雷达原理-绪论-西电魏青

news2024/10/1 20:54:15

Radar 雷达：radio detection and ranging 无线电探测和测距
无线电：电磁波信号
探测：通过电磁波信号的一个回波特性实现物体探测
测距：利用回波信号（现在技术发展，不单单是测距，还能是物体的各种属性）

发射天线发射电磁波，上空的飞机有各种电磁波信号的散射，其中回来的散射就是反射信号，解析这个反射的信号即雷达信号，就可以获得飞机的方向（角度信息）、速度信息、形状信息、距离信息。这样有发射天线、发射机、接收天线、接收机的一个装置就是一个简单的雷达。
军事雷达：比如二战时期英国在西海岸布置了一个雷达网（多个雷达），用来防空，也叫本土链，抵御住了德国的轰炸。
民用雷达：飞机场的导航雷达，指挥飞机的降落，监控飞机的航向；气象雷达，卫星上的雷达，获取了气象信息；又比如很常见的倒车雷达，嘀嘀嘀，就是在测距

1.1、雷达的任务

早期：测距
现代：测距，角度（方向），速度（雷达测量），目标形状（成像雷达）

一、雷达的基本组成

天线：发射信号，接收回波
发射机：产生射频信号
接收机：接收信号（波段：射频-中频-视频）
假设发射的电磁波 St(t)=Acos(2Πf0t+fai)，波长：电磁波一个周期走的路程=TC=C/f0

雷达工作的方式除了连续波，还有脉冲波
脉冲宽度、脉冲

终端显示设备：显示探测的一个信息
伺服系统（天线在转）、同步设备

二、目标参数的参考

1、坐标系

球坐标（R，α方位角：水平面的方向，β俯仰角：空间高低的变化）

2、距离的测量

单位换算
1000 yd=3000 ft= 0.914 km
1海里 =1.853 km

3、角度的测量

条件：（1）电磁波是直线传播（在均匀介质中传播）
（2）雷达天线具有方向性（雷达天线分为：各向异性天线有方向，各项同性天线无方向）
天线在某个方向的增益是根据雷达天线方向图确定的。
雷达天线方向图：有方向性天线相对于无方向性天线，在某个方向上功率增加的倍数

方向图的里主瓣的宽度叫波速，波速越窄越瘦，增益越大

雷达里真值到分贝的转换为10log

4、速度的测量

多普勒效应：多普勒频率 fd = 回波频率fr-发射信号频率 ft

多普勒频率的正负能否判断出飞机是远离雷达还是靠近雷达

5 、目标形状的测量

该领域比较多的是两种雷达（成像雷达）：
SAR 合成孔径雷达 ：雷达可以装在某个运动载体上比如飞机、卫星，可以对相对静止的物体进行测量
ISAR 逆合成孔径雷达：雷达在地面，对运动的物体进行成像比如空中的飞机、海面
成像雷达同样也是对回波信号进行数据处理分析

三、基本雷达方程

基本雷达方程就是雷达最大作用距离方程，基本体现在理论上，发射机和接收机在同一个点，单基地；另外只考虑了理想无损耗空间

在这里插入图片描述
注意：
雷达方程里真值和db的换算必须为标准单位
$S_{imin}$ 真值和db的换算不用为标准单位

例： $P_{t} =100k,G_{t}=G_r=23dB,λ=5cm,S_{imin}=-110dBm,δ=5m^2,求R_{max}？$
解得 $G_{t}=G_r=10^{23/10}w, S_{imin}=10^{-110/10}mW=10^{-14}W,λ=5^{-2}m$
然后带入雷达最大距离方程计算 $R_{max}$

1.2、雷达的工作频率、应用、发展

一、雷达的工作频率

常用的工作频率 220M ~ 35GHz (和波段关系：射频频率*波长=光速C)

常见波段	中心波段对应波长	工作范围
L	22cm	20~35cm
S	10cm
C	5cm
X	3cm	10GHz
$K_u$	2.2cm
$K_a$	8mm

二、雷达的应用

1、军用

预警雷达：最大作用距离很远，比如防范洲际导弹
警戒雷达：一般600KM
引导指挥雷达：双方为友方
火控雷达：给地面的火炮、武器指明空中的目标
战场监视雷达：监控战场信息
测高雷达：一般装在空中载体上，测量载体高空距离，比如飞机到海平面
近炸引信：安装导弹上，探测近距离有物体，就爆炸，不一定是挨着物体才爆炸