电子科技大学专用雷达原理课件.pdf-资料库

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第五章第五章雷达作用距离雷达作用距离作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达能在多大的距离上发现目标。作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射机、接收系统、天线等分机参数，同时又和目标的性质及环境因素有关。第一节雷达方程 §5.1.1 基本雷达方程雷达作用距离方程，表征雷达作用距离和发射机、接收系统、天线分机参数以及目标的性质、环境因素等的关系距离R 处任一点的雷达发射信号功率密度：考虑到定向天线增益G：目标散射截面积设为σ，则其接收的功率为σS1 以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：雷达接收到的回波功率反比于目标与雷达站间距离R的四次方雷达收到功率： r r Ar：雷达天线接收面积收发不同天线时收发不同天线时收发同天线时收发同天线时当接收功率为接收机最小检测功率S imin时，可得：收发不同天线时，最大作用距离收发不同天线时，最大作用距离收发同天线时，最大作用距离收发同天线时，最大作用距离雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ、 Simin、噪声和其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。 1

Rmax 4∝λ2 总结：总结： Rmax 4 ∝1/λ2 天线面积不变时，波长λ增加天线增益下降，Rmax下降；天线增益不变时，波长λ增加要求天线面积增加，天线有效面积增加→ Rmax增加。和最小可检测信号SSimin 雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系，雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系，但由于未考虑设备的实际损耗和环境因素，且目标有效反但由于未考虑设备的实际损耗和环境因素，且目标有效反不能准确预定，因此仅用射面积射面积σσ和最小可检测信号 imin不能准确预定，因此仅用来作估算的公式，考察各参数对作用距离的影响。来作估算的公式，考察各参数对作用距离的影响。雷达在噪声和其他干扰背景下检测目标，同时，复杂目雷达在噪声和其他干扰背景下检测目标，同时，复杂目标的回波信号本身存在起伏，因此，接收机输出的是一个标的回波信号本身存在起伏，因此，接收机输出的是一个随机量。雷达作用距离也不是一个确定值而是统计量，通随机量。雷达作用距离也不是一个确定值而是统计量，通常只在概率意义上讲，当虚警概率（如1010--66）和发现概率）和发现概率常只在概率意义上讲，当虚警概率（如（如（如90%90%）给定时的作用距离是多大。）给定时的作用距离是多大。 §5.1.2 目标的雷达截面积目标的雷达截面积定义：目标的雷达截面积定义：实际测量：实际测量：返回接收机每单位立体角内的回波功率在远场条件（平面波照射的条件）下，目标处每单位入射功率密度在接收机处的单位立体角内产生的反射功率乘以4π 习题习题设目标距离为R0 ，当标准金属圆球（截面积为σ）置于目标方向离雷达R0 /2处时，目标回波的平均强度正好与金属球的回波强度相同，试求目标的雷达横截面积。 2

第二节第二节最小可检测信号最小可检测信号如果没有噪声，任何微弱的信号都能经任意放如果没有噪声，任何微弱的信号都能经任意放大后被检测到。但雷达接收机的输出端，回波大后被检测到。但雷达接收机的输出端，回波信号总是和噪声及其他干扰混杂在一起，信号信号总是和噪声及其他干扰混杂在一起，信号放大的同时噪声也被放大，因此，噪声是限制放大的同时噪声也被放大，因此，噪声是限制微弱信号检测的基本因素，雷达检测能力实质微弱信号检测的基本因素，雷达检测能力实质上取决于信噪比。上取决于信噪比。灵敏度检测因子 min 在接收机匹配滤波器输出端（检波器输入端）测量的信号噪声功率比值。表示检测目标信号所需的最小输出信噪比称为D 0 DD00表示的雷达方程表示的雷达方程带宽校正因子雷达各部分损耗引入的损失系数 §5.2.1 最小可检测信噪比 Simin i D0 匹配接收机检波器检波后积累检测装置 KT0BnFn 信噪比表示的雷达方程信噪比表示的雷达方程检测门限由则灵敏度作用距离可得，识别系数M min §5.7.3 用信号能量表示的雷达方程由5.2.1，当信号为简单脉冲，且检波器输入端信噪比用检测因子表示时，雷达方程可表示为：由于检测因子可得能量形式的雷达方程：计入中频滤波器失配影响后： 3

§5.2.2 门限检测信号是否超出门限判断目标有无的四种情况信号是否超出门限判断目标有无的四种情况发现：存在目标，判为目标－－－－－－－Pd 漏报：存在目标，判为无目标－－－－－－Pla 正确不发现：不存在目标，判为无目标－－Pan 虚警：不存在目标，判为目标－－－－－－Pfa 显然 Pd＋Pla＝1， Pan＋Pfa＝1 接收检测系统方框图接收检测系统方框图 D0 将积累输出与某一门限电压比较输出包络超过门限，认为目标存在 Simin i 匹配接收机检波器检波后积累检测装置 KT0BnFn 在中频部分对单个脉冲信号进行匹配滤波目的：提高输出信噪比检出信号包络对检波后的n个脉冲进行加权积累检测门限检测准则检测准则门限检测采用奈曼-皮尔逊准则。该准则要求在给定的信噪比条件下，在满足一定的虚警概率时的发现概率最大，或者漏警概率最小。降低门限的缺点：只要有噪声存在，其尖峰超过门限电平的概率增加，虚警相应增加。 §5.2.2 检测性能和信噪比由： Pd＋Pla＝1， Pan＋Pfa＝1 雷达信号的检测性能由其发现概率Pd和虚警概率Pfa定义 4

虚警概率虚警概率PPfafa 接收机中放上的噪声通常是宽带高斯噪声，其概率密度函数：高斯噪声通过窄带中频滤波器（带宽<<噪声中心频率）后加到包络检波器，输出噪声电压包络振幅的概率密度函数：虚警大小的其他表示方法虚警大小的其他表示方法设置门限电平VT，则Pfa（噪声包络超过门限的面积）即虚警概率：当噪声分布函数一定时，虚警大小完全取决于门限虚警时间：虚假回波（噪声超过门限）之间的平均间隔虚警总数：发现概率发现概率PPdd 振幅为A的正弦信号同高斯噪声一起输入到中频滤波器设信号的频率是中频滤波器的中心频率f IF，则包络检波器的输出包络的概率密度函数为：以信噪比为变量，虚警概率为参变量，作图式中设置门限电平VT，发现概率Pd（r超过门限的概率）为：由：可知：虚警概率Pfa一定，门限电平VT随之确定结论：门限电平VT一定时，发现概率Pd随信噪比增大而增大信噪比一定时，虚警概率Pfa越小（VT越高），Pd越小 5

恒虚警恒虚警虚警概率一定时，发现概率Pd才随信噪比的增加而增加，因此检测系统要求虚警保持一个恒定的值；但随着噪声电压的变化，其包络振幅的概率密度可能会发生变化，导致一定门限值的虚警概率Pfa发生变化，从而使得在给定信噪比下得不到所需的发现概率。所以，噪声电平变化时，系统门限电平应相应变化以获得恒虚警。例：设要求虚警时间为 100s，中频带宽为例：设要求虚警时间为100s ，中频带宽为 1MHz，求，求5050％和％和9090％发现概率所需的最 1MHz ％发现概率所需的最小信噪比。小信噪比。解：由可得Pfa＝10－8 由图5.7可得 50% 90% 思考设计题思考设计题某雷达要求虚警时间为2 小时，接收机带宽为1MHz，求虚警概率。若要求虚警时间大于10 小时，问门限电平VT/σ应取多少？此时若要达到90%90%以上的发现概率，检测以上的发现概率，检测此时若要达到因子应该大于多少？可以从哪些方面来提高因子应该大于多少？可以从哪些方面来提高检波器输入端单个脉冲所需的检测因子？检波器输入端单个脉冲所需的检测因子？ 6

第三节第三节积累对作用距离的改善积累对作用距离的改善积累的作用：增加信号功率，提高检测性能积累的作用：增加信号功率，提高检测性能积累的方法：相干积累，非相干积累积累的方法：相干积累，非相干积累相干积累相干积累在检波前完成，亦称检波前积累或中频积累，相干积累要求信号间有严格的相位关系，即信号是相干的。 M个脉冲的中频理想积累可使信噪比提高为原来的M倍 §5.3.1 积累效果相干积累相干积累 1 原因：信号功率增大M 2 倍，噪声功率增大M 倍非相干积累非相干积累 , 1 非相干积累非相干积累 M个脉冲的视频理想积累对信噪比的改善为原来的 M～M倍之间积累效率积累效率积累对作用距离的改善积累对作用距离的改善结论：由于积累降低了达到规定检测能力时对单个输入脉冲信噪比的要求，因此客观上提高了雷达的作用距离习题习题某雷达波某雷达波长长检测信号检测信号效反射面积效反射面积，最小可，最小可，已知探测目标的有，已知探测目标的有；； ①求雷达的最大作用距离。 ①求雷达的最大作用距离。 ②若该雷达为相干脉冲体制雷达，其他条件不 ②若该雷达为相干脉冲体制雷达，其他条件不变时，变时，1010个等幅相参中频脉冲信号进行相参个等幅相参中频脉冲信号进行相参积累，如果作用距离要求不变，发射功率PPtt 积累，如果作用距离要求不变，发射功率可以降低为多少？可以降低为多少？ 7

由于M个等幅相参中频脉冲可以提高输出信噪比M 倍，则达到原来要求的作用距离只需原来发射功率的1/M。 §5.3.2 脉冲积累数的确定搜索雷达搜索雷达半功率天线方位波束宽度脉冲重复频率天线方位扫描速度目标的仰角当比值小于360°时才能严格应用此公式，实际应用中，建议小于90°时使用跟踪雷达跟踪雷达 n=10 第四节第四节目标截面积及其起伏特性目标截面积及其起伏特性目标的起伏模型目标的起伏模型目标的雷达截面积目标的雷达截面积返回接收机每单位立体角内的回波功率隐身技术隐身飞机的特点就是显著地减小了RCS。目前隐身飞机对微波雷达的RCS减小了20dB~30dB 目前主要的隐身方法:(1) 外形结构; (2) 吸波涂料; (3) 无源对消; (4) 有源对消 Swerling 工程计算中把目标截面积视为常量，当观察运动目标时，对视角变化引起截面积大小变化，称为目标截面积起伏。 Swerling起伏模型起伏模型 Swerling I型：慢起伏，瑞利分布 Swerling II型：快起伏，瑞利分布 Swerling III型：慢起伏 Swerling IV型：快起伏在考虑起伏的情况下，可根据起伏情况和发现概率查找图表 8

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