第五章雷達作用距離修改詳解演示文稿

第五章雷達作用距離修改詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期四優(yōu)選第五章雷達作用距離修改現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期四雷達收到功率：Ar：雷達天線接收面積rr雷達接收到的回波功率反比于目標與雷達站間距離R的四次方收發(fā)不同天線時收發(fā)同天線時現(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期四收發(fā)不同天線時，最大作用距離收發(fā)同天線時，最大作用距離雷達實際作用距離受目標后向散射截面積σ、Simin、噪聲和其他干擾的影響，具有不確定性，服從統(tǒng)計學規(guī)律。當接收功率為接收機最小檢測功率Simin時，可得：現(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期四Rmax

∝1/λ2Rmax∝λ2天線面積不變時，波長λ增加天線增益下降，Rmax下降；天線增益不變時，波長λ增加要求天線面積增加，天線有效面積增加→Rmax增加?，F(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期四總結(jié)：雷達方程雖然給出了作用距離和各參數(shù)間的定量關(guān)系，但由于未考慮設(shè)備的實際損耗和環(huán)境因素，且目標有效反射面積σ和最小可檢測信號Simin不能準確預(yù)定，因此僅用來作估算的公式，考察各參數(shù)對作用距離的影響。雷達在噪聲和其他干擾背景下檢測目標，同時，復(fù)雜目標的回波信號本身存在起伏，因此，接收機輸出的是一個隨機量。雷達作用距離也不是一個確定值而是統(tǒng)計量，通常只在概率意義上講，當虛警概率（如10-6）和發(fā)現(xiàn)概率（如90%）給定時的作用距離是多大?，F(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.1.2目標的雷達截面積目標的雷達截面積定義：實際測量：返回接收機每單位立體角內(nèi)的回波功率在遠場條件（平面波照射的條件）下，目標處每單位入射功率密度在接收機處的單位立體角內(nèi)產(chǎn)生的反射功率乘以4π現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期四習題設(shè)目標距離為R0

，當標準金屬圓球（截面積為σ）置于目標方向離雷達R0/2處時，目標回波的平均強度正好與金屬球的回波強度相同，試求目標的雷達橫截面積。現(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期四第二節(jié)最小可檢測信號如果沒有噪聲，任何微弱的信號都能經(jīng)任意放大后被檢測到。但雷達接收機的輸出端，回波信號總是和噪聲及其他干擾混雜在一起，信號放大的同時噪聲也被放大，因此，噪聲是限制微弱信號檢測的基本因素，雷達檢測能力實質(zhì)上取決于信噪比?，F(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期四信噪比表示的雷達方程§5.2.1最小可檢測信噪比匹配接收機檢波器檢波后積累檢測裝置檢測門限SiminKT0BnFnD0i由可得，min則識別系數(shù)M作用距離靈敏度現(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期四在接收機匹配濾波器輸出端（檢波器輸入端）測量的信號噪聲功率比值。表示檢測目標信號所需的最小輸出信噪比稱為D0靈敏度min檢測因子D0表示的雷達方程帶寬校正因子雷達各部分損耗引入的損失系數(shù)現(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.2.2門限檢測信號是否超出門限判斷目標有無的四種情況發(fā)現(xiàn)：存在目標，判為目標－－－－－－－Pd漏報：存在目標，判為無目標－－－－－－Pla正確不發(fā)現(xiàn)：不存在目標，判為無目標－－Pan虛警：不存在目標，判為目標－－－－－－Pfa顯然Pd＋Pla＝1，Pan＋Pfa＝1現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期四檢測準則門限檢測采用奈曼-皮爾遜準則。該準則要求在給定的信噪比條件下，在滿足一定的虛警概率時的發(fā)現(xiàn)概率最大，或者漏警概率最小。降低門限的缺點：只要有噪聲存在，其尖峰超過門限電平的概率增加，虛警相應(yīng)增加。現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期四接收檢測系統(tǒng)方框圖在中頻部分對單個脈沖信號進行匹配濾波目的：提高輸出信噪比檢出信號包絡(luò)對檢波后的n個脈沖進行加權(quán)積累將積累輸出與某一門限電壓比較匹配接收機檢波器檢波后積累檢測裝置檢測門限SiminKT0BnFnD0i輸出包絡(luò)超過門限，認為目標存在現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.2.2檢測性能和信噪比由：Pd＋Pla＝1，Pan＋Pfa＝1雷達信號的檢測性能由其發(fā)現(xiàn)概率Pd和虛警概率Pfa定義現(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期四虛警概率Pfa接收機中放上的噪聲通常是寬帶高斯噪聲，其概率密度函數(shù)：高斯噪聲通過窄帶中頻濾波器（帶寬<<噪聲中心頻率）后加到包絡(luò)檢波器，輸出噪聲電壓包絡(luò)振幅的概率密度函數(shù)：設(shè)置門限電平VT，則Pfa（噪聲包絡(luò)超過門限的面積）即虛警概率：當噪聲分布函數(shù)一定時，虛警大小完全取決于門限現(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期四虛警大小的其他表示方法虛警總數(shù)：虛警時間：虛假回波（噪聲超過門限）之間的平均間隔現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期四發(fā)現(xiàn)概率Pd振幅為A的正弦信號同高斯噪聲一起輸入到中頻濾波器設(shè)信號的頻率是中頻濾波器的中心頻率fIF，則包絡(luò)檢波器的輸出包絡(luò)的概率密度函數(shù)為：設(shè)置門限電平VT，發(fā)現(xiàn)概率Pd（r超過門限的概率）為：式中現(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期四以信噪比為變量，虛警概率為參變量，作圖結(jié)論：門限電平VT一定時，發(fā)現(xiàn)概率Pd隨信噪比增大而增大信噪比一定時，虛警概率Pfa越?。╒T越高），Pd越小由：可知：虛警概率Pfa一定，門限電平VT隨之確定現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期四例：設(shè)要求虛警時間為100s，中頻帶寬為1MHz，求50％和90％發(fā)現(xiàn)概率所需的最小信噪比。解：由可得Pfa＝10－8由圖5.7可得50%90%現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期四習題某雷達要求虛警時間為2小時，接收機帶寬為1MHz，求虛警概率。若要求虛警時間大于10小時，問門限電平VT/σ應(yīng)取多少？現(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期四恒虛警虛警概率一定時，發(fā)現(xiàn)概率Pd才隨信噪比的增加而增加，因此檢測系統(tǒng)要求虛警保持一個恒定的值；但隨著噪聲電壓的變化，其包絡(luò)振幅的概率密度可能會發(fā)生變化，導(dǎo)致一定門限值的虛警概率Pfa發(fā)生變化，從而使得在給定信噪比下得不到所需的發(fā)現(xiàn)概率。所以，噪聲電平變化時，系統(tǒng)門限電平應(yīng)相應(yīng)變化以獲得恒虛警?，F(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期四第三節(jié)積累對作用距離的改善積累的作用：增加信號功率，提高檢測性能積累的方法：相干積累，非相干積累相干積累非相干積累在檢波前完成，亦稱檢波前積累或中頻積累，相干積累要求信號間有嚴格的相位關(guān)系，即信號是相干的。M個脈沖的中頻理想積累可使信噪比提高為原來的M倍M個脈沖的視頻理想積累對信噪比的改善為原來的

M～M倍之間現(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.3.1積累效果相干積累1非相干積累原因：信號功率增大M2

倍，噪聲功率增大M倍積累效率1,現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期四積累對作用距離的改善結(jié)論：由于積累降低了達到規(guī)定檢測能力時對單個輸入脈沖信噪比的要求，因此客觀上提高了雷達的作用距離現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期四習題某雷達波長，最小可檢測信號，已知探測目標的有效反射面積；①求雷達的最大作用距離。②若該雷達為相干脈沖體制雷達，其他條件不變時，10個等幅相參中頻脈沖信號進行相參積累，如果作用距離要求不變，發(fā)射功率Pt可以降低為多少？現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期四由于M個等幅相參中頻脈沖可以提高輸出信噪比M倍，則達到原來要求的作用距離只需原來發(fā)射功率的1/M?，F(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.3.2脈沖積累數(shù)的確定搜索雷達跟蹤雷達

n=10天線方位掃描速度半功率天線方位波束寬度目標的仰角脈沖重復(fù)頻率展寬現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期四第四節(jié)目標截面積及其起伏特性隱身飛機的特點就是顯著地減小了RCS。目前隱身飛機對微波雷達的RCS減小了20dB~30dB目前主要的隱身方法:(1)外形結(jié)構(gòu);(2)吸波涂料;(3)無源對消;(4)有源對消目標的雷達截面積返回接收機每單位立體角內(nèi)的回波功率隱身技術(shù)現(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期四目標的起伏模型工程計算中把目標截面積視為常量，當觀察運動目標時，對視角變化引起截面積大小變化，稱為目標截面積起伏。Swerling起伏模型SwerlingI型：慢起伏，瑞利分布SwerlingII型：快起伏，瑞利分布SwerlingIII型：慢起伏SwerlingIV型：快起伏現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期四第五節(jié)系統(tǒng)損耗實際工作的雷達系統(tǒng)總是有各種損耗的，這些損耗將降低雷達的實際作用距離，因此，在雷達中引入損耗這一修正量，用L表示。加在雷達方程的分母中，L是大于1的值，用正分貝表示。雷達各部分損耗引入的損失系數(shù)現(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期四影響系統(tǒng)損耗的原因射頻傳輸損耗天線波束形狀損失疊加損失設(shè)備不完善的損失其它損失傳輸線采用波導(dǎo)，總損耗為3.5dB。通常，工作波長越短，損耗越大。通常，扇形波束掃描的形狀損失為1.6dB，當二維掃描時取3.2dB通常為1dB。現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期四第六節(jié)傳播過程中各種因素的影響電波在大氣層傳播時的衰減；由大氣層引起的電波折射；由地面（海面）反射波和直接波的干涉效應(yīng)，使天線方向圖分裂成波瓣狀。現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.6.1大氣傳播影響大氣衰減傳播影響主要包括大氣傳播衰減和折射現(xiàn)象影響兩方面當工作頻率低于1GHz（L波段）時，大氣衰減可忽略；當工作波長短于10cm（工作頻率高于3GHz）時必須考慮；當工作頻率高于10GHz后，頻率越高，大氣衰減越嚴重；毫米波段工作時，大氣衰減十分嚴重；隨著高度的增加，大氣衰減減小。工作頻率升高，衰減增大；探測時仰角越大，衰減越小惡劣氣候條件下大氣中的雨霧對電磁波也會有衰減作用圖5.19現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期四大氣折射和雷達直視距離改變雷達的測量距離，產(chǎn)生測距誤差；引起仰角測量誤差原因：大氣成分隨時間、地點而改變，且不同高度的空氣的密度也不相同，大氣密度隨高度變化的結(jié)果使折射系數(shù)對高度增加而減小。因此電磁波在正常大氣下的傳播折射常使電波射線向下彎曲。現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期四雷達直視距離的計算與大氣折射系數(shù)n隨高度的變化率有關(guān)。P159現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期四習題假定要設(shè)計一部低空目標探測雷達，將雷達安裝在海拔1000米的山頂上，目標飛行高度100米，則該雷達的作用距離選取多少為宜？現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期四§5.6.1地面或水面反射對作用距離的影響由于地面反射的影響，使雷達作用距離隨目標的仰角呈周期性變化，地面反射的結(jié)果使天線方向圖產(chǎn)生花瓣狀?，F(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期四第七節(jié)雷達方程的幾種形式§5.7.1二次雷達方程二次雷達目標上裝有應(yīng)答機（或信標），當應(yīng)答機收到雷達信號后，發(fā)射一個應(yīng)答信號，雷達接收機根據(jù)所收到的應(yīng)答信號對目標進行檢測和識別。合作目標現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期四距離R處任一點的雷達發(fā)射信號功率密度：考慮到定向天線增益Gt：目標上應(yīng)答機天線的有效面積為Ar’，則其接收的功率為：t引入關(guān)系式，可得：應(yīng)答機上接收功率為：現(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期四當接收功率等于應(yīng)答機最小可檢測信號功率，即時，可得雷達最大作用距離：同理，雷達接收功率等于最小可檢測信號功率，即時