz,工作頻率為100一1000MHz范圍一般為遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)，工作頻率為1_4GHz范圍一般為

2、中程雷達(dá)，工作頻率在4GHz以上一般為近程雷達(dá)。老式雷達(dá)發(fā)射波形簡(jiǎn)單，通常為脈沖寬度為t、重復(fù)頻率為T的高頻脈沖串。天線采T用機(jī)械天線，接收信號(hào)處理非常簡(jiǎn)單。這種雷達(dá)存在的問(wèn)題是抗干擾能力非常差，無(wú)法在復(fù)雜環(huán)境下使用。由于航空、航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等采用雷達(dá)作為探測(cè)和控制手段，對(duì)雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨力及多目標(biāo)測(cè)量要求，新一代雷達(dá)對(duì)雷達(dá)原有技術(shù)作了相當(dāng)大的改進(jìn)，其中頻率捷變和線性相位信號(hào)、采用編碼擴(kuò)頻的低截獲概率雷達(dá)技術(shù)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)顯示和脈沖多普勒技術(shù)是非常重要的新技術(shù)。表1雷達(dá)頻率分段波段名稱頻率分配雷達(dá)頻段HF230超視距雷達(dá)VHF/UHF100一10

3、00MHz420450MHz890940MHz遠(yuǎn)程雷達(dá)L廠2GHz1.2151.4GHz中程雷達(dá)S2一4GHz2.32.5GHz2.73.7GHz中/近程雷達(dá)C4一8GHz5.255.925GHz近程雷達(dá)X8一12GHz13.414GHz15.717.7GHz近程雷達(dá)Ku1218GHz13.414GHz15.717.7GHzK1827GHz24.0524.25GHzKa2740GHz33.436GHz1.2雷達(dá)測(cè)量原理1)目標(biāo)斜距的測(cè)量圖3雷達(dá)接收時(shí)域波形在雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試中需要測(cè)試?yán)走_(dá)到目標(biāo)的距離和目標(biāo)速度，雷達(dá)到目標(biāo)的距離是由電磁波從發(fā)射到接收所需的時(shí)間來(lái)確定，雷達(dá)接收波形參見(jiàn)圖3，雷達(dá)到達(dá)目

4、標(biāo)的距離R為：R=0.5xcxt式（2）r式中c=3x108m/s,t為來(lái)回傳播時(shí)間r2）目標(biāo)角位置的測(cè)量目標(biāo)角指方位角或仰角，這兩個(gè)角位置基本上是利用天線的方向性來(lái)實(shí)現(xiàn)。雷達(dá)天線將電磁能匯集在窄波束內(nèi)，當(dāng)天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，回波信號(hào)最強(qiáng)?；夭ǖ慕俏恢眠€可以用測(cè)量?jī)蓚€(gè)分離接收天線收到信號(hào)的相位差來(lái)決定。3）相對(duì)速度的測(cè)量圖4多普勒雷達(dá)回波信號(hào)頻譜由于多普勒效應(yīng)，從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射回來(lái)的回波信號(hào)頻率與發(fā)射信號(hào)頻率相比，增加了個(gè)多普勒頻率偏移成分，圖4是多普勒雷達(dá)回波信號(hào)頻譜。測(cè)量回波信號(hào)的多普勒頻移,可得到目標(biāo)速度信息V:rV=0.5xf/A式（3）rd式中為f為多普勒頻移，久為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)。目標(biāo)面對(duì)雷

5、達(dá)飛行，多普勒頻率為正，d當(dāng)目標(biāo)背向雷達(dá)飛行，多普勒頻率為負(fù)。UHF頻段f為多普勒頻移在10Hz100Hz范圍，HF頻段多普勒頻移1Hz_10Hz，我們d可以估算UHF頻段多普勒雷達(dá)頻率準(zhǔn)確度約在10-8_10-9,HF頻段多普勒雷達(dá)頻率準(zhǔn)確度約在10-7_10-8，此時(shí)AWG需要外接標(biāo)頻。4）目標(biāo)尺寸和形狀當(dāng)雷達(dá)測(cè)量具有足夠高的分辨率，可以提供目標(biāo)尺寸的測(cè)量。當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以利用多普勒效應(yīng)切向距維的分辨率。此外，比較目標(biāo)對(duì)不同極化波的散射場(chǎng)，可以提供目標(biāo)形狀不對(duì)稱性的量度。復(fù)雜目標(biāo)的回波振幅隨時(shí)間會(huì)變化，1.3雷達(dá)探測(cè)能力基本雷達(dá)方程雷達(dá)能在多遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，由雷達(dá)方程來(lái)回答

6、。雷達(dá)方程將雷達(dá)作用距離和雷達(dá)發(fā)射、接收、天線和環(huán)境等因素連續(xù)起來(lái)。雷達(dá)能探測(cè)最遠(yuǎn)距離R如下：maxR=（PGA/（16n2S）1/4maxtemin式中P為發(fā)射機(jī)功率，G為天線增益，A為天線有效接收面積，為雷達(dá)回波功率截te面積，S為雷達(dá)最小可探測(cè)信號(hào)。min雷達(dá)方程可以正確反映雷達(dá)各參數(shù)對(duì)其檢測(cè)能力影響的程度，不能充分反映實(shí)際雷達(dá)的性能。因?yàn)樵S多影響作用距離的環(huán)境和實(shí)際因素在方程中沒(méi)有包括。1.4雷達(dá)分類軍用雷達(dá)主要分類：雷達(dá)種類特點(diǎn)應(yīng)用預(yù)警雷達(dá)（超遠(yuǎn)程雷達(dá)）數(shù)千公里，精度不高發(fā)現(xiàn)洲際導(dǎo)彈和戰(zhàn)略轟炸機(jī)搜索和警戒雷達(dá)600km以上，精度不高搜索飛機(jī)引導(dǎo)指揮雷達(dá)（機(jī)場(chǎng)調(diào)度、監(jiān)視雷達(dá)）多批次目標(biāo)

7、檢測(cè)，目標(biāo)三坐標(biāo)，目標(biāo)精度要求較高對(duì)殲擊機(jī)引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)，火控雷達(dá)幾十公里，精度很高控制火炮（地空導(dǎo)彈）對(duì)空瞄準(zhǔn)制導(dǎo)雷達(dá)精度較高、多批次目標(biāo)跟蹤測(cè)量飛機(jī)或?qū)椷\(yùn)動(dòng)軌跡，控制導(dǎo)彈攻擊戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)發(fā)現(xiàn)坦克、車輛、人等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)機(jī)載截?fù)衾走_(dá)精度高測(cè)量和攻擊敵機(jī)機(jī)載護(hù)尾雷達(dá)精度低發(fā)現(xiàn)尾部有無(wú)敵機(jī)機(jī)載導(dǎo)航雷達(dá)精度較高顯示地面圖象，用于全天候?qū)Ш綗o(wú)線電高度儀連續(xù)波調(diào)頻雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)離開地面或海面距離2雷達(dá)新技術(shù)由于航空、航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等采用雷達(dá)作為探測(cè)和控制手段，對(duì)雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨力及多目標(biāo)測(cè)量要求，新一代雷達(dá)對(duì)雷達(dá)原有技術(shù)作了相當(dāng)大的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在：a）

8、鎖相技術(shù)和高穩(wěn)定振蕩器；b）頻率捷變和線性相位；c）采用編碼擴(kuò)頻的低截獲概率雷達(dá)技術(shù)；d）動(dòng)態(tài)目標(biāo)顯示和脈沖多普勒技術(shù)；e）電掃描與相控陣；f）數(shù)字信號(hào)處理與高速信號(hào)處理芯片；g）超高速集成電路與專用集成電路。般雷達(dá)測(cè)試除進(jìn)行頻率、功率、相位噪聲、噪聲系數(shù)等常規(guī)測(cè)試外，但是這樣測(cè)試都只是在較低層次上進(jìn)行射頻、微波部件測(cè)試，同時(shí)提供測(cè)試用雷達(dá)信號(hào)形式非常簡(jiǎn)單，不能滿足復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)測(cè)試需求。更為重要的是，雷達(dá)在實(shí)際工作過(guò)程中接收到的信號(hào)并不是純凈的發(fā)射回波，它包含各種雜波和多普勒效應(yīng)，特別是在地形復(fù)雜或海面各種時(shí)，接收機(jī)接收到的雜波比需要探測(cè)的物體回波大的多，而這切目前沒(méi)有通用測(cè)量設(shè)備來(lái)生成雷達(dá)接

9、收機(jī)所接收到的實(shí)際波形。因此各個(gè)雷達(dá)研制單位投入大量人力、物力研制各種雷達(dá)模擬器，但這些模擬器往往受各種設(shè)計(jì)因素影響，只是實(shí)際雷達(dá)波形的簡(jiǎn)化，并只考慮到典型的應(yīng)用，對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境無(wú)法模擬。這樣無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)研制和使用過(guò)程中問(wèn)題和隱患。因此我們需要尋找一種新的手段模擬實(shí)際環(huán)境下的雷達(dá)信號(hào)，Tektronix的AWG、WCA、TDS8000、TLA是解決這問(wèn)題的有利工具。3雷達(dá)主要指標(biāo)3.1雷達(dá)主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)1）觀察空域2）觀察時(shí)間與數(shù)據(jù)率3）測(cè)量精度4）分辨率5）抗干擾能力6）觀察與跟蹤的目標(biāo)數(shù)7）數(shù)據(jù)的錄取與傳輸能力8）工作可靠性與可維修性9）工作環(huán)境條件10）抗核爆炸和抗轟炸能力11）

10、機(jī)動(dòng)性能3.2雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)1）天饋線性能2）雷達(dá)信號(hào)形式3）發(fā)射機(jī)性能4）接收機(jī)性能5）測(cè)角方程6）雷達(dá)信號(hào)處理7）雷達(dá)數(shù)據(jù)處理能力3.3雷達(dá)發(fā)射機(jī)主要指標(biāo)1）工作頻率2）輸出功率3）發(fā)射機(jī)效率4）信號(hào)穩(wěn)定度或頻譜純度3.4雷達(dá)接收機(jī)主要指標(biāo)1）靈敏度2）工作頻帶寬度3）動(dòng)態(tài)范圍4）中頻的選擇和濾波特性5）工作穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性6）抗干擾能力4雷達(dá)的信號(hào)形式按雷達(dá)信號(hào)脈沖形式可分為連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)，絕大多數(shù)雷達(dá)為脈沖雷達(dá)。按不同信號(hào)調(diào)制形式分為脈沖壓縮雷達(dá)、噪聲雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等。按信號(hào)瞬時(shí)帶寬，雷達(dá)可分為窄帶雷達(dá)和寬帶雷達(dá)。雷達(dá)常用信號(hào)形式雷達(dá)信號(hào)時(shí)域波形雷達(dá)信號(hào)頻譜雷達(dá)信號(hào)頻譜

11、不同參數(shù)頻譜典型C波段本振相位噪聲4建議的Tektronix雷達(dá)測(cè)試解決方案4.1TDS8000和TDS7000用于時(shí)域波形脈沖信號(hào)時(shí)域波形FFT分析TDS8000與Agilent86100比較TDS800086100AD采樣分辨率14bit12bit時(shí)間間隔準(zhǔn)確度21ps/d8ps+0.001%20ps/d1ps+1%8ps+0.1%4.2AWG用于信號(hào)模擬（略）4.3WCA用于矢量分析WCA380與Agilent89610WCA330/38089600系列通道/頻段多通道（RF、I/Q、基帶）WCA330:DC-3GHzWCA380:DC-8GHz89641A:DC6GHz單通道89640A:DC2.7GHz單通道89610A:DC40MHz單通道（可選雙通道）AD采樣分辨率14bit25.6Msps12bit40.96*2Msps12bit100或95Msps線性調(diào)頻矢量圖CW調(diào)制矢量圖4.