Introduction to Radar Systems
雷达系统的介绍
美什科尔尼克
起止页码：1—20页 出版日期：2001年
出版单位：麦格劳希尔公司数字工程图书馆
第一章 雷达的简介和概要
1.1雷达的简介
雷达是一种检测和定位的反射物体电磁传感器。它的操作可归纳如下: ●雷达从天线辐射电磁波传播到空间。
●有些是截获反射对象的辐射能量通常称为目标由雷达定位距离。 ●截获目标许多方面是辐射能量。
●一些辐射(回声)能量回到并接收到雷达天线。
●经过放大接收器并在适当的信号处理后，判定在接收器输出是否目标回波信号的存
在。此时目标位置和可能的其他有关信息都应被获取。
一个普通的波形由雷达辐射一系列相对狭窄波形，如矩形脉冲。一个为中程雷达探测飞机可能被视为一个的持续时间1秒短脉冲（1微秒）;脉冲之间的时间可能是100万毫秒（所以脉冲重复频率波形1千赫）从雷达发射机峰值功率可能有100万瓦（1兆瓦），以及与这些数据中发射机平均功率为1千瓦。一个1千瓦的平均功率可能低于通常在一个“典型的”教室中电力照明功率。我们假设这个例子雷达可工作在微波频率的中间范围，如从2.7至2.9 GHz，这是一个典型的民用机场监控雷达频带。它的波长可能是大约10厘米（为简单起见四舍五入）。这种用合适的天线雷达可探测飞机外或多或少50至60海里范围。回声功率从一个目标雷达接收到变化可以有较大的范围数值，但我们随便假设的“典型”作说明用途，回波信号可能有可能10?13瓦的功率。如果辐射功率为106瓦（1兆瓦），在这个例子中雷达发射功率从一个目标比例的回波信号功率的为10–19瓦，或接收回声是比传输信号更少190分贝。这是一个传递信号的幅度和检测接收到的回波信号之间特别的差异。
一些雷达的探测目标范围是后面本垒板的投手土墩到棒球场的短距离（测量一个抛球速度），而其他雷达的工作范围可能是最近的行星那么大的距离。因此雷达可能是小到足以保持在一个足够大的手或手掌，大到占足球空间领域。
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雷达目标可能是飞机，船舶，或导弹，但雷达目标也可以是人，鸟类，昆虫，降水，晴空湍流，电离媒体，地面特性（植被，山，道路，河流，机场，建筑物，围墙，电力电线杆），海，冰，冰山，浮标，地下特性，流星，极光，航天器和行星。除了测量范围目标以及它的角方向，雷达还可以通过确定的时间范围与测量的变化率确定一个目标相对速度，或从径向速度转移的回波信号提取多普勒频率。如果该位置运动目标是衡量一段时间内跟踪或目标轨迹，可以发现其中的目标和方向的运行相对速度，可确定和作出预测的将来位置。正确设计的雷达可以确定目标的大小和形状，甚至可以能够识别另一种对象或类型。
基本的雷达组成。图1.1是一个非常基本的框图上展示子系统中经常出现的雷达。这里表示的这个发射器是作为一种功率放大器,其产生一个合适的特定工作波形使雷达来完成。它的平均功率可能小到毫瓦的功率和大如兆瓦特。(平均功率是一个的比雷达的峰值功率更好的体现。)大多数的雷达使用短脉冲波形这样一个可以用在时间共享单一的天线为发送和接收的基础
双工器的功能是允许一个单一的天线被用在保护敏感接收器关掉而发射机在通过直接接到回波信号而不是发射机。
天线设备能够应用传输能量到空间,然后收集到接收回声能源。它几乎是一个导向天线引导辐射能量到一个集中窄的波束以及允许测定目标的方向。天线上传输指令产生的窄波束通常对接收允许弱目标回波信号大面积收集。天线不仅集中传输能量和而且在接收回声能量上,但它也是作为一个空间滤波器来提供角分辨率和其它功能。
本地振荡器 混频器 放大 滤波 检测波 形 音频放 大 显示 低噪声放大器 双工器 功率放 大器 波形产 生器 图1.1框图是一个简单的采用在图上部作发射器和一个在图中下部作超外差接收机功率放大器雷达。
放大接收器接收信号弱的水平可以被检测到它的存在。由于噪声对雷达作出操作的能力和可靠的检测获得有关信息最终目标根本有限，采取以保护方式是接收器产生很少自身噪音。大多数雷达发现在微波频率噪声影响雷达性能通常是从接收第一阶段表现为低噪声放大器如这里图1.1。对于许多雷达应用中的限制检测是不需要的，从
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空间中雷达回波（称为杂波）接收器需要有一个足够大的动态范围以避免出现回声探测的混乱产生不利影响使移动目标方向接收器饱和。一个接收器的动态范围通常以分贝表示被定义为比例最大最小功率电平输入信号。最高信号水平可能需要设置接收机的反应是可以允许的（例如非线性的影响，信号功率和接收开始饱和）开始饱和的最低的信号可能是最小的探测信号。如果接收器是IF部分，这个信号处理器通常是可能会被描述为是一部分隔开的干扰信号，组成部分可能降低检测过程所需信号。信号处理还包括多普勒处理及最大化的信号与运动目标，杂波大于杂比接收器的噪声。信号处理包括匹配滤波器的输出信噪比的比值最大化。,并把来自另一个移动目标和杂乱回波信号分离开。这个检测由接收器输出决定，那么接收器输出超过一个预定的阈值时一个目标是存在的。如果阈值设置太低噪声过量可引起虚惊一场。如果阈值的设定过高会被发现一些目标可能错过了,否则会被发现。所以这个标准水平的决定是设置阈值的数值，它产生一个可接受的设定的平均值的假警报因为接收器的噪音。 这个检测确定后一个跟踪目标位置的轨迹测量即可以确定。这是一个数据处理例子。目标探测信息或跟踪由操作显出来,或检测信息可能被用于自动引导导弹目标或雷达的输出可能进一步的处理提供其他有关的情况目标。雷达管制确保各部分的雷达在一个协调与合作的方式操作。例如提供定时信号不同部分的雷达的要求。 雷达工程师已经是资源的时间让良好的多普勒加工、带宽范围、空间好让一个大型天线对能量有长范围性能和精确测量。外部因素影响雷达性能包括目标特征;外部噪音可能进入通过天线不必要的杂乱回波信号。从陆地、海洋、鸟或其它的电磁干扰雨天,由于散热器和传播的影响及地球表面的氛围。这些因素都提到要强调的是他们在雷达施工中出现会更加重要的设计。
雷达发射器。该雷达发射机必须不仅能够产生所需的高峰期，发现在最大范围内的平均预期的目标的功率，而且要产生一个适当的波形和特定应用所需的稳定的信号。发射器和振荡器放大器但后者通常提供更多的优势。
已经有许多种类的雷达功率源应用于雷达(第10章)。磁控管的功率振荡器一度非常流行但很少除了民用航海雷达（第22章）使用。由于磁控管的相对较低的平均功耗（一个或两个千瓦）和稳定性差，其他功率型通常更适合需要长期应用在大型杂波回波存在移动目标小范围的检测。磁控管功率振荡器是一个是所谓的交叉领域管的例子。还有一个相关的交叉领域放大器（CFA）的已使用在过去一段雷达，但它也经历了重要雷达应用的局限性，特别是对需要在移动目标检测的杂波。高功率速调管和行波管（TWT）是所谓的线性束管的例子。在雷达经常采用的高功率，既有适当的宽带宽以及良好的稳定需要的多普勒处理，并且都大受欢迎。
固态放大器，如晶体管也被用于雷达尤其是在相控阵。虽然个别晶体管功耗相对较低，许多辐射的天线阵列的每个单元可以利用多个晶体管来实现高功率雷达许多应用的要求。当固态晶体管放大器的使用时雷达设计师能够满足高占空比长脉冲在这些
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