第九章雷達原理1雷達也稱為“無線電定位”，是英文Radar的音譯。利用目標對電磁波的反射、應答或自身的輻射發現目標并測定其在空間的位置、速度，以及獲取更多有關目標的信息。雷達一般工作在超短波或微波波段。這是由于波長越小，目標面積與波長的比值就越大，波的反射越強。另外，高空的電離層對短波是會反射的，而頻率超過30兆赫以上的超短波就能穿過電離層直上太空，這就避免了電離層對無線電波反射作用的影響。所以，雷達必須工作在超短波或微波波段才能有效地發揮作用，探測到目標。2波段的劃分3關于雷達波段的由來（1）最早用于搜索雷達的電磁波波長為23cm，這一波段被定義為L波段（英語Long的字頭），后來這一波段的中心波長變為22cm。當波長為10cm的電磁波被使用后，其波段被定義為S波段(英語Short的字頭，意為比原有波長短的電磁波）。在主要使用3cm電磁波的火控雷達出現后，3cm波長的電磁波被稱為X波段，因為X代表座標上的某點。為了結合X波段和S波段的優點，逐漸出現了使用中心波長為5cm的雷達，該波段被稱為C波段（C即Compromise，英語“結合”一詞的字頭）。在英國人之后，德國人也開始獨立開發自己的雷達，他們選擇1.5cm作為自己雷達的中心波長。這一波長的電磁波就被稱為K波段。4“不幸”的是，德國人以其日爾曼民族特有的“精確性”選擇的波長可以被水蒸氣強烈吸收。結果這一波段的雷達不能在雨中和有霧的天氣使用。戰后設計的雷達為了避免這一吸收峰，通常使用比K波段波長略長（Ka，即英語K－above的縮寫，意為在K波段之上）和略短（Ku，即英語K－under的縮寫，意為在K波段之下）的波段。最后，由于最早的雷達使用的是米波，這一波段被稱為P波段（P為Previous的縮寫，即英語“以往”的字頭）。關于雷達波段的由來（2）59.1雷達的基本工作原理在雷達應用中，測定目標坐標常采用極（球）坐標系統，如圖所示。空間任一目標P所在位置可用下列三個坐標確定：(1)

目標的斜距R——雷達到目標的直線距離OP；(2)方位角——目標斜距R在水平面上的投影OB與某一起始方向（正北、正南或其它參考方向）在水平面上的夾角；(3)仰角——斜距R與它在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角，有時也稱為傾角或高低角。69.1.1目標斜距測量1.脈沖測距測量高頻脈沖反射回波時間避免混疊現象（回波模糊）。脈沖測距的精度主要取決于信噪比和脈沖前沿的斜率。72.連續波測距決定雷達作用距離的最主要因素是平均發射功率，在允許的峰值功率相同的條件下，連續波信號比一般的脈沖信號具有更大的平均功率，因此深空測量多采用連續波測距方式。發射一連續的高頻無線電波，并用較長周期的電信號調制，同時在接收端接收后把較長周期的電信號解調出來，與發射調制信號相比較，從而獲得時間差，即相位差，這就是“連續波測距”。如圖9-4所示為調制信號為單一正弦波的連續波測距原理。連續波信號分為側音信號（諧波信號）和數字信號（非諧波信號），如偽隨機碼、快捕碼及序列碼等。側音信號中包括定側音與掃描側音。定側音是指頻率固定的正弦波作調制信號，而掃描側音是指頻率按一定規律變化的正弦波作調制信號。定側音又分為單側音（單一正弦波）和多側音（頻率比為整數的一系列正弦波）。899.1.2目標角位置測量測量空間目標相對于地面站角度的方法分為兩大類：相位法和振幅法。相位法測角(平面波)利用目標回波信號相位差別進行測角的方法叫相位法測角。圖9-5為相位法測角的示意圖。10振幅法測角（三種）振幅法測角分最大信號法等信號法最小信號法。1.最大信號法以波束軸對準目標接收到最大回波時的角度作為目標的角坐標。最大信號法測角的優點是測角過程簡單，缺點是測角準確度不高，一般只能達到波束寬度的10％－25％。由于天線波束方向圖在最大值附近比較平坦，變化率很小，因此目標在軸線左右，回波強度變化緩慢，不易判別，所以目標的角度不易測準。112.等信號法在等信號法中，兩個波束可同時存在，也可交替出現。兩套天線接收系統同時工作，叫做同時（瞬時）波瓣法；兩套天線輪流工作或用最大輻射方向偏離等信號線一個角度的波束旋轉來得到，叫做順序波瓣法。等信號法的優點是測角精度較高，收發天線分開時，測角精度比最大信號法約提高6倍，收發天線共用時約提高12倍。它的缺點是天線設備比較復雜；另外由于等信號軸方向不是波束最大方向，在發射功率同樣的情況下，它的作用距離比最大信號法的作用距離要近些。123.最小信號法最小信號法測角從理論上說具有較高的精度，因為在方向圖的零點附近變化率最大，但實際上由于噪聲干擾不可能得到高的測角精度；另外當方向對準目標時方向圖的最小目標回波消失，從而失去了測距的可靠性，作用距離不遠；也不能進行自動測角。所以，雷達中很少用這種測角方法來測目標的方位角，只是在波長較長（如米波）的雷達中，由于天線波束較寬，垂直瓣受地面反射的影響發生分裂，形成多瓣，可利用垂直波瓣的零方向來粗略地測目標的仰角。139.1.3相對速度的測量目標徑向速度的測量方法有兩種：距離變化率直接求速度；多普勒頻移求速度。單向多普勒測速雙向多普勒測速如果由地面三個或三個以上已知位置的測量站分別測出目標相對于各測量站的徑向速度，且已知目標在該時刻的位置，則由3RR定位方法可求得目標速度的大小及方向。149.1.4雷達的主要戰術參數（應用參數）1.雷達用途。2.雷達威力范圍：它由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角及方位角范圍決定。3.分辨率：能區分兩個點目標之間的最小距離ΔR與最小角度。4.數據率：單位時間內雷達所能提供對一個目標數據的次數，即雷達對整個威力范圍內完成一次搜索所需時間的倒數。5.跟蹤速度：自動跟蹤雷達連續跟蹤運動目標的最大可能速度。6.抗干擾能力：雷達通常在各種自然干擾和人為干擾的的條件下工作的能力。7.雷達的準確度及精密度：159.2雷達發射機和接收機169.3目標及其發現目標是雷達觀測的對象。雷達發射的電磁波，在傳播時遇見目標，—部分能量被目標所吸收，轉化為熱而消耗了，另一部分被目標所重新輻射。目標重新輻射，可認為是沒有方向性的，這一重新輻射的能量，將有一小部分被接收天線所截獲進入接收機，從而發現目標。所以，雷達接收機一定是對弱信號的處理，SNR的概念與蜂窩通信理論截然不同。Maximum&Balanced17目標的回波信號與目標本身信息的對應關系可以簡單的歸納如下：反射信號的存在代表著目標的存在；信號的時延代表著目標與雷達發射機有一定的距離；目標的多普勒頻移代表著目標的徑向速度；回波波前的法向方向代表著目標的角度信息；幅度對空間的變化率可以反映出目標的形狀；幅度對時間的變化率可以反映出目標的自旋特征；幅度對頻率的變化率可以反映出目標的大小和體積。目標18由于噪聲的存在，判定是否有目標，并不是絕對，也就是說，目標的發現應以概率的大小來度量。在判斷的過程中，有目標存在，監測器判定有目標，這種事件發生的概率叫做發現概率；沒有目標只有噪聲存在，監測器也判定有目標，這種錯誤事件發生的概率叫做虛警概率。對于檢測器來說，希望有較高的發現概率和較低的虛警概率。發現概率和虛警概率是信號檢測問題中兩個重要的性能指標。發現19自然界中的物體是否屬于雷達目標要視雷達的任務而定。一般說，希望觀測的物體都可稱為雷達目標，如對搜索和跟蹤