第5章雷达作用距离.ppt

第5章雷达作用距离
目标的雷达截面积 (RCS)
雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。 为了描述目标的后向散射特性, 在雷达方程的推导过程中, 定义了“点”目标的雷达截面积σ, 如式()所示,
所需要达到的最小信号噪声功率比值。 
将()式代入()式, ()式即可获得用(S/N)o min表示的距离方程,
()
当用()式的方式, 用信号能量
代替脉冲功率Pt, 用检测因子Do= (S/N)o min替换雷达距离方程()式时, 即可得到用检测因子Do表示的雷达方程为
()
上式中增加了带宽校正因子CB≥1, 它表示接收机带宽失配所带来的信噪比损失, 匹配时CB=1；L表示雷达各部分损耗引入的损失系数。
用检测因子Do和能量Et表示的雷达方程在使用时有以下优点:
当雷达在检测目标之前有多个脉冲可以积累时, 由于积累可改善信噪比, 故此时检波器输入端的Do(n)值将下降。因此可表明雷达作用距离和脉冲积累数n之间的简明关系, 可计算和绘制出标准曲线供查用。 
用能量表示的雷达方程适用于当雷达使用各种复杂脉压信号的情况。只要知道脉冲功率及发射脉宽就可以用来估算作用距离而不必考虑具体的波形参数。
门限检测
接收机输出典型包络
接收机噪声通常是宽频带的高斯噪声，雷达检测微弱信号的能力受到与信号能量谱占相同频带的噪声能量限制。由于噪声起伏特性，判断信号出现也是一个统计问题。所以在给定的信噪比条件下，满足一定虚警概率时的发现概率最大。
，由于噪声的随机特性，接收机输出的包络出现起伏，检测时设置一个门限电平，如果包络电压超过门限值，则认为检测到一个目标。A点信号较强，比较好检测；但在B和C点，虽然认为检测到一个目标，但叠加了信号后，B点因为刚超过门限值，认为检测到信号，C点没有超过门限值，就会丢失目标。
检测时门限电压的高低影响以下两种错误判断的多少:
(1) 有信号而误判为没有信号(漏警); 
(2) 只有噪声时误判为有信号(虚警)。 
应根据两种误判的影响大小来选择合适的门限。
门限检测是一种统计检测, 由于信号叠加有噪声, 所以总输出是一个随机量。在输出端根据输出振幅是否超过门限来判断有无目标存在, 可能出现以下四种情况:
存在目标时, 判为有目标, 这是一种正确判断, 称为发现, 它的概率称为发现概率Pd; 
存在目标时, 判为无目标, 这是错误判断, 称为漏报, 它的概率称为漏报概率Pla; 
不存在目标时判为无目标, 称为正确不发现, 它的概率称为正确不发现概率Pan; 
不存在目标时判为有目标, 称为虚警, 这也是一种错误判断, 它的概率称为虚警概率Pfa; 
显然四种概率存在以下关系:
Pd+Pla=1， Pan+Pfa=1
每对概率只要知道其中一个就可以了。 我们下面只讨论常用的发现概率和虚警概率。 
门限检测的过程可以用电子线路自动完成, 也可以由观察员观察显示器来完成。当用观察员观察时, 观察员自觉不自觉地在调整门限, 人在雷达检测过程中的作用与观察人员的责任心、熟悉程度以及当时的情况有关。
例如, 如果害怕漏报目标, 就会有意地降低门限, 这就意味着虚警概率的提高。在另一种情况下, 如果观察人员担心虚报, 自然就倾向于提高门限, 这样只能把比噪声大得多的信号指示为目标, 从而丢失一些弱信号。操纵人员在雷达检测过程中的能力, 可以用试验的方法来决定, 但这种试验只是概略的。
期末考试分析题 (30分)：
简述相控阵雷达与隐身飞行器相关定义与指标，并分析如何提高相控阵雷达的性能来有效探测到隐身飞行器。
检测性能和信噪比
1. 虚警概率Pfa
虚警是指没有信号而仅有噪声时, 噪声电平超过门限值被误认为信号的事件。噪声超过门限的概率称虚警概率。显然, 它和噪声统计特性、噪声功率以及门限电压的大小密切相关。下面定量地分析它们之间的关系。 
通常加到接收机中频滤波器(或中频放大器)上的噪声是宽带高斯噪声, 其概率密度函数(PDF)由下式给出:
()
此处，p(v)dv是噪声电压处于v和v+dv之间的概率；σ2是方差, 噪声的均值为零。高斯噪声通过窄带中频滤波器(其带宽远小于其中心频率)后加到包络检波器, 根据随机噪声的数学分析可知, 包络检波器输出端噪声电压振幅的概率密度函数为
()
此处r表示检波器输出端噪声包络的振幅值。可以看出, 包络振幅的概率密度函数是瑞利