雷达手册第3版(中文)_第1章_雷达概论.pdf

第 1 章霄达概论①
雷达简介
雷达是→种电磁传感器,用来对反射性物体检测和定位。其工作可归纳如下:
(1)雷达通过天线辐射电磁能量,使其在空中传播。
(2) 部分辐射的能量被离雷达某个距离上的反射体(目标)截获。
(3)目标截获的能量重新辐射到许多方向上。
(4) 一部分重新辐射的(因波)能量返回至雷达天线,并被雷达夭线所接收。
(5) 在被接收机放大和合适的信号处理后,在接收机的输出端做出目标回波信号是否存
在的判决。此时,目标的位置和可能其他有关目标的信息就得到了。
雷达辐射的一种常用波形是一串窄的类似矩形的脉冲。例如,中距离雷达用来探测飞机
的波形可以描述为持续 1 微秒( l~s) 的短脉冲:脉冲间隔可能为 lms (因此脉冲重复频率为
1 kHz); 雷达发射机峰值功率可能为 1 兆瓦C1 MW); 由这些数据得出发射机的平均功率为 1
千瓦C1 kW) 0 lkW 的平均功率可能比一个"典型"教室中电灯的功率要小。我们假设这部
作为例子的雷达工作在微波E频段的中部,例如从 ~,这是民用机场监视雷达的典
型频段。其波长约为 10cm (简单起见取整数)。使用合适的天线,这样一部雷达可以探测
到距离③50~60n mile 左右的飞机。雷达从目标接收到的回波功率可以在很宽范围的值上
变化,但为了示范的目的,我们任意假设典型的回波信号可具有1O- 13 W 的功率。如果辐
射的功率是 10 6 W C1 MW) ,则此例中目标回波信号功率与雷达发射机功率的比为 10-19 ,
或接收回波比发射信号低 190dB 。这是发射信号和一个可检测的接收回波信号幅度之间巨
大的差别。
一些雷达需要在短到像棒球场上从本垒到投手间的距离上检测目标(为测量投出球的速
度),而其他雷达则需要在大到至最近的行星的距离上工作。因此,雷达可能小到足够握在
手中,或大到足够占据许多个足球场的空间。
雷达目标可能为飞机、舰船或者导弹:也可能为人、乌、昆虫、降雨、晴空空气端流、
电离的媒质、地表特征(植被、山脉、道路、河流、机场、建筑、围墙、电线杆等)、海
洋、冰层、冰山、浮标、地下特征、流星、极光、宇宙飞船及行星。除了测量 H 标距离和角
度方向之外,雷达通过确定距离随时间的变化率或从回波的多普勒频移申提取径向速度来确
定目标的相对速度。如果在一段时间内测量动目标的位置,则可以得到目标轨迹或航迹,从
中可以判定目标的绝对速度和运动方向,于是可以对其未来的位置做出预测。合适设计的雷
①本章是为那些对雷达不太熟悉的读者而写的简要概览,对那些熟悉雷达的读者,可视为温****br/> ②微波泛泛地定义为使用波导作为传输线以及使用腔体或分布的电路而不是集总参数元件作为谐振电
路的那些频率。微波雷达频率可以从 400MHz 到约 40GHz,但这不是严格的界限。
③在雷达中,距离 Crange) 通常表示雷达到目标的距离 Cdi血n∞)。距离的其他词典定义也在此处使用。
• 2 •雷达手册(第二版)
达可以判定目标的尺寸和形状,甚至可以识别不同类型的目标。
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,示出一部雷达中经常见到的子系统。发射机,图中
示为功率放大器,为雷达执行的特定任务产生合适的波形。它的平均功率可能小到毫瓦也可
能大到兆瓦(平均功率比峰值功率能更好地表明雷达性能指标)。多数雷达使用短脉冲波
形,以便一部天线可在时间分享的基础上用来发射和接收。
天线
采用功率放大器作为发射机(图上部)和用超外差接收机〈图F 部)的简单的雷达框图
双工器的功能允许使用单个天线在发射机工作时保护敏感的接收机不被烧坏并且引导接
收的回波信号到接收机而不是发射机。
天线是把发射能量辐射到空间然后在接收时收集回波能量的设备。天线几乎总是定向
的,把能量辐射到窄波束中,以此聚集功率同时可以判定目标的方向。二个发射时产生窄定
向波束的天线,在接收时通常具有大的面积,以便从目标收集微弱的回波信号。天线不仅在
发射时聚集能量和在接收时收集回波能量,而且还可作为一个空间滤波器,提供角度分辨和
其他能力。
接收机将接收到的微弱信号放大到可检测到其存在的电平。因为噪声是雷达做出可靠检
测判决并提取目标信息的最终制约,要注意保证接收机自身产生很低的内部噪声。大部分雷
达工作在微波频段,影响雷达性能的噪声通常来自接收机的第一级,
放大器。许多雷达应用中对检测的限制是不需要的环境回波(称为杂波),这时接收机要有
足够大的动态范围,以避免杂波使接收机饱和,从而严重影响到需要的动目标