第30讲 电磁波探测——雷达.pptVIP

2004-10-12 CRIRP 电磁波在雷达系统中的应用 雷达系统 雷达原理 * * 雷达(radar): Radio Detection And Ranging无线电探测与测距。 工作机理: 电波遇到物体产生反射 根据从物体反射回波获得被测物体的有关信息 电波垂直入射近理想金属表面时所产生的反射最强烈 先发射电磁波，然后接收反射回来的电磁波根据反射回来的电磁波特性判断物体的特性 雷达应用： 测距 定位 测速 通信 导航 等 雷达工作原理 发射机 发射天线 接收天线 雷达组成 接收机 显示、记录设备 天线控制系统 雷达主要用途： 传统：探测目标的距离、方位、速度等尺度信息。 现代：传统+目标识别 发展原因：计算机技术、信号处理技术、电子技术、通信技术等相关技术的发展。 现代雷达系统组成 雷达探测原理 雷达目标位置测量 目标速度与其它参数的测量 目标距离测量 目标方位角和俯仰角的测量 目标高度的测量 目标径向速度测量 目标识别 目标位置探测 目标位置探测——测距 电磁波在自由空间是以光速传播 雷达与目标之间的距离为s 发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔Δt 则目标距雷达的距离为: 传统的雷达采用同步扫描显示方式 现代雷达采用DSP将所测距离直接显示或记录下来。 目标位置探测——测向 雷达系统使天线波束按一定规律在要有哪些信誉好的足球投注网站的空间进行扫描以捕获目标。 当发现目标时, 停止扫描, 微微转动天线, 使接收信号最强时, 天线所指的方向就是目标所在方向。 从原理上讲，利用天线波束尖端的最强方向指向目标从而测定目标的方位是准确的。 由天线方向图可知, 波束最强的方向附近, 对方向性是很不敏感的, 带来较大误差,这种方法适合有哪些信誉好的足球投注网站雷达而不适合跟踪雷达。 单脉冲技术是解决测向精度的有效方法。 目标位置探测——测高度 目标速度探测 多卜勒效应：振荡源发射电波以不变的光速c传播 目标相对雷达运动时, 接收频率f与雷达振荡频率f0差为 接收者相对振荡源不动, 则接收频率与发射频率相等 振荡源与接收者之间有相对接近运动, 则接收频率大于发射频率 振荡源与接收者之间有相对远离运动, 则接收频率小于发射频率 目标识别 利用雷达接收到的飞行目标的散射信号, 从中提取特征信息并进行分析处理, 从而分辨出飞行目标的类别和姿态。 目标识别涉及到的知识： 电磁散射理论 模式识别理论 数字信号处理 合成孔径技术 等 例如频域极点特征提取法： 基点：回波中有限频率的幅度响应数据与目标的特征极点有一一对应关系。 根据回波中有限频率的幅度响应数据提取目标极点 将提取的目标极点与各类目标的标准模板库进行匹配识别 雷达方程 单脉冲雷达 天线：卡塞格伦天线 馈源：矩形多模喇叭 当天线对准目标时：接收电磁场只有主模TE10模 当天线偏离目标时, 除主模外还会产生高次模, 其中TE20模会随着天线角度的变化而变化。 几种典型的雷达系统 目标在喇叭中心线右面时，喇叭右侧的能量较大而左侧较小,这时等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠加（加）。 当目标在喇叭中心线左面时, 等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠加（减）。 单脉冲雷达的工作原理： 设法从喇叭馈源中取出TE20模, 它的幅度随目标偏离天线轴而增加, 相位取决于偏离方向而相差180°, 从而为单脉冲接收机提供了方向性。 检测到的角度误差信号去控制驱动机构使天线转动, 改变其方位和俯仰, 当误差为零时天线瞄准目标, 从而实现自动跟踪的目的。 相控阵雷达 相控阵雷达特点 便于实现共形相控阵天线所必须的幅度、相位补偿。 减小了高频传输损耗，可获得更大射频功率，有利于提高雷达性能。 降低了大量微波元器件的耐功率要求，改善了阵面结构设计，缩小了体积，减轻了重量。 有利于提高雷达工作可靠性、有效性和改善系统的响应速度。 有利于实现数字波束形成和多个接收波束的自适应控制。 合成孔径雷达 合成孔径雷达分类： 不聚焦型 聚焦型 合成孔径雷达（SAR） 逆合成孔径雷达(ISAR)