雷达原理

1、MTI:动目标显示
z基本原理:
动目标显示雷达是在普通脉冲雷达基础上发展起来的。这种体制的雷达能在杂波或噪声干扰背景中抑制固定干扰、探测运动目标信息。其基本原理在于利用运动目标回波多普勒频移效应,借助固定目标回波同动目标回波经相检波输出的视频脉冲串在幅度上的差异,通过延迟对消实现动目标检测。
z功能:可在空对地、空对海、地对地场合发挥空中预警、目标指示或武器控制的功能。生产防锈纸生产线
z MIT信号的主要特征:
(1)低重频,一般低于4KHZ(可保证无测距模糊);
(2)采用参差重频、脉组间变重频及重频分集技术(获得目标速度信息,克服盲速);
(3)载频主要分布于L、S波段;
(4)有较高的雷达工作频率稳定度(为了提取动目标频移信息);
(5)脉冲重频稳定度高(为实现延迟对消);
2、PD雷达:脉冲多普勒雷达
z基本原理:PD雷达是在MTI雷达的基础上建立起来的,比MTI有更强的杂波抑制能力,改善因子高达50-60dB,且具有普通脉冲雷达的距离分辨力及连续波雷达的速度分辨力。PD雷达的PRF可分为高,中,低三种,其特点及用途也是根据PRF划分的。一般而言,低重频PD雷达也就是MTI 雷达,所谓PD雷达主要指高,中重频的情形。
z功能:
表 PD雷达的分类与功能
分类 PRF范围 特点 功能
高PRF 几十KHZ—几
百KHZ 不存在速度模糊,但有距
离模糊
机载预警(高空)
中PRF 10KHZ-20KHZ 存在速度模糊、距离模糊目标跟踪(近程低空)
低PRF 不超过几KHZ 存在速度模糊,但没有距
离模糊
MTI
z信号特征:
(1) 信号为一组相干脉冲串,有高度的短期稳定性,无论工作频率,脉宽,脉位,脉幅要求苛刻.
(2)PRI一般较高,大于5KHZ.
(3)重频调变是其最大特点:重频参差、分段调频
脉冲多普勒雷达在机载火控、机载预警、空中交通管制、导航、气象探测等 领域都己得到了广泛的应用,下面一一介绍其作为不同用途的信号特征差别: 1)机载火控
目前世界上先进的战斗机火力控制雷达几乎毫无例外的都采用了PD体制。PD 体制在战斗机火力控制雷达领域得到了最充分、最有效的运用。
机 载 火 控雷达的主要参数特点:
(1) 工作频率一般在X波段,多存在脉组频率捷变。
(2) 重复频率多以高、中重频为主。
(3) 脉冲宽度多在0.5- 0 .8微秒范围内。
王若威2)机载预警
机载预警是最能发挥相体现PD技术优越性的领域之一。为了能够有效地抑制 地海杂波、提高雷达的下视能力、有效地对抗人为干扰和防御低空入侵,从七卜 年代以来,美、苏、英等国就着手大力发展机载预警系统。机载预警雷达将监视 功能由地面平台变为机载平台,用于监视远距离低空运动目标和海而运动日标。机载预警雷达的主要参数特点:
(1)工作频率一般在X波段和S(lOcm)波段。
(2)重复频率多以中、低重频为主。
3)导航、监视
导航雷达的作用包括:测量离地面的高度用来回避地形;测量和绘制地形以 进行轰炸瞄准,还可以对车辆、飞机、舰船等进行位置的定位。
机载导航雷达主要特点:
(1) 频段很宽,一般在X波段和Ku波段。
(2) 重复频率多以高、中重频为主。
(3) 为保证要求的探测距离,脉宽一般都大于1微秒,最大可达15微秒
(4) 脉冲内没有调制,对距离分辨力的要求很低。
4)气象探测
多普勒气象雷达是利用云雨等散射体中的粒子与雷达之间的相对运动所形成
的多普勒效应而进行气象探测的一种PD雷达。这种雷达不但能探测出云雨的位置
和强度分布情况,还能探测出气象目标内部质点的垂直和水平运动。
气象雷达主要特点;
(1) 频段一般处于S和X波段。
(2) 重复频率多以低重频(1kHz 左右)为主·
(4) 脉宽一般都小于等于1微秒。
3、PC(脉冲压缩雷达)
z基本原理:为了克服雷达探测能力与雷达分辨力之间矛盾在普通脉冲雷达的基础上建立起来的。根据模糊函数的理论,雷达距离分辨能力取决于雷达信号的频带宽度,速度分辨力取决于信号的时域带宽,而雷达探测距离则要求加大脉冲功率(相当于加大脉冲宽度)。对于普通脉冲雷达而言,信号时频积必须等于一。采用宽脉冲信号加脉内调制可解决此问题,获得大时带机。
脉内调制的主要方式有线性调频、相位编码(二相、四相、多相)等。
z功能:用于各种体制雷达中
z信号特征:1) 脉压雷达信号的时域、频域宽度都很大。采用的时域脉宽(PW)为几微秒至几百微秒,频域带宽(B)最小几十兆赫,大到几百兆赫.
2) 脉压雷达信号脉内调制规律都很复杂。目前所谓“脉内细微特征”提取,很大程度上正是指的是这种复杂脉内调制特征信息的分析。
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3) 脉压雷达信号具有良好的兼容性,常与其它雷达体制相共用,改善雷达技术性能,提高反侦察抗干扰能力。
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从电子战角度出发,脉内雷达信号复杂的脉内调制技术给模式特征选择带来不少困难,应该引起重视。
4.频率捷变雷达信号。
频率捷变雷达也是一种脉冲制雷达,但它的工作频率在一定范围内快速变化,主要为着提高雷达系统反对抗(ECCM)能力,同时也有助于大大的改善系统技术性能。
从雷达抗干扰角度出发,早在二次大战期间人们就开始采用雷达跳频技术。但长时间内主要是机械是跳频,跳频速度缓慢,跳频范围狭窄,很难实战应用。真正的现代跳频雷达是在旋转磁控管可供使用之后,在60年代中期才出现的。已经采用的有几种捷变频方式:脉间频率跳变,脉组频率跳变,频率扫描,脉内频率捷变等。脉间频率跳变可以有规律地变化(如旋转磁控管变频),也可以伪随机或随机式变化(如数字式编码跳变)。磁控管变频率变化规律明确,很容易  侦察、干扰,用的越来越少。
近期新研制或改装的雷达大都采用数字编码跳频。脉组频率捷变主要为着同动目标探测相兼容,大多在脉冲多普勒雷达中使用,包括同频双脉冲组间跳频,异频脉冲列,自适应变频,多脉冲组跳频等。频扫雷达信号也是一种跳频信号,不过其工作频率大都线性地跳变,主要在波束频扫雷达中使用,工作频率同扫描波束指向之间的关系是固定的,不能随意跳变。脉内频率捷变也是一种捷变频信号,主要在脉压雷达中使用。
频率捷变雷达信号的主要特征:
1)频率捷变雷达工作频率在脉内、脉间或脉组间快速变化。以脉间跳频为例,每一频率跳变都比较大,至少不少于两脉冲回波不相关所需要的最少频差,即所谓“临界频差”。这样,跳变量一般远大于雷达脉宽的倒数。
2)雷达工作频率总变化量相当大,最大已超过雷达工作频率的百分之十,数量上大1000MHz以上,依频段不同而不同。
3)频率捷变方式有的是连续变频,更多的是在若干个频率点上跳变。跳变频率点数一般几十个,最多的达几百个。
对于频率捷变雷达,所有频率的脉冲合在一起才构成一个完整的辐射源信号脉冲序列。所以,频率捷变雷达变频规律性的分析,是电子站人员普遍关注的重要模式特征提取问题之一。
5.频率分集雷达信号。
频率分集雷达是一种脉冲制多频雷达,同频率捷变雷达有相似之处,但又互不雷同。相似之处在于工作频率都多样化,即大大提高雷达抗干扰能力,又可以改善系统技术性能。不同之处在于,频率捷变雷达是多频制工作方式,而频率分集雷达同时配用几套雷达发射机和雷达接收机,同时发射或相继发射两个或多个工作频率的信号,分别用对应的接收机接收各频率信号的回波,通过相干积累形成总的回波信号。而且,即使各频率信号相继发射,子脉冲间时延也非常少,各频率子脉冲之集合,才构成一个完整的雷达信号脉冲。由此可见,频率分集雷达战术、技术性能之改善,实际上是以更大的设备量为代价的。
频率分集方式有好几种:
1)不同频率的子脉冲信号同时发射。各频率的子脉冲之合构成一个雷达脉冲信号。
2)不同频率的子脉冲信号相继延时发射,各频率子脉冲之合才构成一个完整的雷达信号脉冲,且各子脉冲相继都在没个同一雷达工作周期之内,相互时延甚少,总持续时间远小于雷达信号重复周期在。
3)不同频率的子脉冲相继延时发射,不同雷达信号脉冲间各子脉冲工作频率又在一定范围内变化。
频率分集雷达工作频率点数量与系统设备量密切相关,因而一般都不太多,抗干扰能力不如频率捷变能力强,主要适于抗瞄准式干扰,但其可靠性却比较高,即使部分频率点被干扰破坏,其余频率点仍能工作。
频率分集雷达的信号特点如下:
1)频率分集雷达同时使用两个或两个以上的频率工作,几个频率的子脉冲可以同时发射,也可短时延顺次出现;
2)频率分集雷达各子脉冲,除工作频率外其余参数相同,适于相干积累;
3)频率分集雷达每一工作频率的子脉冲构成一个完整的子脉冲序列,有如一个独立的普通脉冲雷达信号一样。
6.三坐标雷达:
三坐标雷达是50年末开始出现的一种新体制雷达。由于它具有全空域、多批次、多目标跟踪能力,已成为现代警戒雷达、多功能雷达发展的方向,技术发展很快。
其信号特征如下:
1)波束在仰角上扫描,每一仰角扇区使用一种工作频率,波束在仰角范围内由
低至高变化时,频率也顺次频率变化,最终形成脉组间频率扫描;
2)除了脉组间频扫外,还可在脉冲持续时间内实现频扫,也就是雷达发射宽脉铝滑轨型材
冲,脉内频率线性调制或阶跃变化;
3)不同仰角扇区不仅频率不同,脉冲重频、脉冲宽度也可不同。如低仰角时PRI
大,高仰角时PRI小,因而组脉冲数也在发生变化。
7.相控阵雷达:
相控阵雷达打破了常规雷达固定波束驻留时间、固定扫描方式、固定发射功率和固定数据率的限制,它通过控制阵列天线中各个单元的相位,得到所需的方一向图和波束指向,使波束在一定空域中按规定规律进行扫描。由于不存在机械运动惯性,改变波束指向所需控制时间就很短,大约只需十几微秒,是常规雷达反应时间的几十万分之一。所以具有灵活的多波束指向及驻留时间、可控的空间功率分配及时间资源分配等特点,从而使相控阵雷达具有一个重要的优点一一多功能,即能同时完成搜索和对多个目标的跟踪。
其信号物征如下:
(1)与相控阵雷达的多功能有关,一部相控阵雷达所用的信号波形,其种类一般较多。为实现信号能量的管理,相控阵雷达信号的脉冲宽度、重复频率、信号带宽、脉冲串长度和信号编码方式均可能有多种变化。相控阵雷达信号波形的选择,还与雷达是否要测量目标速度有关。相控阵雷达不受天线旋转的限制,易于对跟踪的目标进行速度测量,相应地,信号波形将变为高重复频率或中重复频率的波形。
相控阵雷达天线波束的扫描方式与机扫雷达不同,它不是连续的,而是阶跃式的,在一个观测方向,天线波束指向在若干个重复周期内可以保持不动,对需要重点跟踪的目标或在重点搜索方向上可以发射多个重复周期的雷达信号。相控阵雷达在对多目标实现边扫描边跟踪工作方式时,往往是一个观测方向只有很少几个脉冲,有时只有两三个脉冲。相控阵雷达搜索远距离目标时,重复周期较长,信号脉冲宽度也较宽,在L和S波段的相控阵雷达中,瞬时信号带宽分别可做到
200MHz和50OMHz以中。搜索近距离目标时,重复周期较短,信号脉冲宽度可以较窄。针对这种差别,可以设计两种以上信号波形同时进行搜索。相控阵雷达采用计算机控制,不是靠雷达机械转动来实现,所以波束变化极其灵活。
(2)信号相参性:
d2x说明书相控阵雷达一般均采用全相参体制,采用主振放大式发射机,发射机输出信 号都是高稳定的相参信号,脉冲串内各重复周期的信号是相参的。
(3)波段范围。
目前采用相控阵技术的机载预警雷达多工作在L波段,火控雷达多工作在X 波段。星载相控阵雷达多工作在UHF波段或L波段, 己公开报导的前苏联的大型空间监视相控阵雷达,多采用VHF波段。
相控阵雷达应用分类:
1) 超远程相控阵预警雷达:
超远程相控阵预警雷达的任务是对外空目标进行搜索、截获、跟踪和编目等,并进行轨道识别,区分导弹与卫星,监视潜射导弹的发射及部分轨道武器。对这 类雷达的突出要求是:作用距离远、目标容量大、数据率高、精度较高。要观测 数千公里远的目标,雷达必具有大的天线孔径与发射机平均功率的乘积。采用相 控阵天线有利于解决这一问题,天线可以固定,孔径容易做的很大。对付多目标 和高数据率,除了要求增大雷达信号的能量和计算机的处理能力外,主要依靠相 控阵天线波束扫描的灵活性。其发展趋势是信号带宽,以提高目标的识别能力。
2) 机载预警雷达:
机载预警雷达是空中早期预警系统中最关键的项目之一。它能探测低空飞行 的战略轰炸机、,作用距离在300-400km左右,也是对地面和海面进行 电子侦察的重要手段。近年来,采用相控阵技术的机载预警雷达的例子日益增多。以列正在发展二维相扫的机载预警相控阵雷达(PHALCON),工作频率为L波 段。目前美国研制的新一代机载预警雷达也采用相控阵技术,该雷达也工作在L 波段。这一工作频率是在综合考虑精度、天线尺寸、气象杂波及地杂波等因素情 况下选定的。
3) 超视距雷达:要观测远距离的目标,必须采用天波后向散射超视距雷达,这种雷达工作在短波波段(2-30MHz),利用电离层对电波的反射,可探测到
700-3000km范围内的目标。对于超视距雷达,由于采用短波波段,超视距雷达天线的尺寸很大,不能采用机械扫描,只能用相控阵天线扫描。
8.合成孔径雷达:
合成孔径雷达(SAR)采用天线合成的方法来实现合成大孔径,即让雷达沿 直线移动(此时目标不动),并在不同移动位置发射信号,然后对各处回波信号进 行综合处理来达到方位分辨,这就是所谓SAR成像,合成孔径雷达是处于运动平台上的高分辨率成像雷达,其信号具有以下主要特征:
1)侦察机接收到的信号是一组脉冲。
由于SAR是处于运动平台上工作,采用合成孔径技术(或多普勒锐化技术),合成孔径时间为零点几秒到几秒,采用连续照射,波束指向为正侧视方式,天线不扫描,侦察天线接收的将是一组连续的脉冲;所以对接收机来说,其在某一较短时间间隔内会收到一组脉冲信号,其持续时间长度取决于侦察灵敏度、SAR 工作时间、双方波束的宽度和相对指向等诸多因素。而在其它时刻可能不会再收到或者是隔很长时间后才会再接收到该信号,即接收信号的间隔周期很长。一般清况下SAR信号在短暂出现后即消失,不再重现。
2)SAR雷达发射的信号一般是线性调频信号。
SAR雷达是具有高分辨率的成像雷达,而要提高雷达距离分辨率根本的措施是增加信号带宽,增加带宽的典型方法是调制。为了充分利用发射管峰值功率.不希望采用调幅信号,而常用调频或调相的方法增加信号带宽。为了保持信号的窄带性质,信号的频率和对运动引起的脉丙相位频信号,对高分辨率的度更方便。相位随时间均应作“缓慢”变化。同时由于相位编码信号畸变十分敏感,所以一

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