雷達原理第6版丁鷺飛課后參考答案

第1章緒論1、目標在空間、陸地或海面上的位置可以用多種坐標系來表示，最常見的是哪個坐標系?最常見的是笛卡兒坐標系(也稱直角坐標系)，即空間任一點目標P的位置可用x、y、三個標值來決定。在雷達應用中，測定目標坐標常采用極(球)坐標系，空間任一目標P所在位置可用三個坐標值確定，即目標的斜距、方位角、俯仰角。2、雷達方程的作用是什么？雷達究竟能在多遠的距離發(fā)現(xiàn)(檢測到)目標，這要由雷達方程來確定。雷達方程將雷達的作用距離和雷達發(fā)射、接收、天線和環(huán)境等因素聯(lián)系起來，因此它不僅可以用來決定雷達檢測某類目標的最大作用距離，也可以作為設計雷達的一種工具。3、雷達的組成要素是什么?（1）雷達發(fā)射機。發(fā)射機現(xiàn)有兩種類型：一種是直接振蕩式(如磁控管振蕩器)，它在脈沖調制器控制下產(chǎn)生的高頻脈沖功率被直接饋送到天線；另一種是功率放大式(主振放大式)，它是由高穩(wěn)定度的頻率源(頻率綜合器)作為頻率基準，在低功率電平上形成所需波形的高頻脈沖串作為激勵信號，在發(fā)射機中予以放大并驅動末級功放而獲得大的脈沖功率來饋給天線的。（2）雷達天線。脈沖雷達天線一般具有很強的方向性，以便集中輻射能量來獲得較大的觀測距離，天線的方向性越強，天線波寬度越窄，雷達測向的精度和分辨力就越高。（3）雷達接收機。接收機多為超外差式，由高頻放大(簡稱高放，有些雷達接收機不用高放)、混頻、中頻放大(簡稱中放)、檢波、視頻放大等電路組成。（4）雷達信號處理機。信號處理的目的是消除不需要的信號(如雜波)及干擾而通過或加強由目標產(chǎn)生的回波信號。信號處理是在做出檢測判決之前完成的，它通常包括動目標顯示(MTI)和脈沖多普勒(PD)雷達中的多普勒濾波器，有時也包括復雜信號的脈沖壓縮處理。（5）雷達終端設備。通常情況下，接收機中放輸出后經(jīng)檢波器取出脈沖調制波形，由視頻放大器放大后送到終端設備。最簡單的終端是顯示器。例如，在平面位置顯示器(PPI)上可根據(jù)目標亮弧的位置，測讀目標的距離和方位角這兩個坐標值。4、雷達的戰(zhàn)術指標包括哪些?（1）雷達的用途。例如，軍用、民用;搜索警戒、跟蹤等。（2）雷達的威力范圍。一般由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍決定。（3）分辨力。也稱分辨力，是雷達區(qū)分兩個點目標的能力。包括距離分辨力、角分辨力及速度分辨力。（4）數(shù)據(jù)率。數(shù)據(jù)率表征搜索雷達和三坐標雷達的工作速度。（5）跟蹤速度。指自動跟蹤雷達連續(xù)跟蹤運動目標的最大可能速度。（6）抗干擾能力。雷達通常在各種自然擾和人為干擾的條件下工作，軍事使用時主要是敵方施方的干擾。（7）雷達測定日標坐標的數(shù)目和精確度。（8）抗摧毀能力。（9）積和質量。第二章雷達發(fā)射機1、雷達發(fā)射機的任務是?雷達發(fā)射機的任務是為雷達系統(tǒng)提供一種滿足特定要求的大功率射頻發(fā)射信號，經(jīng)過饋線和收發(fā)開關并由天線輻射到空間。雷達發(fā)射機通常分為脈沖調制發(fā)射機和連續(xù)波發(fā)射機。應用最多的是脈沖調制發(fā)射機，脈沖調制雷達發(fā)射機通常又分為單級振蕩式發(fā)射機和主振放大式發(fā)射機兩類。2、主振放大式發(fā)射機由什么組成?主要由射頻放大鏈、脈沖調制器固態(tài)頻率源及高壓電源等組成。射頻放大鏈是主振放大式發(fā)射的核心部分，它主要由前級放大器、中間射頻功率放大器和輸出射頻功率放大器組成。前級放大器一般采用微波硅雙極功率晶體管；中間射頻放大器和輸出射頻功率放大器可采用高功率增益速調管放大器、高增益行波管放大器或高增益前向波管放大器等，或者根據(jù)功率、帶寬和應用條件將它們適當組合構成。3、簡述現(xiàn)代雷達對發(fā)射機的主要要求。（1）發(fā)射相位全相參信號；（2）具有很高的頻率穩(wěn)定度；（3）能產(chǎn)生復雜信號波形；（4）適用寬帶頻率捷變雷達；（5）全固態(tài)有源相控陣發(fā)射機。4、典型的雷達發(fā)射機有哪些?采用電真空器件的典型雷達發(fā)射機:自激(單級)振蕩式發(fā)射機，高功率速調管發(fā)射機;寬帶高增益行波管發(fā)射機;寬帶大功率行波管-前向波管發(fā)射機。（1）自激(單級)振蕩式發(fā)射機。早期的常規(guī)脈沖雷達對發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度沒有嚴格要求，一般都選擇簡單的自激振蕩式發(fā)射機。（2）高功率速調管發(fā)射機。高功率速調管發(fā)射機的典型組成對于大型地面固定雷達，如遠程預警雷達精密跟蹤雷達，要求發(fā)射機的輸出功率高、瞬時帶寬較窄，脈沖寬度和重復頻率變化不大，應首選高功率速調管發(fā)射機。（3）用于機載雷達的寬帶高增益行波管發(fā)射機。機載雷達發(fā)射機目前大多工作在X波段，也有機載全相參雷達工作在K段的。（4）寬帶大功率行波管-前向波管發(fā)射機。對于寬頻帶大功率發(fā)射機，一般采用行波管放大器推動前向波管放大的多級放大鏈。第三章雷達接收機1、什么是中頻放大器？混頻器將射頻信號變換成中頻信號，中頻放大器的成本比射頻放大器低，它的增益高、穩(wěn)定性好，而且容易實現(xiàn)信號的匹配濾波。對于不同頻率和不同頻帶的接收機，都可以通過變換本振頻率，形成固定中頻和帶寬的中頻信號。為了適應接收機在寬帶工作，如迅速發(fā)展的成像雷達技術，需要使用更高的中頻、較寬的中頻帶寬和二次變頻工作方式，選擇性和匹配濾波器性能則需要正確選擇第一中頻和第二中頻頻率及采用濾波方法來實現(xiàn)。2、簡述重達接收機的主要質量指標。重達接收機的主要質量指標包括：靈敏度和噪音系數(shù)、接收機的工作頻帶寬度和濾波特性、動態(tài)范圍和增益、頻率源的頻率穩(wěn)定性和頻譜純度、幅度和相位的穩(wěn)定性、正交鑒相器的正交度、A/D變換器的技術參數(shù)、抗干擾能力、頻率源和發(fā)射激勵性能、微電子化、模塊化和系列化。3、接收機的噪音有哪些？雷達接收機噪聲的來源主要分為兩種，即內(nèi)部噪聲和外部噪聲。內(nèi)部噪聲主要由接收機中的饋線放電保護器、高頻放大器或混頻器等產(chǎn)生。接收機內(nèi)部噪聲在時間上是連續(xù)的，而振幅和相位是隨機的通常稱為“起伏噪聲”，或簡稱為噪聲。外部噪聲是由雷達天線進入接收機的各種人為干擾、天電干擾、工業(yè)干擾、宇宙干擾和天線熱噪聲等，其中以天線熱噪聲影響最大，天線熱噪聲也是一種起伏噪聲。4、簡單說明AFC的搜索狀態(tài)。它有兩種狀態(tài)——頻率搜索和頻率跟蹤狀態(tài)，并能由停振器自動控制其轉換。當停振器輸入電壓的幅度不夠大或極性不對時，使鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生周期性鋸齒波電壓鋸齒波電壓經(jīng)放大后，加到本機振蕩器的電壓控制端，進行頻率搜索，只有當停振器輸入電壓大于某一正值時才使鋸齒波發(fā)生器停振，這時停振器轉為直流放大器，AFC系統(tǒng)轉為頻率跟蹤狀態(tài)。對于具有AFC系統(tǒng)的雷達來講，剛開機時AFC一般都處于搏索狀態(tài)，只有搜索到對應的中頻頻率已落入中頻帶寬之內(nèi)時，AFC才轉換為跟蹤狀態(tài)。第四章雷達終端1、雷達顯示信息的方式有哪些?最具代表性和最常用的雷達信息顯示形式為距離顯示(A型、A/R型)、平面位置顯示(P型、B型)、高度顯示(E型)、綜合顯示及多功能顯示等。（1）距離顯示。雷達距離顯示屬于一次信息顯示，為一維顯示方式(距離維度)。其畫面表現(xiàn)方式為，用屏幕上光點距參考點的水平偏移量表示目標的斜距，光點的垂直偏轉幅度表示目標回波的強度。（2）平面位置顯示。平面位置顯示屬于一次信息顯示，為二維顯示方式(距離一方位維)。其畫面表現(xiàn)方式為，用屏幕上光點的位置表示目標的水平面位置坐標，光點的亮度表示目標回波的強度。平面顯示器屬于亮度調制顯示器。（3）高度顯示。高度顯示屬于一次信息顯示，為二維顯示方式(距離——仰角或距離——高度維)。在測高雷達和地形跟蹤雷達中通稱E型顯示。其畫面表現(xiàn)方式為，用平面上光點的橫坐標表示距離，縱坐標表示目標仰角或高度。它與B顯配合，可實現(xiàn)目標的三維顯示。高度顯示主要有E型和RHI型兩種類型。（4）情況顯示。情況顯示主要應用于作戰(zhàn)指揮及航空交通管制，用以顯示雷達站所監(jiān)視空域的情況。其作用是在平面位置顯示器上提供一幅空中態(tài)勢綜合圖像。（5）多功能顯示。多功能顯示是在同一顯示屏幕上分窗口或登加顯示多種雷達信息畫面及雷達工作狀態(tài)指示，或在單個顯示屏幕上以時分的方式顯示不同雷達信息畫面、雷達系統(tǒng)或飛行(航行)平臺的運行狀態(tài)，是光柵掃描顯示器出現(xiàn)之后的產(chǎn)物。2、什么是平面位置顯示器?平面位置顯示器又稱為P型顯示器，它以極坐標的方式表示目標的斜距和方位，其屏幕中心表示雷達所在地，熒光屏上的亮點或亮孤表示目標回波，屬亮度調制。3、數(shù)字式顯示系統(tǒng)的組成及功能是什么?數(shù)字式顯示系統(tǒng)通常由計算機、顯示處理器(可選)、緩沖存儲器、顯示控制器、圖形功能部件及監(jiān)視器等部分構成。(1)計算機：又稱為主機，負責對整個顯示系統(tǒng)進行管理，將輸入數(shù)據(jù)加工為顯示檔案并提供給顯示存儲單元。(2)顯示控制器：用于控制及管理緩沖存儲器及圖形功能單元，以及與主機通信等。(3)緩沖存儲器：用于存儲顯示檔案，自主維持顯示圖形的刷新，當顯示系統(tǒng)與計算機脫機工作時，仍能正常顯示。(4)圖形功能部件(圖形發(fā)生器)：完成字符、符號、矢量等基本顯示圖形的產(chǎn)生等。(5)顯示處理器(僅對智能顯示系統(tǒng))：管理顯示存儲器檔案；對圖形進行變換、處理和運算；對外部設備的信息進行組織和管理；與主機交換信息等。(6)監(jiān)視器：實現(xiàn)圖像和信息的直觀顯示輸出。監(jiān)視器一般為標準的顯示器件，如CRT、LCD等。4、簡述偏心式展開方式。（1）掃描開始時給計數(shù)器提供掃描起點坐標數(shù)據(jù)，其值通常為虛擬屏幕中心點坐標數(shù)據(jù)；（2）掃描進行時給掃描計數(shù)器輸入提高的時鐘頻率，時鐘頻率提高的倍數(shù)為圖像放大的倍率。第五章雷達作用距離1、門限檢測是一種統(tǒng)計檢測，由于信號疊加有噪聲，因而總輸出是一個隨機量。在輸出端根據(jù)輸出振幅是否超過門限來判斷有無目標存在時，可能出現(xiàn)哪些情況?(1)存在目標時判為有目標，這是一種正確判斷，稱為發(fā)現(xiàn)，它的概率稱為發(fā)現(xiàn)概率。(2)存在目標時判為無目標，這是錯誤判斷，稱為漏報，它的概率稱為漏報概率。(3)不存在目標時判為無目標，稱為正確不發(fā)現(xiàn)，它的概率稱為正確不發(fā)現(xiàn)概率。(4)不存在目標時判為有目標，稱為虛警，這也是一種錯誤判斷，它的概率稱為虛警概率。2、如何確定“積累脈沖數(shù)“？當雷達天線進行機械掃描時，可積累的脈沖數(shù)(收到的回波脈沖數(shù)》取決于天波束的掃描速度以及掃描平面上天線波束的寬度。3、如何討論“目標后向散射特性與波長的關系“?為了討論目標后向散射特性與波長的關系，比較方便的辦法是考察一個各向同性的球體。因為球有最簡單的外形，而且理論上已經(jīng)獲得其截面積的嚴格解，其截面積與視角無關，因此常用金屬球來作為截面積的標準，用于校正數(shù)據(jù)和實驗測定。4、什么是“施威林起伏模型“?最早提出而且目前仍然常用的起伏模型是施威林模型。他把典型的目標起伏分為4種類型有兩種不同的概率密函數(shù)，同時又有兩種不同的相關情況。一種是在天線一次掃描期間回波起伏是完全相關的，而掃描至描間完全不相關，稱為慢起伏目標；另一種是快起伏目標，它們的回波起伏在脈沖與脈沖之間是完全相關的。第六章目標距離的測量1、簡述說明幾種主要的隨機誤差。（1）電波傳播速度變化產(chǎn)生的誤差。如果大氣是均勻的，則電磁波在大氣中的傳播是等速直線，此時測距公式中的c值可認為是常數(shù)，但實際上大氣層的分布是不均勻的且其參數(shù)隨時間、地點而變化。大氣密度、濕度、溫度等參數(shù)的隨機變化，導致大氣傳播介質的導磁系數(shù)和介電常數(shù)也發(fā)生相應的改變，因而電波傳播速度c不是常量而是一個隨機變量。（2）因大氣折射引起的誤差。當電波在大氣中傳播時，由于大氣介質分布不均勻將造成電波折射，因此電波傳播的路徑不是直線而是走過一個彎曲的軌跡。在正折射時電波傳播途徑為一條向下彎曲的弧線。（3）測讀方法誤差。根據(jù)測距所用具體方法的不同，其測距誤差亦有差別。早期的脈沖雷達直接從顯示器上測量目標距離，這時顯示器熒光屏亮點的直徑大小、所用機械或電刻度的精度、人工測讀時的慣性等都將引起測距誤差。當采用電子自動測距的方法時，如果測讀回波脈沖中心，回波脈沖中心的估計誤差(正比于脈寬而反比于信噪比)以及計數(shù)器的量化誤差等均將造成測距誤差。2、什么是測距范圍？什么是距離分辨力？測距范圍：包括最小可測距離和最大單值測距范圍。所謂最小可測距離，是指雷達能測量的最近目標的距離。雷達的最大單值測距范圍由其脈沖重復周期決定。距離分辨力：指同一方向上兩個大小相等點目標之間的最小可區(qū)分距離。早期在顯示器上測距時分辨力主要取決于回波的脈沖寬度，同時也和光點直徑d所代表的距離有關。3、“自動距離跟蹤“是什么？自動距離跟蹤系統(tǒng)應保證電移動指標自動地跟蹤目標回波并連續(xù)地給出目標距離數(shù)據(jù)。整個自動測距系統(tǒng)應包括對目標的搜索、捕獲和自動跟蹤3個互相聯(lián)系的部分。4、簡述數(shù)字式距離自動跟蹤的3個組成部分。（1）時間鑒別器(距離比較器)。數(shù)字式時間鑒別器的作用和模擬系統(tǒng)中的時間鑒別器完全相同，也是通過一定的符合比較電路，鑒別出回波信號與跟蹤波門之間的遲延時間差。（2）跟蹤波門產(chǎn)生器。在數(shù)字式距離跟蹤系統(tǒng)中，跟蹤波門的產(chǎn)生與模擬法中的鋸齒電壓波法完全可以比擬。（3）距離產(chǎn)生器(控制器)距離產(chǎn)生器的作用是對時間鑒別器輸出的距離誤差進行加工，用它的輸出去控制跟蹤波門的移動。第七章角度測量1、如何用振幅法測角？振幅法測角是用天線收到的回波信號幅度值來做角度測量的，該幅度值的變化規(guī)律取決于天線方向圖以及天線掃描方式。振幅法測角可分為最大信號法和等信號法兩大類。（1）最大信號法。當天線波束做圓周掃描或在一定扇形范圍內(nèi)做勻角速掃描時，對收發(fā)共用天線的單基地脈沖雷達而言，接收機輸出的脈沖串幅度值被天線雙程方向圖函數(shù)所調制。找出脈沖串的最大值(中心值)，確定該時刻波束軸線指向即為目標所在方向。（2）等信號法。等信號法測角采用兩個相同且彼此部分重疊的波束，如目標處在兩波束的交疊軸方向，則由兩波束收到的信號強度相等，否則一個波束收到的信號強度高于另一個。2、什么是“針形波束“？針狀波束的水平面和垂直面波束寬度都很窄。采用針狀波束可同時測量目標的距離、方位和仰角且方位和仰角兩者的分辨力和測角精度都較高。主要缺點是因波束窄，掃完一定空域所需的時間較長即雷達的搜索能力較差。3、簡述天線波束的掃描方法。實現(xiàn)波束掃描的基本方法有機械性掃描和電掃描兩種。（1）機械性掃描利用整個天線系統(tǒng)或其中某一部分的機械運動來實現(xiàn)波束掃描稱為機械性掃描。如環(huán)視雷達、跟蹤雷達，通常采用整個天線系統(tǒng)轉動的方法。機械性掃描的優(yōu)點是簡單。其主要缺點是機械運動慣性大，掃描速度不高。近年來快速目標、洲際導彈、人造衛(wèi)星等的出現(xiàn)，要求雷達采用高增益極窄波束，因此天線口徑面往往做得非常龐大，再加上常要求波束掃描的速度很高，用機械辦法實現(xiàn)波束掃描無法滿足要求，必須采用電掃描。（2）電掃描。電掃描時，天線反射體、饋源等不必做機械運動。因無機械慣性限制，掃描速度可大大提高，波束控制迅速靈便，故這種方法特別適用于要求波束快速掃描及巨型天線的雷達中。電掃描的主要缺點是掃描過程中波束寬度將展寬，因而天線增益也要減小，所以掃描的角度范圍有一定限制。另外，天線系統(tǒng)一般比較復雜。根據(jù)實現(xiàn)時所用基本技術的差別，電掃描又可分為相位掃描法、頻率掃描法、時間延遲法等。下面我們以相位掃描法為主討論電掃描的基本原理及有關問題。4、相控陣天線和相控陣雷達有什么特點？（1）天線波束快速掃描，實現(xiàn)多目標搜索、跟蹤與多種雷達功能。（2）具有多波束形成能力，實現(xiàn)高搜索數(shù)據(jù)率和跟蹤數(shù)據(jù)率。（3）天線波束形狀捷變能力，實現(xiàn)自適應空間濾波和自適應空時處理能力。（4）天線孔徑與雷達平臺共形能力的實現(xiàn)。（5）空間功率合成能力，輻射功率大。（6）抗干擾能力好。（7）高可靠性。第八章運動目標檢測1、什么是“多普勒效應“？多普勒效應是指當發(fā)射源和接收者之間有相對徑向運動時，接收到的信號頻率將發(fā)生變化。這一物理現(xiàn)象首先在聲學上由物理學家克里斯頓·多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)，1930年左右開始將這一規(guī)律運用到電磁波范圍。雷達應用日益廣泛以及對其性能要求的提高，推動了利用多普勒效應來改善雷達工作質量的進程。2、什么是“盲速“？什么是“頻閃”？當雷達處于脈沖工作狀態(tài)時，將發(fā)生區(qū)別于連續(xù)工作狀態(tài)的特殊問題，即盲速和頻閃效應。盲速：是指目標雖然有一定的徑向速度，但若其回波信號經(jīng)過相位檢波器后，輸出為一串等幅脈沖，與固定目標的回波相同，此時的目標運動速度稱為盲速。頻閃效應則是指當脈沖工作狀態(tài)時，相位檢波器輸出端回波脈沖串的包絡調制頻率與目標運動的徑向速度不再保持正比關系，此時如用包絡調制頻率測速時將產(chǎn)生測速模糊。3、動目標顯示濾波器有哪些？（1）一次相消器；（2）二次相消器；（3）多次相消梳狀濾波器；（4）抑制運動雜波濾波器。4、簡述動目標顯示雷達的質量指標。（1）改善因子(I)。改善因子的定義是：動目標顯示系統(tǒng)輸出的信號雜波功率比和輸入信號雜波功率之比值。（2）信雜比改善。對于采用多個多普勒濾波器的雜波濾波系統(tǒng)(例如下面要研究的動目標檢測MTD)來說，每個濾