教案 第三章 微波雷达系统 20100314

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1、第三章微波雷达系统3.1引言雷达（radar,RAdioDetectionAndRanging）利用无线电能量来延伸人们对目标的探测和观察能力。如果雷达工作在微波和毫米波段，则可以不大的衰减穿过雾、雨、以及云层这些对人眼来说不透明的媒质。雷达发射已知的波形并接收由物体（称为雷达目标）散射的能量和自然界环境背景（称为雷达杂波）能量。波形选择和信号处理用于从杂波中分离出有用的目标信号。利用波形可以测量目标参数，如径向距离、速度和尺寸。非径向的位置和速度分量通常由雷达天线来测量。这一章主要介绍雷达系统的组成、雷达系的估算公式、完成雷达功能的主要微波设备。雷达的应用已日益广泛，除做为航空交通的关键设

2、备（它是雷达的最初商业应用）外，还用于预警、跟踪、武器输送、探测等等。对雷达技术来说，商业应用与军事应用的差别是很小的。美军在其电子设备中使用规范的设备设计体系，其命名以AN开头（正式含义是Aarmy/Navy，但现在用其表示联合电子设备种类的命名体系。在AN/后的三个字母分别表示平台、类型和功能，接下来是序列标号和从A开始的改进型号。一个典型的雷达型号为AN/MPQ-46，它是移动连续波（CW）跟踪和鹰式导弹的照射系统。各种符号的定义如表3.1所示。型号如AN/MPQ-46()或AN/MPQ-()则表示尚未正式命名的改进型或序列号。“()”表示“O”型腿或跛脚。商业雷达的命名如ARSR-3

3、（AirRouteSurveillanceRadar，空中交通民用雷达）。图3.1给出了ARSR-3雷达的功能组成部分示意图。其包含的双系统同时工作于稍稍不同且相反极化的频率上，这使得系统允许其中一个雷达关机维修。其单侧雷达平均无故障工作时间超过1300小时（三个月）。因内建冗余和每周小于1/2小时的预防性维护时间，使其可靠性超过99.6%。这种雷达的微波部分位于建筑物内的机柜内，并通过波导与相邻的天线相联。现代雷达的微波部分的体积或成本在系统中43并不是最大的，精细的信号处理和软件是非常昂贵的。最后，用户的需求是决定系统和微波设计的重要因素。典型的用户需求及其以雷达设计的影响如表3.2所示

4、，显然，这些影响是多方面的、各种各样的、并且高度相互关联的。对ARSR-3提出的部分用户需求如表3.3所示，其频率选择为用于全天候工作的L-雷达波段（见表3.4雷达波段定义），以2−6达到在379公里范围内达到80%的探测概率，以及对雷达散射截面至少2m的雷达目标（能够探测小型航空器）达到10误报6率（每10个脉冲中出现一次误码）。发射脉冲由相位相干速调管及相应的脉冲调制器产生。移动目标指示器性能通过检测接收信号相对于发射信号的多普勒频移来减少对固定目标的探测。微波工程师必须考虑多种可选方案并选择最隹技术用于设计。这些技术受到实际应用的限制，并且间接与雷达系统机理相关。44454647484

5、95051523.2雷达的基本类型及其应用雷达的基本应用包括雷达高度计、预警、武器制导等。这三种雷达构成了不同类型雷达的基础。其它类型还有：超视距雷达，这种雷达用于监视远距离的轮船和飞机、合成孔径雷达，用于从飞机或飞船上获得高清晰的地面雷达成像、导航雷达，用于轮船的航行和飞机的航行安全、以及跟踪雷达，用于战斗机和导弹。3.2.1雷达高度计雷达高度计是一种重量轻、结构简单、成本低的雷达，用来测量距离地面的高度。这种系统通常采用两种调频连续波雷达（FA－CW）和脉冲雷达。3.2.1.1FM-CW雷达高度计在FM-CW雷达高度计系统中，发射的FM测量信号与接收到的信号由于与目标之间来回路程时延而造

6、成频差。对于一个在+Δf和−Δf之间的三角形FM调制波的固定目标的波形如图3.2(a)所示。对这两个相同频率的时间延迟在全程的为TR=2/c，其中R为距离而c为光速。若斜坡斜率为dfdt/，则在给定的时间上，频率差为Rdf2Rd==T(/)dfdtdiffRdtc这个差与工作频率无关（这不同于多谱勒雷达）。53图3.2FM-CW雷达高度计波型与系统框图。(a)FM-CW雷达的频率－时间关系曲线；(b)系统框图。54雷达高度计的系统框图如图3.2(b)所示。在其中，利用耦合器将约10mW的功率耦合至混频器做为本振。非线性混频器产生音频差信号，进入音频放大器。音频放大器的输入滤波器将混频器产生的

7、其它信号去除。限幅器（产生象调频广播一样的等幅信号）驱动频率计数器和仪表显示器。计数器测量T完整调制周期NfT=i。求出距离为mdiffmcfcNdiffR==2(dfdt/)2Tdfdt(/)m将T和Δf联系起来，得(/)4/dfdt=ΔfT，所以mmcNR=8Δf0对于APN-22，其使用1.5WCW磁控管工作，工作频率为4.3GHz，调制频率(1/TH)120=z，天线主瓣60，以保证飞机在俯冲m或爬升