雷達(dá)概述課件

1、雷達(dá)原理與系統(tǒng)成都信息工程學(xué)院電子工程系第1頁，共27頁。1關(guān)于這門課的一些說明總課時(shí)：56學(xué)時(shí)學(xué)分:3.5考試成績:平時(shí)成績,期中考試成績和期終考試成績 分別占10%、10%和80%聯(lián)系方式: e-mail: wxzlh or:QQ:415922710第2頁，共27頁。2關(guān)于如何學(xué)習(xí)這門課首先必須熟悉并掌握：雷達(dá)的基本工作原理、雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成、天氣雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成以及雷達(dá)方程所包含的物理意義。其次對(duì)雷達(dá)各部分的重要配件的結(jié)構(gòu)和作用必須掌握。就氣象行業(yè)的運(yùn)用來講：通常所講的“雷達(dá)”包括“天氣雷達(dá)原理”和“天氣雷達(dá)應(yīng)用”兩個(gè)方面，因此為了將來能盡快地適應(yīng)工作環(huán)境，建議在學(xué)好這門課的同時(shí)對(duì)雷

2、達(dá)氣象學(xué)（張培昌）進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握，同時(shí)盡可能的對(duì)“頻譜分析儀”進(jìn)行了解?！白R(shí)得雷達(dá)真面目，只因我是成信人”。第3頁，共27頁。3第一章雷達(dá)概論第4頁，共27頁。4雷達(dá):通過無線電技術(shù)對(duì)飛機(jī)的探測和定位.Radar:是Radio Detection And Ranging 的縮寫，愿意即是“無線電探測和測距”。隨著各部分參數(shù)性能的提高（如:波束方向性、接收機(jī)靈敏度、發(fā)射機(jī)相參性等），雷達(dá)已經(jīng)成為人類探測不同性質(zhì)目標(biāo)的強(qiáng)大工具.現(xiàn)在的雷達(dá)除了探測和定位飛機(jī)外，在軍事、氣象、交通、航空、遙感遙測、勘探等領(lǐng)域發(fā)揮重大的作用。測定目標(biāo)位置的無線電技術(shù)范疇,稱為“雷達(dá)”?！袄走_(dá)”出現(xiàn)于二次世界大戰(zhàn)中,是名

3、符其實(shí)的“千里眼”。一、雷達(dá)的定義 1. 1 雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展 狹義：利用電磁波受目標(biāo)反射的現(xiàn)象來探測目標(biāo)物體的方向和距離廣義：利用無線電方法來探測目標(biāo)物體的方向和距離第5頁，共27頁。5第6頁，共27頁。6 雷達(dá)以輻射電磁能量并檢測反射體(目標(biāo))反射的回波的方式工作。回波信號(hào)的特性可以提供有關(guān)目標(biāo)的信息。 通過測量輻射能量傳播到目標(biāo)并返回的時(shí)間可得到目標(biāo)的距離。 目標(biāo)的方位通過方向性天線(具有窄波束的天線)測量回波信號(hào)的到達(dá)角來確定。 對(duì)于動(dòng)目標(biāo)，雷達(dá)通過多普勒效應(yīng)探測出運(yùn)動(dòng)的速度并能推導(dǎo)出目標(biāo)的軌跡或航跡，并能預(yù)測它未來的位置。 雷達(dá)可在距離上、角度上或這兩方面都獲得分辨力。 第7頁，共27

4、頁。7二、現(xiàn)代雷達(dá)的定義雷達(dá)是一種主動(dòng)遙感設(shè)備，它利用電磁波的二次輻射、轉(zhuǎn)發(fā)或固有輻射來探測目標(biāo)，并測定目標(biāo)的空間坐標(biāo)、速度、加速度、軌跡、姿態(tài)及某些特征信息的一個(gè)無線電技術(shù)范圍。稱為“雷達(dá)”。“二次輻射”：雷達(dá)發(fā)射電磁波到目標(biāo)后、目標(biāo)產(chǎn)生“二次輻射”，其中一小部分被雷達(dá)天線接收，稱為目標(biāo)回波, 雷達(dá)收到回波便可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)?！稗D(zhuǎn)發(fā)”： 來自應(yīng)答器（Transponder），“識(shí)別器”，后者收到雷達(dá)信號(hào)后發(fā)射經(jīng)過編碼的“應(yīng)答波”被雷達(dá)所接收，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)?！肮逃休椛洹保簛碜跃哂泄逃休椛湓吹哪繕?biāo)（如飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、核爆炸、目標(biāo)上無線電裝置等）雷達(dá)接收目標(biāo)的固有輻射波而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。現(xiàn)代雷達(dá)與電子計(jì)算機(jī)、圖

5、象處理、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等技術(shù)結(jié)合，又具有自動(dòng)信息處理功能及智能化顯示終端，可自動(dòng)、迅速、準(zhǔn)確地完成測量、顯示、控制和管理。第8頁，共27頁。8三、雷達(dá)的發(fā)展18861888年，海因里奇赫茲（Heinrich Hertz）驗(yàn)證了電磁波的產(chǎn)生、接收和目標(biāo)散射這一雷達(dá)基本原理 1、發(fā)展歷史19031904年，克里斯琴赫爾斯邁耶（Christian Hulsmeyer）研制出原始的船用防撞雷達(dá)并獲得專利權(quán)。 第9頁，共27頁。9 1925年，約翰斯霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）的G布賴特（GBreit）和M圖夫（MTuve），通過陰極射線管觀測到了來自電離層的第一

6、個(gè)短脈沖回波。 1935年，由英國人和德國人第一次驗(yàn)證了對(duì)飛機(jī)目標(biāo)的短脈沖測距。 1937年，由羅伯特沃森瓦特（Robert Watson-Watt）設(shè)計(jì)的第一部可使用的雷達(dá)“Chain Home”在英國建成。致此，人類才找到了赫茲原理的基本應(yīng)用。第10頁，共27頁。10 二戰(zhàn)后，雷達(dá)技術(shù)獲得了巨大的發(fā)展。主要原因歸于兩個(gè)非常重要的器件的發(fā)明：T/R（收/發(fā)）開關(guān)和磁控管。 收發(fā)開關(guān)使雷達(dá)的探測成功地從雙（多）基變成單基雷達(dá)。也就是從收發(fā)分別用一個(gè)天線，到共用一個(gè)天線。大大簡化了雷達(dá)系統(tǒng)。 磁控管的出現(xiàn)使雷達(dá)的探測功率大大提高，從而大大提高了雷達(dá)的探測能力。2、發(fā)展歷史（續(xù)）第11頁，共27頁

7、。113、發(fā)展成熟階段. 20世紀(jì)60年代以來，航空、航天技術(shù)、飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、反洲際彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)等對(duì)雷達(dá)提出了高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨力及多目標(biāo)測量等要求。技術(shù)上：如脈沖壓縮技術(shù)、單脈沖雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)成像、SAR、脈沖多普勒雷達(dá)體制的研制成功使雷達(dá)能測量目標(biāo)的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，并具有良好的抑制地物干擾等的能力；結(jié)構(gòu)工藝上：微波高功率放大管、微波接收機(jī)高頻系統(tǒng)中許多低噪聲器件，如低噪聲行波管工量子放大器、參量放大器、隧道二極管放大器等的應(yīng)用，使雷達(dá)接收機(jī)靈敏度大為提高，增大了雷達(dá)作用距離；同時(shí)，由于雷達(dá)中數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)使用使雷達(dá)結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)發(fā)生根本性的變化

8、。微組裝工藝、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，使雷達(dá)結(jié)構(gòu)更合理，性能更靈活。 雷達(dá)的工作波長，從短波擴(kuò)展至毫米波、紅外線和紫外線領(lǐng)域。在這個(gè)時(shí)期，微波全息雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和超視距雷達(dá)相繼出現(xiàn)。 第12頁，共27頁。12（1）信號(hào)處理技術(shù)得到了很大發(fā)展。（2）移動(dòng)目標(biāo)檢測（MTD）和脈沖多普勒（PD）功能應(yīng)用（3）自動(dòng)檢測和跟蹤系統(tǒng)得到完善。（4）采用復(fù)雜的大時(shí)寬帶寬脈壓信號(hào)（5）高可靠性的固態(tài)功率源，可以組成普通固態(tài)發(fā)射機(jī)或分布 于相控陣?yán)走_(dá)的陣元上組成有源陣。（6）用平面陣列天線代替拋物面天線，陣列天線的基本優(yōu)點(diǎn)是 可以快速和靈活地實(shí)現(xiàn)波束掃描和波束形狀變化，因而有 很好的應(yīng)用前景，例

9、如： 獲得超低副瓣，用于機(jī)載雷達(dá)或抗干擾。 組成自適應(yīng)旁瓣相消系統(tǒng)以抗干擾。 相控陣?yán)走_(dá)。4、雷達(dá)的現(xiàn)狀.第13頁，共27頁。135、雷達(dá)的應(yīng)用軍用預(yù)警雷達(dá)（發(fā)現(xiàn)洲際導(dǎo)彈，盡早地發(fā)出預(yù)警警報(bào)）搜索和警戒雷達(dá)（發(fā)現(xiàn)飛機(jī)）引導(dǎo)指揮雷達(dá)（殲擊機(jī)的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)）火控雷達(dá) （控制火炮或?qū)棇?duì)空中目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)）戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)（坦克或軍車）機(jī)載雷達(dá)、無線電測高儀、雷達(dá)引信。民用氣象雷達(dá)航空管制雷達(dá)（一、二次雷達(dá)）宇宙航行雷達(dá)遙感設(shè)備第14頁，共27頁。14 成像雷達(dá) Imaging radar 地面雷達(dá) Ground radar 岸防雷達(dá) Coastal radar 港口雷達(dá)/海灣雷達(dá)Harbour/bay

10、 radar 高分辨率雷達(dá) High resolution radar 跟蹤雷達(dá) Tracking radar 監(jiān)視雷達(dá) Surveillance radar 交通管制雷達(dá) Traffic control radar 擴(kuò)頻雷達(dá) Spread spectrum radar 航空器雷達(dá) aerostat radar 無收發(fā)裝置雷達(dá) Bistatic Radar 偵察雷達(dá) Reconnaissance radar 辨別雷達(dá) Discrimination radar 目標(biāo)識(shí)別雷達(dá) Target recognition radar 預(yù)警雷達(dá) Early Warning radar6、雷達(dá)的分類第15頁，

11、共27頁。15警戒雷達(dá) Warning radar 回避雷達(dá) Avoidance radar 反潛戰(zhàn)雷達(dá) Anti-Submarine Warfare Radar測距雷達(dá) Ranging radar 海面雷達(dá) Sea Surface radar 遠(yuǎn)程雷達(dá)/近程雷達(dá)Short rang radar/long rang radar 側(cè)視雷達(dá) Side looking radar 多普勒雷達(dá) Doppler radar 合成孔徑雷達(dá) Synthetic aperture radar 地面透視雷達(dá) ground penetrating radar 激光雷達(dá) laser radar 脈沖多普勒雷達(dá) pu

12、lse Doppler radar 地基雷達(dá) ground-based radar 空基雷達(dá) airborne radar 表面波雷達(dá) surface wave radar氣象雷達(dá) Meteorological radar 高頻雷達(dá) HF radar 第16頁，共27頁。167、氣象雷達(dá)的分類按工作原理分類：常規(guī)雷達(dá)（如711、712、713、701、705）、多普勒雷達(dá)（如CINRAD/SA、 CINRAD/SA、 CINRAD/CA CINRAD/CD、714CDN、3830 ）、雙波長雷達(dá)、偏振雷達(dá)（極化雷達(dá)如WSR-98D/XD）、頻率捷變雷達(dá)雙（多）基地雷達(dá)。第17頁，共27頁。17

13、7、氣象雷達(dá)的分類（續(xù)）按用途分類測風(fēng)、測雨雷達(dá)、測風(fēng)雷達(dá)、按體制分類脈沖雷達(dá)調(diào)頻雷達(dá)多普勒雷達(dá)噪聲雷達(dá)。脈沖壓縮雷達(dá)特種氣象雷達(dá)第18頁，共27頁。188、氣象雷達(dá)的特點(diǎn)氣象雷達(dá)是雷達(dá)家族中的一個(gè)重要成員，它所探測的對(duì)象 是 覆蓋整個(gè)地球的大氣。幾乎不受季節(jié)、晝夜和天氣條件的影響，能全天時(shí)、全天候工 作。采用大功率發(fā)射機(jī)、高增益天線、高靈敏接收機(jī)可大大增加 雷 達(dá)威力，探測數(shù)千千米以外的目標(biāo)。現(xiàn)代機(jī)電一體化和數(shù)據(jù)處理技術(shù)可使雷達(dá)測定目標(biāo)的坐標(biāo)精 度很高，能夠自動(dòng)搜索和跟蹤目標(biāo)。與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合可以同時(shí)探測多個(gè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“合成孔”天 線可以從空中拍攝地面目標(biāo)的圖像(與光學(xué)探測比，不受能 見度影

14、響)。第19頁，共27頁。199、氣象雷達(dá)發(fā)展的大致概況20世紀(jì)40年代：萌芽階段，主要觀測回波的形狀、移動(dòng)速度、描述回波的形成發(fā)展。20世紀(jì)50-60年代：定量分析階段，這一階段也是常規(guī)雷達(dá)的發(fā)展時(shí)期，主要用來分析回波的降水強(qiáng)度和雷達(dá)反射率之間的定量關(guān)系。20世紀(jì)70-80年代：雷達(dá)的數(shù)字化發(fā)展時(shí)期，將數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)大量的應(yīng)用氣象雷達(dá)。20世紀(jì)80年代后：新一代天氣雷達(dá)的發(fā)展時(shí)期，多普勒雷達(dá)、雙波長雷達(dá)、偏振雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)等一大批新型雷達(dá)被用于氣象探測。第20頁，共27頁。20我國天氣雷達(dá)發(fā)展大體上經(jīng)歷了從模擬天氣雷達(dá)、數(shù)字化天氣雷達(dá)到多普勒天氣雷達(dá)的三個(gè)發(fā)展階段。未來:雙極化、相控

15、陣、多基地雷達(dá)第21頁，共27頁。2110、我國新一代天氣雷達(dá)的布網(wǎng)狀況第22頁，共27頁。22第23頁，共27頁。2311、我國國產(chǎn)的常規(guī)天氣雷達(dá)701測風(fēng)雷達(dá)國產(chǎn)測風(fēng)雷達(dá) 波長：75CM測角精度：0.150.2度探測高空MAX 30KM測距精度：80M天線結(jié)構(gòu)： 陣列式八木天線應(yīng)用要求：配套氣象探空球及信號(hào)應(yīng)答器跟蹤風(fēng)其他：帶有溫度、濕度和壓力傳感器第24頁，共27頁。24711測雨雷達(dá)國產(chǎn)小型測雨雷達(dá) 波長：3.2CM 天線直徑：1.5M 天線增益38DB探測高度 ：50KM150KM脈沖功率： 75KW 脈沖重復(fù)頻率 ：400Hz天線結(jié)構(gòu) 平面拋物面天線 （圓面和拋物帶面）其他：配備有PPI（平面位置顯示）和RHI（距離高度顯示） 合用的顯示器和A/R顯示器全國配備了300余臺(tái)應(yīng)用場地： 天氣雷達(dá)站、航空港、海港、鹽場、高邊防?？梢杂糜诰值靥鞖鈾z測和人工降水防雹等。第25頁，共27頁。25713測雨雷達(dá)國產(chǎn)最常用天氣雷達(dá) 波長：5.6CM天線直徑 ： 3.7M （柵網(wǎng)拋物圓面）脈沖功率 ：250KW 脈沖重復(fù)頻率 ：200Hz天線增益MAX 38DB最大測量距離： 400KM其他：除配備712雷達(dá)相同的 設(shè)備，還配備了視頻信號(hào)處理器可以對(duì)降水進(jìn)行準(zhǔn)確的測量全國大約120部主要