第一章雷达基本工作原理ppt课件

《第一章雷达基本工作原理ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章雷达基本工作原理ppt课件（32页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、雷达与ARPA 大连海事大学航海学院仪器教研室第一部分雷达根本任务原理1.1根本概念根本概念雷达雷达:Radar Radio detection and ranging 无线电探测和测距。无线电探测和测距。定义：定义：雷达是一种经过发射电磁波和接雷达是一种经过发射电磁波和接纳回波，对目的进展探测和测定目的纳回波，对目的进展探测和测定目的信息的设备。信息的设备。电磁波特性电磁波特性直线传播二次辐射反射目的雷达目的雷达目的雷达所能发现的一切目的。船舶岛屿陆地浮标海浪杂波雨雪杂波目的信息目的信息相对位置间隔和方位真速度真航向CPAClosest Point of Approach)TCPA(Dist

2、ance to CPA)(1)避碰避碰 间隔，方位，速度，航向间隔，方位，速度，航向.丈量目的参数丈量目的参数(2)无视野限制无视野限制(1)远间隔探测远间隔探测尽早发现目的尽早发现目的三个主要用途三个主要用途:(2)定位定位导航导航1.2海上雷达的用途海上雷达的用途雷达雷达/ARPA,ECDIS,GPS/DGPS和自动舵构成的自动和自动舵构成的自动船桥系统是未来主要的导航系统船桥系统是未来主要的导航系统雷达构造及其任务原理雷达影像失真的特点及其产生缘由影响雷达正常观测的诸要素雷达测距/测方位雷达定位与导航雷达航标1.3雷达考核内容雷达考核内容1.4 雷达的测距与测向原理方向扫描方向扫描量程量

3、程:回波回波(at 10 nm)tt123.5s123.5s荧光屏边缘荧光屏边缘本船本船目的目的岛屿岛屿12 nm目的目的90245245EBL901802700方位标志方位标志海图平海图平面面雷 达 平雷 达 平面面Fig.间隔与方位丈量间隔与方位丈量扫描线扫描线固定距标圈固定距标圈HL岛屿岛屿本船本船雷达不能雷达不能“感知目的的反面，感知目的的反面，因此目的的后沿是不可见的因此目的的后沿是不可见的.1.雷达测距原理雷达测距原理 t:往返于天线与目的的时间往返于天线与目的的时间,C:电磁波在空间传播速度电磁波在空间传播速度3108m/s。2.雷达测向原理雷达测向原理 借助于定向天线借助于定向

4、天线 扫描扫描.1.4 雷达的测距与测向原理1tCR2=2 雷达根本组成发射脉冲发射脉冲回波回波发射机发射机接纳机接纳机电源电源船电船电船首线船首线 微波传输线微波传输线天线天线方位方位回波回波T/R触发器触发器显示器显示器1.波长波长 S 波段波段 10cm波长波长 20004000MHz 7.515cm 3050MHz X 波段波段 3cm波长波长 800012500MHz 2.43.75cm 9375MHz。2.脉冲宽度脉冲宽度 每次发射脉冲的射频振荡继续时间每次发射脉冲的射频振荡继续时间.0.050.2us3 雷达相关技术参数天气好天气好:X band;天气坏天气坏(雨雨/雪雪):S

5、band3.脉冲反复频率脉冲反复频率f/脉冲反复周期脉冲反复周期T fP.R.F Pulse Repeat Frequency 每相邻两次发射脉冲的时间间隔每相邻两次发射脉冲的时间间隔。4004000Hz4.发射峰值功率发射峰值功率Pt:在脉宽继续时间内在脉宽继续时间内的功率的功率3 雷达相关技术参数5.发射平均功率发射平均功率Pm:在脉冲反复周期内在脉冲反复周期内的功率的功率Tpptmt t=6.接纳机灵敏度接纳机灵敏度Prmin:表示接纳机接纳微弱信号的才干表示接纳机接纳微弱信号的才干 P rmin=kTfN f接纳机通频带接纳机通频带 N接纳机噪声接纳机噪声 K波尔兹曼常数波尔兹曼常数

6、T接纳机端绝对温度接纳机端绝对温度7.接纳机带宽接纳机带宽 f 指在放大情况下，允许经过接纳机的信号频率范围。指在放大情况下，允许经过接纳机的信号频率范围。3 雷达相关技术参数长脉冲长脉冲 窄范围的频谱窄范围的频谱f 噪声噪声灵敏度灵敏度 失真失真f 噪声噪声 灵敏度灵敏度 失真失真兼顾兼顾:远量程远量程 f 灵敏度灵敏度近量程近量程 f 灵敏度灵敏度航海雷达航海雷达 125 MHz8.天线增益天线增益 定向天线最大辐射方向的功率与点状天线各向均匀辐射的定向天线最大辐射方向的功率与点状天线各向均匀辐射的平均功率之比。平均功率之比。表示定向天线的功率集束才干。表示定向天线的功率集束才干。3 雷达

7、相关技术参数 =2a 4Ge aGeAA aGl ll lp p9.程度波束宽度程度波束宽度 H 在程度面内的波束半功率点在程度面内的波束半功率点的宽度。的宽度。LHlq70=L q H 方位分辩率方位分辩率 普通为普通为1H H半功率点半功率点ABBCC程度方向性图程度方向性图PLR半功率点半功率点10.垂直波束宽度垂直波束宽度 V 表示在垂直面内的波束半功率点的宽度。为防止船舶摇表示在垂直面内的波束半功率点的宽度。为防止船舶摇摆时不至丧失目的，普通摆时不至丧失目的，普通15 30 。3 雷达相关技术参数HBWVBW棒状波束 经过分析雷达运用性能及其影响要素，了解雷达影像失经过分析雷达运用性

8、能及其影响要素，了解雷达影像失真的特点及其产生缘由，是正确了解和运用雷达图像信息的真的特点及其产生缘由，是正确了解和运用雷达图像信息的前提。前提。4 雷达运用性能及其影响要素最大探测间隔最大作用间隔最小作用间隔间隔分辨率方位分辨率 在思索地球曲率、天线高度、物标高度及雷达电波传播在思索地球曲率、天线高度、物标高度及雷达电波传播空间大气折射影响时，雷达能够观测的最大间隔空间大气折射影响时，雷达能够观测的最大间隔4.1 最大探测间隔)2.23(21hhR+=几何地平几何地平 1.93光学地平光学地平 2.07雷达地平雷达地平 2.23雷达地平和最大探测间隔雷达地平和最大探测间隔hh 天线雷达地平天

9、线雷达地平目的雷达地平目的雷达地平21 一台雷达在一定的电波传播条件下，对某一特定的物标，一台雷达在一定的电波传播条件下，对某一特定的物标，雷达能满足一定发现概率是，所能观测到物标的最大间隔，雷达能满足一定发现概率是，所能观测到物标的最大间隔，其影响要素包括：其影响要素包括：4.2 最大作用间隔雷达技术参数物标反射性能海面反射任务环境大气衰减1 雷达技术参数对雷达最大作用间隔的影响雷达技术参数对雷达最大作用间隔的影响4.2 最大作用间隔41min202max64=rAtPGPRplPt:天线发射的脉冲功率；天线发射的脉冲功率；GA：天线增益；天线增益；：任务波长；：任务波长；Prmin：接纳机

10、门限电压；：接纳机门限电压；0：物标有效散射面积物标有效散射面积2 物标反射性能对雷达最大作用间隔的影响物标反射性能对雷达最大作用间隔的影响4.2 最大作用间隔大小尺寸大小尺寸物标外形物标外形外表构造外表构造入射波的方向入射波的方向物标质地物标质地任务波长任务波长侧视图侧视图俯视图俯视图3 海面镜面反射对雷达最大作用间隔的影响海面镜面反射对雷达最大作用间隔的影响4.2 最大作用间隔 到达物标有直射波和海面反射波，两者相互作用呵斥雷到达物标有直射波和海面反射波，两者相互作用呵斥雷达波束在垂直方向上的分裂景象。回波将时隐时现。达波束在垂直方向上的分裂景象。回波将时隐时现。4 大气衰减对雷达最大作用

11、间隔的影响大气衰减对雷达最大作用间隔的影响4.2 最大作用间隔与任务频率有关，与任务频率有关，S波段强于波段强于X波段波段大雾对雷达回波有影响大雾对雷达回波有影响与天线波束宽度及脉冲宽度有关与天线波束宽度及脉冲宽度有关 指雷达波在大气层传播过程中遭到大气吸收或散射导致指雷达波在大气层传播过程中遭到大气吸收或散射导致雷达波能量的衰减，其特点是：雷达波能量的衰减，其特点是：4.3 最小作用间隔 指雷达能在显示器屏幕上显示并测定物标的最近间隔，指雷达能在显示器屏幕上显示并测定物标的最近间隔，最小作用间隔取决于：最小作用间隔取决于：)(2Cmin1rtR+=t t脉冲宽度脉冲宽度和收发开关恢复时间和收

12、发开关恢复时间tr雷达的安装位置，吃水雷达的安装位置，吃水，垂直波束宽度，垂直波束宽度min1RRmin2H最小作用间隔最小作用间隔受垂直波束宽度影响受垂直波束宽度影响零发射线零发射线 半功率发射线半功率发射线Rmin2=Hctgv4.4 间隔分辨率指雷达分辨同方位的两个相邻物标的才干，取决于：指雷达分辨同方位的两个相邻物标的才干，取决于：量程选择量程选择脉冲宽度和回波波形脉冲宽度和回波波形屏幕大小及象素点屏幕大小及象素点接纳带宽接纳带宽带宽失真带宽失真间隔分瓣率间隔分瓣率荧光屏边缘荧光屏边缘 AB4.5 方位分辨率 指雷达分辨间隔一样方位相邻的两个物标的才干，指雷达分辨间隔一样方位相邻的两个

13、物标的才干，取决于：取决于：程度波束宽度程度波束宽度荧光屏及象素点大小荧光屏及象素点大小增益亮度调整增益亮度调整方位分瓣率方位分瓣率象素分瓣象素分瓣率率HHHH5 雷达目的对运用性能影响任务波长任务波长 脉冲宽度脉冲宽度脉冲反复频率脉冲反复频率f*发射峰值功率发射峰值功率Pt*天线波束宽度天线波束宽度天线转速天线转速nA天线极化型式天线极化型式*接纳机通频带接纳机通频带f*5.1 任务波长对运用性能影响正常天气观测较小的物标时，正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的雷达的rmax要比要比10cm的大的大雨雪天，那么雨雪天，那么10cm雷达的雷达的rmax要比要比3cm雷达的大得多雷达的大得多1

14、 对最大作用间隔的影响对最大作用间隔的影响2 对间隔分辨率和测距精度的关系对间隔分辨率和测距精度的关系任务波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有任务波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有利于缩短脉冲宽度，提高间隔分辨率利于缩短脉冲宽度，提高间隔分辨率3 对方位分辨率和测方位精度的关系对方位分辨率和测方位精度的关系任务波长越短，天线程度波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进任务波长越短，天线程度波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进度越高度越高4 抗杂波干扰才干的关系抗杂波干扰才干的关系任务波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大任务波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射

15、越强，干扰越大5.2 脉冲宽度对运用性能影响脉冲宽度越大，能量越大，作用间隔越大脉冲宽度越大，能量越大，作用间隔越大1 对最大作用间隔的影响对最大作用间隔的影响2 对最小作用间隔的关系对最小作用间隔的关系脉冲宽度越小，脉冲宽度越小，rmin越小越小3 对间隔分辨率和测距精度的关系对间隔分辨率和测距精度的关系脉冲宽度越小，脉冲宽度越小，rmin越小，间隔分辨率越高越小，间隔分辨率越高脉冲宽度越小，雷达回波图像外侧的图像扩展效应越小，图像失脉冲宽度越小，雷达回波图像外侧的图像扩展效应越小，图像失真小，有利于提高测距精度真小，有利于提高测距精度4 对抗杂波干扰才干的关系对抗杂波干扰才干的关系脉冲宽度

16、越短，缩短照射在雨雪及海浪上的时间，干扰回波较弱脉冲宽度越短，缩短照射在雨雪及海浪上的时间，干扰回波较弱5.3 天线波束宽度对运用性能影响1 天线程度波束宽度天线程度波束宽度 H 2 天线垂直波束宽度天线垂直波束宽度 v 5.3 天线转速对运用性能影响在天线在天线 H与与F一定的情况下，天线波束扫过物标时可添加照射物标一定的情况下，天线波束扫过物标时可添加照射物标的次数，获得更多的回波脉冲累积数，添加雷达最大作用间隔的次数，获得更多的回波脉冲累积数，添加雷达最大作用间隔1 天线转速低天线转速低 2 天线转速高天线转速高 图像延续性较好图像延续性较好有利于察看高速运动的物标有利于察看高速运动的物标有利于抗海浪干扰有利于抗海浪干扰