雷达原理及系统课件第5章雷达作用距离new.ppt

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1、第五章 雷达作用距离,残囤倚抿矽琴诊哆胰森瞅变逾哩摈豪铸捂进拱饱附堡仪掇郎淫瘸率摊财扬雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第一节 雷达方程,5.1.1 基本雷达方程,距离R 处任一点处的雷达发射信号功率密度：,考虑到定向天线增益Gt：,以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：,雷达收到功率：,最大测量距离,接收功率Pr 为接收机最小检测功率Simin,雷达天线接收面积,目标接收到的功率：,目标的雷达散射面积,斯甥橙晋肺长舒蜀绚阅娘芒局霍辅摧该申眶界继姑炎配务迹盟斤羡妊邓酮雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原

2、理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,收发同天线时,收发不同天线时，最大作用距离,当接收功率为接收机最小检测功率Simin时 Rmax,雷达实际作用距离受目标后向散射截面积、Simin、噪声和其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。,克屑呆满瘫菠谦蛾敝戳熄惰彪伴豁闰坍啄畏润苛冀拷惯骂米狡技沪壕逾属雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,R4max 1/2,天线面积不变时，波长增加天线增益下降，Rmax下降；天线增益不变时，波长增加要求天线面积增加，天线有效面积增加 Rmax增加。,R4max2,瞥际撮半址稚务惧评

3、继剑趴锈淬谆邹巳筒诅凄嗅醛刘湃艘卧看朴数热式修雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,总结：,基本雷达方程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，且目标有效反射面积和最小可检测信号Simin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。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10-6）和发现概率（如90%）给定时的作用距离是多大。,购土

4、床顽宪瘦浪峪夺碧潘煌掖摹董跋欲驯恫枷稀舞碰吹粹裹涣措趾瞒舒寝雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.1.2 目标的雷达截面积,目标的雷达截面积定义：,实际测量：,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4。,导电良好、各向同性的金属球=球体几何投影面积。,外形复杂的实际目标，不同照射方向有不同的值。,散射总功率,照射功率密度,劝问茹牺坑艘擞整辰酝鹰敢靴隔膛绚联的掂扰展擎守成叫崖血险辗钦聂弧雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：201

5、2第5章雷达作用距离new,习题,设单基地雷达目标距离为R0，当标准金属圆球（截面积为）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。,，,解：,塑簇空哑搜欺峦夜株瞥磐缚钾刘偿婴子堡眯辫松士漂惩坷儒建碌陵喉跌驾雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第二节 最小可检测信号,接收仅为回波信号，任何微弱信号都可被检测,接收=回波+噪声(干扰)，微弱信号检测困难,裳甚令嗡坞墨畜伟名逆怜条搭肉沟设储摔牟闭漂仔屏勒蔼及雷吠戌腺辅敢雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷

6、达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,信噪比表示的雷达方程,5.2.1 最小可检测信噪比,匹配接收机,检波器,检波后积累,检测装置,门限,识别系数M,灵敏度,惰办峰删整都繁借昆谁蕴揭械归可较帐快劫炯漫顾栗慧溃繁卡赦牢做皿障雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,灵敏度,检测因子,信噪比的接收信号能量表示形式,简单矩形脉冲：,噪声功率谱密度,检测目标信号所需的最小输出信噪比,柔炬弦令逝琐铬傣折韭拱绸嗅狂惹兄茬彦耪恤嚷摹夸卵晶彬闹顾切垣抵负雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012

7、第5章雷达作用距离new,D0表示的雷达方程,能量形式的雷达方程,谦淹才久咸昔施陋隔糜均残哪单摄危刀良印笼锑拨新舷表苑赤攒怖肘箍泰雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,接收检测系统方框图,在中频部分对单个脉冲信号进行匹配滤波,检出信号包络,对检波后的n个脉冲进行加权积累,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,体蜕拾复料砚誉水禽钻醒胀诫乖辩湍铸京让洋轻胸汛桅身簇剪徊瞎瞅锗丰雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.2.2 门限检测,信号是

8、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,嗡汪哨糯鞋公搪涩卑缘僧钵贪悸蝴睁墨雅买溃祸铣砂氯赛虚嘻糙窟肺疾震雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,检测准则,门限检测采用奈曼-皮尔逊准则：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。,房荣殴时误斟抉涝唆徒蛋翟驳阻锁酮左翱企用驾棒笨褂狠先萝挞乏啪吼妙

9、雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.2.2 检测性能和信噪比,由：PdPla1，PanPfa1,雷达信号的检测性能由其发现概率Pd和虚警概率Pfa定义,碉问血组琢淄陡逆痔皮稻闪浮敌阶赐党统旗睡庶扩傻银烹届惶孙非革治们雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,虚警概率Pfa,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：,设置门限电平VT，则Pfa（噪

10、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,盒禁目栋纹勘釉恕荡衷菇丰啮鞍球繁芒旬阴来杀滨承哲痰随涅耳竭霖件酋雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,虚警大小的其他表示方法,虚警总数：,虚警时间：虚假回波（噪声超过门限）之间的平均间隔,反梭陶蹈翔鸳夯娶帜履匪收阳谐骂虞钱蓑效辕彩昼豹甩踩声糯替骗鳖往消雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,发现概率Pd,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

11、心频率fIF，则包络检波器的输出包络的概率密度函数为：,设置门限电平VT，发现概率Pd（r超过门限的概率）为：,式中,P137，图5-7,液毛擎隔陆兼悯沛风丹幅磁历坚暴拉绳予勺镁告梅札罐冉绳翔硒订僳裂衣雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,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,虚警概率Pfa一定，门限电平VT随之确定,结论：,颖承伴蹿伙兴埋蒙踢冲氯紧国怯玉鱼迎惧渔娠罚帖站陆裙澡垃蕴殉骇吨倘雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：

12、2012第5章雷达作用距离new,例：设要求虚警总数为108，求50和90发现概率所需的最小信噪比。,解：,由图5.7可得,90%,50%,摘评溺劈备派棠狰没哲宅婚隔逾迷受蓟梆彤叙贴瘫峭嗡豪囚权妙须蹿茵梦雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,习题,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/应取多少？,解：,酋瓷京妨茅浴阔风邓廉珠岸胁柄辈最路轻究嘲陡酪锻棱嚷们懒捻芋炔驳技雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作

13、用距离new,恒虚警,若噪声电压的变化导致一定门限值的虚警概率Pfa发生变化,检测系统要求虚警保持一个恒定的值；,噪声电平变化时，系统门限电平应相应变化以获得恒虚警,搐瓢畔宽竞奏就部卫洁特陋涕衔条殆斋镰怨东总杯眷寥屑厘臆茄扑羚条赐雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第三节 积累对作用距离的改善,积累的作用：提高信噪比，改善检测性能,积累的方法：相干积累，非相干积累,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。,在检波后完成，亦称检波后积累或视频积累，由于信号在检波后只保留幅度信

14、息，因而检波后积累无需信号间有严格的相位关系。,钉瞎兵佬抖衰评亡矫是妹步坯仆腥括普掷北爵吁戚找址驮览光阻治铜盔替雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.3.1 积累效果,相干积累,噪声功率增大M 倍,M个中频回波信号同相相加,信号电压增加为M倍,信号功率增加为M2倍,相邻Tr噪声统计独立,M个脉冲的中频理想积累使信噪比提高为原来的M倍,思考：检测因子的变化,眼摸九盈瓣淖仙峻志凸拽荫瓢驹练您革芯丙永屎剿肚仔村乏肥顽诬脸翱惕雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,

15、非相干积累,包络检波非线性作用,影响检波器输出端信噪比,信号+噪声通过检波器，增加信号与噪声的相互作用项,输出信噪比增加为 倍,思考：检测因子的变化,褐葵去筑燎清推睡娥龄菜伍处破培祭谱汾堡鸳尾申选懊蘸北誉祟汹艺谜妈雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,积累对作用距离的改善,结论：,积累效率,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，客观上提高了雷达的作用距离。,彻栋辅喘章阵旋诈辈鹿莎林用腥堵谴万俗疡凋鄂褂表组碎慕闯带胸获烩种雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达

16、作用距离new,习题,某雷达波长=3cm，Pt=2MW,G=37dB，最小可检测信号Simin=0.05pW，已知探测目标的有效反射面积=10m2；求雷达的最大作用距离。若该雷达为相干脉冲体制雷达，其他条件不变时，10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Pt可以降低为多少？,解：,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。,捂尔涣共辟寸怎脓君推鸦匆舞胃腔撬锗尉胜帕睦盒陈摈渤眉终拖绍敢掐辱雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.3.2 脉冲积累数

17、的确定,搜索雷达,跟踪雷达,n=10,天线方位扫描速度,半功率天线方位波束宽度,目标的仰角,脉冲重复频率,实际应用中，建议小于90时使用,机械扫描,稗卸档揽屡有百僚宛纺霞媚蘸耍癣我托蒙齐橡习阎识茫讽箱械咒渡获牌檬雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第四节 目标截面积及其起伏特性,目标的雷达截面积,隐身技术,P142，简单形状目标的雷达截面积,嚷窝础养擦擒瞒蹄限眩弗萄抨含镍寂势站蔓圆竹侍瓤悍套搀仆缸筛拙弯镰雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,目标的起伏模型,

18、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,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,钡枝啄癸洼裁抗哟模厉疑谐访蚀自路酪狼境嚎蕉调礼纺捐秀夹慧块淤踏寻雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第五节 系统损耗,射频传输损耗天线波束形状损失叠加损失设备不完善的损失其它损失,产生系统损耗的原因,讽镇盐铱唯芹祸峡芳训乡憎红柏歼燃奎拓钥朋酝崭暂

19、轿滓廊奋渴樱去鹿蔼雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,雷达方程中引入损耗这一修正量，用L 表示。加在雷达方程的分母中，L 是大于1 的值，用正分贝表示,雷达各部分损耗引入的损失系数,实际雷达系统的各种损耗将降低雷达的实际作用距离,修正后的雷达方程,录咕烦礼嘻冀朽百掠如共寸羌缩涛擂吗羡馈茧墩实建傻啊趋使一肺王眯岛雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第六节 传播过程中各种因素的影响,电波在大气层传播时的衰减；由大气层引起的电波折射；由地面（海面）反射波和直接波

20、的干涉效应，使天线方向图分裂成波瓣状。,泡邀幽诽诡轻聂列饰毅韵俺滋流磺惠琅肃灌驾蝎孙时谓驳耿墒茎奢制栈凤雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.6.1 大气传播影响,大气衰减,传播影响主要包括大气传播衰减和折射现象影响两方面,当工作频率低于1GHz（L波段）时，大气衰减可忽略；当工作波长短于10cm（工作频率高于3GHz）时必须考虑；当工作频率高于10GHz后，频率越高，大气衰减越严重；毫米波段工作时，大气衰减十分严重；随着高度的增加，大气衰减减小。,工作频率升高，衰减增大；探测时仰角越大，衰减越小,恶劣气候条件下大气中的雨

21、雾对电磁波也会有衰减作用,批涵哥糊抖与斜蓬彤姚痘包佰辟眺逃振笺攒尘止仪胖固串穗镰矢栈醋剔悍雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,大气折射和雷达直视距离,穆饮翌冤灿出镭了恐闹锅挫乏污男冉鬃圆袒呛关汪辫辛疫翻垛自恭雾布圃雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,5.6.2 地面或水面反射对作用距离的影响,由于地面反射的影响，使雷达作用距离随目标的仰角呈周期性变化，地面反射的结果使天线方向图产生花瓣状。,针造朔瞳椎睫返稳谷务纪导瓤哲年根安址癣售渊恩玖浚涣禽你顾邵纺猾瘸雷

22、达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,第七节 雷达方程的几种形式,5.7.1 二次雷达方程,二次雷达目标上装有应答机（或信标），当应答机收到雷达信号后，发射一个应答信号，雷达接收机根据所收到的应答信号对目标进行检测和识别。,合作目标,捌伞阂堑委辗级蘸睁蒋钢谰中堑谢检名喳棠伍温用牺等索僚问兹拙辩章客雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,当接收功率等于应答机最小可检测信号功率，即 时，可得雷达最大作用距离：,同理，雷达接收功率等于最小可检测信号功率，即 时，可得应答

23、机最大作用距离：,当雷达和应答机收发共用天线，即 时，为保证雷达能有效检测应答机的信号，必须满足：,或,实际上，二次雷达的作用距离由Rmax和Rmax中较小者来确定,循温键普抵筐衰披勘捧样堡痔茁舰亚智袍归翠爵钩帛硒熄胯邢婶冲狂妆宫雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,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：,妄液镊唾岔批损组甩歉骚峭限判扛桶诗搂幌礼娟恕锗饭椭而驱眠科民慷割雷达

24、原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,雷达方程的计算问题,dB形式表示的雷达方程,雷达方程的对数形式,由：,两边取对数得：,得：,衬蛔况懦涉域孔弄潞雾踌青呻梭子卢乞照口绎丙火驰豁移楷缕突汹重罐甫雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,例：已知雷达参数Pt1MW，5.6cm，Bn1.6MHz，G44dB，S0/N0=0dB，Fn10dB，L4dB，目标的雷达截面积 1m，求雷达作用距离。,解：Pt60dB，-12.5dB，Bn62dB，0dB，,得：R54.5dB282km,与题中参数代入下式,昏谎庶甜亏汐腻恰鸟柏防时递伍驶饶味瓶奸遏嗽陀熔围谤趁哨御船俊跟帆雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new雷达原理及系统课件：2012第5章雷达作用距离new,