现代雷达系统分析和设计.ppt

1 1关于现代雷达系统分析与设计第一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月2 2雷达是英文“Radiodetectionandranging”缩写Radar的音译，其含义是指利用无线电对目标进行探测和测距。它的基本功能是利用目标对电磁波的散射来发现目标，并测定目标的空间位置。雷达经历了它的诞生和发展初期后，在20世纪六七十年代进入大发展时期。1.1 雷达的发展概况雷达的发展概况第二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月3 3随着微电子技术的迅速发展，在20世纪中后期，雷达技术进入了一个新的发展阶段，出现了许多新型雷达，例如合成孔径雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达等。现代雷达的功能已超出了最早定义雷达的“无线电探测和测距”的含义，已赋以新的内涵提取目标的更多信息，例如目标的属性、目标成像、目标识别和战场侦察等，从而实现对目标的分类或识别。第三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4 4下面简单回顾现代雷达发展史上的一些重大事件：1.雷达的诞生及发展初期雷达的诞生及发展初期1886年，HeinrichHertz(海因里奇赫兹)验证了电磁波的产生、接收和散射。18861888年，ChristianHulsmeyer(赫尔斯姆耶)研制出原始的船用防撞雷达。1937年，RobertWatsonWatt(沃森瓦特)设计出第一部可用的雷达“ChainHome”，并在英国建成。第四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5 51938年，美国信号公司制造的SCR-268成为第一部实用的防空火控雷达，其工作频率为200 MHz，作用距离为180 km。这种雷达共生产了3100部。1939年，美国无线电公司(RCA)研制出第一部实用舰载雷达XAF，安装在“纽约号”战舰上，对飞机的探测距离为160 km，对舰船的探测距离为20 km。第五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6 62.二战中的雷达二战中的雷达在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降为50发，命中率提高99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战的“天之骄子”。第六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月7 73.20世纪五六十年代的雷达世纪五六十年代的雷达在这期间，由于航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。反洲际弹道导弹系统要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率和多目标测量能力，使雷达技术进入蓬勃发展时期；大功率速调管放大器应用于雷达，发射功率比磁控管高两个数量级；这一时期研制的大型雷达用于观察月亮、极光、流星；单脉冲跟踪雷达ANFPS-16的角跟踪精度达0.1mrad；合成孔径雷达利用装在飞机上较小的侧视天线可产生地面上的一个条状地图；机载脉冲多普勒雷达应用于“波马克”空空导弹的下视和制导；第七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8 8“麦德雷”高频超视距雷达作用距离达3700 km；S波段防空相控阵雷达ANSPS-33在方位维采用铁氧体移相器控制进行电扫，在俯仰维采用频扫方式；超远程相控阵雷达ANFPS-85用于外空监视和洲际弹道导弹预警；等等。第八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9 94.20世纪七八十年代的雷达世纪七八十年代的雷达这一时期合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达得到了迅速发展。相控阵用于战术雷达。同期，美国研制出E-3预警机等。第九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月10 105.20世纪世纪90年代的雷达年代的雷达20世纪90年代，随着微电子技术的迅速发展，雷达进一步向数字化、智能化方向发展。同时，反雷达的对抗技术也迅速发展起来。一些主要军事大国纷纷研制一些新体制雷达，例如无源雷达、双(多)基地雷达、机(或星)载预警雷达、稀布阵雷达、多载频雷达、微波成像雷达、毫米波雷达、激光雷达等。第十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月11 116.新世纪的雷达新世纪的雷达新世纪，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。为了减小天线孔径、提高机动性并降低成本，雷达将由过去集中式大孔径天线向分布式小孔径雷达方向发展；从频率源、发射到接收，雷达已从模拟向数字化方向发展，提出了数字化雷达的概念。数字化雷达在每个脉冲重复周期采用不同的信号形式，提高了抗干扰能力。从信号处理和检测的角度，雷达将向智能化方向发展。综合利用多部雷达协同探测与雷达组网，可以提高雷达的探测能力和覆盖范围。同时，雷达将向网络化方向发展。第十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月12 12在雷达技术得到迅速发展的同时，由于敌我双方军事斗争的需要，雷达亦面临着生存和发展的双重挑战。雷达面临的威胁主要有四个方面：一是隐身技术。由于采用隐身技术，使得目标的散射截面积(RCS)大幅度降低，雷达接收到的目标散射回波信号微乎其微，以至于难以发现目标。二是综合电子干扰(E CM)。由于快速应变的电子侦察和强烈的电子干扰，使得雷达难以正确地发现并跟踪目标。三是反辐射导弹(ARM)。高速反辐射导弹已成为雷达的克星，第十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月13 13只要雷达一开机，被敌方侦察到以后，很容易利用ARM将雷达摧毁。四是低空突防。对具有掠地、掠海能力的低空、超低空飞机和巡航导弹，雷达一般难以发现。这就是人们常说的雷达面临的“四大威胁”。第十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月14 141.2.1 基本组成基本组成雷达系统的基本组成如图1.1所示。通常包括波形产生器、发射机、接收机、A/D变换、信号处理、数据处理、显示器、信息存储与传输、天线及其伺服装置、电源等部分。1.2 雷达工作原理与分类雷达工作原理与分类第十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月15 15波形产生器产生一定工作频率、一定调制方式的射频激励信号，也称为激励源，同时，产生相干本振信号送给接收机；发射机对激励源提供的射频激励信号进行功率放大，再经收发开关馈电至天线，由天线辐射出去；目标回波信号经天线和收发开关至接收机，再由接收机对接收信号进行低噪声放大、混频和滤波等处理；信号处理的作用是抑制非期望信号(杂波、干扰)，通过相干积累或非相干积累等措施以提高有用信号的信噪比，并对目标进行自动检测与跟踪等。第十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月16 16通常将目标航迹的关联、跟踪滤波、航迹管理等称为雷达的数据处理。目标航迹及相关信息在屏幕上显示的同时，通过网络等设备传输至各级指挥系统。第十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月17 17图1.1 雷达系统的基本组成第十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月18 181.2.2 雷达分类雷达分类根据雷达的功能及工作方式的不同，雷达有多种分类方法。1)按作用分类雷达按作用可分为军用和民用两大类。军用雷达根据其作战平台所处位置又分为地面雷达、舰载雷达、机载雷达、星载雷达、末制导雷达(弹载雷达)等。第十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月19 19地面雷达按其功能又包括监视雷达(警戒雷达)、跟踪雷达、火控雷达、目标引导与指示雷达等。机载雷达包括机载预警雷达、机载火控雷达、轰炸雷达、机载气象雷达、机载空中侦察雷达、机载测高雷达等。民用雷达主要包括空中交通管制雷达、港口管制雷达、气象雷达、探地雷达、汽车防撞或自动驾驶雷达、道路车辆测速雷达等。第十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月20202)按信号形式分类雷达按信号形式分为脉冲雷达和连续波雷达，以及介于两者之间的准连续波雷达。脉冲雷达又分为脉冲压缩雷达、频率捷变雷达和噪声雷达。根据信号带宽可分为窄带雷达、宽带雷达和超宽带雷达。根据信号的相参性可分为相参雷达和非相参雷达。现代雷达一般都为相参雷达。第二十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月21 213)按天线波束扫描形式分类雷达按天线波束扫描形式分为机械扫描雷达、电扫描雷达，以及机械扫描与电扫描相结合的雷达。4)按测量的目标参数分类雷达按测量的目标参数可分为两坐标(距离、方位)雷达、三坐标(距离、方位、仰角或高度)雷达、测高雷达、测速雷达、敌我识别雷达、成像雷达等。5)按角度跟踪方式分类跟踪雷达按角度跟踪方式可分为圆锥扫描雷达、单脉冲雷达。第二十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月22221.2.3 雷达的工作频率雷达的工作频率雷达的工作频率范围较广，从几兆赫(MHz)到几十吉赫(GHz)。工程上将雷达的工作频率分为不同的频段，表1.1列出了雷达频段和频率的对应关系以及各频段的主要应用场合和特点。例如，L波段代表波长以22 cm为中心，S波段以10 cm为中心，C波段以5 cm为中心，X波段以3 cm为中心，Ku波段以2.2 cm为中心，Ka波段以8 mm为中心。根据工作波长，雷达可分为超短波雷达、米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达等。这里字母频段名称不能代表雷达工作的实际频率。第二十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月2323表1.1 雷达的工作频率第二十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月24241.2.4 从雷达回波提取的目标位置信息从雷达回波提取的目标位置信息1)距离普通脉冲雷达是通过测量发射信号传播到目标并返回来的时间来测定目标的距离的。如图1.2所示。假设延迟时间为，2R/c，则目标的距离R为(1.2.1)第二十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月2525图1.2 发射脉冲和目标回波示意图第二十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月2626 这种基于窄脉冲的测距方法，脉冲越窄，测距精度越高。但是在峰值功率受限的情况下，发射窄脉冲辐射的能量有限。另一种测距方法是采用脉冲压缩波形(将在后面章节中介绍)。第二十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月27272)方向(方位和仰角)目标的方向是通过测量回波的波前到达雷达的角度来确定的。雷达一般使用方向性天线，即具有窄辐射方向图的天线进行波束方位维和俯仰维的扫描。当接收信号的能量最大时，天线所指的方向就是目标所在的方向。这种或其它测量方向的方法都假定大气不扰乱无线电波的直线传播。入射波前的方向也可通过测量两个分离的天线所接收的相位差来决定，而相位差则取决于入射波前与两个天线连线的夹角。两个天线分开越远，则精度越高。然而如果天线分得太开，就会在两个天线的合成方向图中出现大小等于主波束的栅瓣而产生模糊的测量结果。第二十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月2828早期的比幅单脉冲雷达在每个平面上使用两个天线(或用两个馈源照射单个反射体)来进行角度测量，但这两个天线中心的间隔应小于半个波长，从而避免了栅瓣造成的模糊。比相单脉冲雷达的两个天线相距多个波长，但各个天线的方向性抑制了栅瓣。第二十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月29293)高度假设目标的斜距为R，仰角为，则目标的高度为HRsinh(1.2.2)其中h为天线高度。如果考虑地球曲率半径的影响，则目标的高度为(1.2.3)第二十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月30304)目标的尺寸和形状利用目标的一维距离像可以大致确定目标在距离维的尺寸和散射点的分布；利用合成孔径雷达成像可以实现对地形的侦察和对目标的识别；通过对目标的三维成像，特别是单脉冲三维成像，可以对目标的三维尺寸和形状进行特征提取。第三十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月31 311.2.5 多普勒频率多普勒频率当目标与雷达之间存在相对运动时，若雷达发射信号的工作频率为f0，则接收信号的频率为f0fd，fd为多普勒频率。将这种由于目标相对辐射源的运动而导致回波信号频率的变化称为多普勒效应。如图1.3所示，当目标向着雷达运动时，多普勒频率为正；当目标远离雷达时，多普勒频率为负。照射到目标上的波形具有间隔为(波长)的等相位波前，靠近雷达的目标导致反射回波的等相位波前相互靠近(较短波长)，(为反射波波长)；反之，远离雷达运动的目标导致反射回波的等相位波前相互扩展(较长波长)，c，且波长c/f0，则(1.2.13)第四十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月41 41 可见，多普勒频率与目标的径向速度成正比，因此，也可以从距离的变化率中提取fd，反之亦然。式(1.2.13)也可以采用下列方法导出：图1.6给出了一个以速度vr向着雷达运动的目标，在t0时刻(参考时间)的距离为R0，那么在t时刻目标的距离为(1.2.14)(1.2.15)第四十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4242图1.6 以速度vr向着雷达运动的目标第四十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4343 若发射信号为s(t)，不考虑传输衰减，则雷达接收信号为(1.2.16)这里，为相位常数。定义式(1.2.16)中变量t前面的比例系数(也称压缩因子)为，即(1.2.17)第四十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4444 同理，对一个远离雷达飞行的目标，比例因子为1。式(1.2.16)可改写为(1.2.18)从上式可以看出，与静止目标的回波相比，运动目标的回波信号是时间压缩形式，因此，根据傅立叶变换的比例特性，时间压缩信号的频谱将以因子扩展。第四十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4545考虑特殊情况，若发射信号为(1.2.19)式中02f0是以弧度每秒表示的中心频率。y(t)的傅立叶变换为Y()，则接收信号及其傅立叶变换为第四十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4646(1.2.20)(1.2.21)为了简单，相位常数0在式(1.2.21)中被忽略。因此，接收信号的频谱出现在以0为中心处，而不是以0为中心处。由于目标运动产生的多普勒角频率为第四十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4747(1.2.22)将式(1.2.17)代入式(1.2.22)，多普勒频率为(1.2.23)同理，当目标以速度vr远离雷达时，多普勒频率fd。第四十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4848图1.7(a)给出了雷达中心频率f0分别为35、10、3GHz和450、150 MHz时的多普勒频率与径向速度之间的关系曲线，图1.7(b)给出了径向速度vr分别为10、100、1000 ms时的多普勒频率与波长之间的关系曲线。第四十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月4949图1.7 多普勒频率与径向速度、波长之间的关系第四十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5050多普勒频率和雷达视线与目标运动方向之间的夹角有关，如图1.8所示，当雷达视线与目标运动方向之间的夹角为时，vrvtcos，为目标速度vt投影到雷达视线上的径向速度，多普勒频率为fd2vtcos/。第五十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月51 51图1.8 多普勒频率与雷达视线的关系第五十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5252若雷达平台也在运动，如图1.9所示，例如，在导弹上的导引头末制导雷达，在某一时刻弹载雷达的波束与雷达运动方向的夹角为a，导弹相对于大地的速度为va，目标相对于大地的速度为vt，与雷达视线的夹角为，则目标回波的多普勒频率为(1.2.24)第五十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5353图1.9 运动平台上雷达的多普勒频率第五十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5454 针对双基地雷达，如图1.10所示，目标速度vt与发射站和接收站的夹角分别为t和r，则目标回波的多普勒频率为(1.2.25)其中tr，为双基地角。第五十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5555图1.10 双基地雷达的运动关系第五十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5656若目标的运动方向相对于雷达视线的方位和仰角分别为a和e，如图1.11所示，则目标回波的多普勒频率为(1.2.26)式中，coscosecosa，目标速度vt投影到雷达视线的径向速度为vrvtcosvtcosecosa。第五十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5757图1.11 径向速度与方位和仰角的关系第五十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月5858当然，对距离的连续测量也可获得距离对时间的变化率，即相对速度。但通过对动目标产生的多普勒频率的测量可获得更精确的实时相对速度，因此实际中通常采用多普勒测量的方法。任何对速度的测量都需要一定的时间。假定信噪比保持不变，则测量时间越长，精度就越高。虽然多普勒频移在某些应用中是用来测量相对速度的(例如公路上的测速雷达和卫星探测雷达等)，但它更广泛地应用于从固定杂波中鉴别动目标，例如动目标显示(MTI)、动目标检测(MTD)、脉冲多普勒雷达等方面，即利用目标和杂波的多普勒频率的差异实现对杂波的抑制。第五十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月59591.3.1 主要战术指标主要战术指标雷达的战术指标由雷达的功能决定，主要战术指标有：探测范围、测量精度、分辨率、数据率、抗干扰能力等，分别如下。1.3 雷达的主要战术与技术指标雷达的主要战术与技术指标第五十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月60601)探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，它由雷达的最小可测距离Rmin、最大作用距离Rmax、仰角和方位角的探测范围决定。图1.12为某雷达的威力图，下边的横坐标为距离R，左边的纵坐标为高度h，右边的纵坐标(含上横向坐标)为仰角e。这里假设天线的高度为7 m，目标的散射截面积(RCS)为0.1，2m2，发射脉冲宽度分别为20，180s。该图表明雷达对不同类型目标的探测范围。第六十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月61 61图1.12 雷达的威力图第六十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月62622)分辨率分辨率是指对两个相邻目标的分辨能力。雷达通常包括距离和方位两维，甚至包括仰角维和速度维。在这四维中只要在其中一维能区分目标就认为目标是可以分辨的。针对距离维而言，两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离(R)min称为距离分辨率。其定义为：对于脉冲雷达(或在脉冲压缩后)，当第一个目标的回波脉冲的后沿与第二个目标的回波脉冲的前沿相接近以致不能区分出是两个目标时，第六十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6363作为可分辨的极限，这个极限间距就是距离分辨率。距离分辨率一般用R表示，(1.3.1)其中Te为发射脉冲宽度或脉冲压缩后的等效脉冲宽度。可见脉冲宽度越窄，即发射信号的带宽B越宽，R值越小，距离分辨率就越高。例如，当Te1s时，R150 m；当Te0.1s时，R15 m。第六十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6464雷达系统通常设计在最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax之间工作，并将Rmin和Rmax之间的距离分为M个距离门(通常称为“波门”)，每个波门的宽度为R(实际中取小于或等于R)，(1.3.2)当两个目标处在相同距离上，但角位置有所不同时，最小能够区分的角度称为角分辨率(在水平面内的分辨率称为方位分辨率，在垂直面内的分辨率称为俯仰角分辨率)。它与波束宽度有关，波束愈窄，角分辨率愈高。半功率波束宽度0.5/D，为波长，D为天线的有效孔径。第六十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6565图1.13给出了目标分辨示意图，“情况1”中两个目标在同一个距离单元，在距离维不可分辨，但在方位维可以分辨；“情况2”中两个目标在同一个方位单元，在方位维不可分辨，但在距离维可以分辨；“情况3”中两个目标在不同的方位单元和不同的距离单元，因此在方位维和距离维均可以分辨。第六十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6666图1.13 目标分辨示意图第六十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月67673)测量精度(或误差)雷达测量精度是以测量误差的均方根值来衡量的。测量方法不同，测量精度也不同。误差越小，精度越高。雷达测量误差通常可分为系统误差和随机误差，其中系统误差可以采取一定的措施进行修正，实际中影响测量精度的主要是随机误差。所以往住对测量结果规定一个误差范围，例如，规定一般警戒雷达的距离测量精度R取距离分辨率R的1/3左右；最大值法的测角精度为(0.10.2)0.5；等信号法的测角精度比最大值法的测角精度高。对于跟踪雷达，第六十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月6868信噪比较高时，单脉冲跟踪雷达的(0.020.1)0.5，圆锥扫描雷达的可达(0.05)0.5。其中0.5为半功率波束宽度。第六十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月69694)数据率数据率是雷达对整个威力范围完成一次探测(即对整个威力范围内所有目标提供一次信息)所需时间的倒数，也就是单位时间内雷达对每个目标提供目标信息相关数据的次数。它表征搜索雷达的工作速度。例如，一部在10 s时间内对威力区范围完成一次搜索的雷达，其数据率为每分钟6次。一般搜索雷达的数据率为10 s左右，而跟踪雷达的数据率要高一些，它主要取决于天线控制的伺服系统带宽和测量精度。第六十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月70705)抗干扰能力雷达通常在各种自然干扰和人为干扰(ECM)的条件下工作，其中主要是敌方施放的干扰(包括无源干扰和有源干扰)。这些干扰将使雷达的性能急剧降低，严重时可能使雷达失去工作能力。所以现代雷达必须具有一定程度的抗干扰能力。第七十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月71 716)工作的可靠性与可维修性雷达通常需要长时间可靠的工作，甚至需要在野外工作，可靠性要求较高。雷达的可靠性，通常用两次故障之间的平均时间间隔来表示，称为平均无故障时间，记为MTBF。这一平均时间越长，可靠性就越高。关于可靠性的另指标是发生故障以后的平均修复时间，记为MTTR，它越短越好。现代雷达中大量使用计算机，可靠性包括硬件的可靠性和软件的可靠性。一般雷达的MTBF在数千小时，而机场航管雷达要求在数万小时。军用雷达还要考虑战争条件下雷达的生存能力，包括雷达的抗轰炸能力和机动性能。第七十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月72727)观察与跟踪的目标数观察与跟踪的目标数取决于雷达终端对目标的数据处理能力。现代雷达通常要求对数百个批次的目标进行跟踪及进行目标航迹的处理。第七十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月73738)工作环境条件雷达一般要有三防(防水、防腐蚀、防盐雾)措施，特别是在户外的设备均需要有三防措施。第七十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月74741.3.2 主要技术指标主要技术指标1)天馈线的性能指标天馈线系统的主要性能指标有天线孔径、天线增益、波束宽度、波束形状、副瓣电平、极化形式、损耗、带宽等。波束形状有针状、扇形、余割平方形等，如图1.14所示。第七十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月7575图1.14 常用波束形状第七十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月76762)发射机性能发射机的主要性能指标有峰值功率Pt、平均功率Pav和发射机总效率及功率放大链总增益等。一般远程警戒雷达的脉冲功率为几百千瓦至兆瓦级。由于发射机属大功率设备，需采用一定的冷却措施。常用的冷却方式有风冷、水冷。第七十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月77773)雷达信号形式雷达信号特征包括工作频率、信号带宽、脉冲重复频率、发射脉冲宽度和调制方式等。雷达的工作频率主要根据目标的特性、电波传播条件、天线尺寸、高频器件的性能、雷达的测量精确度和功能等要求来决定。雷达的工作带宽主要根据距离分辨的要求来决定。一般要求工作带宽为510，超宽带雷达为25以上。雷达的调制方式主要有频率调制、相位调制等。第七十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月78784)接收机性能接收机的性能指标主要有噪声温度(或噪声系数)、动态范围和灵敏度等。5)雷达信号处理不同体制雷达需采用不同的处理方法。雷达信号处理常用的指标有：MTI、MTD对杂波的改善因子；视频或相参积累方式及其信噪比的改善程度；恒虚警(CFAR)处理方法及其检测性能等。第七十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月79796)雷达数据处理能力雷达数据处理能力指雷达能处理的目标批次数。这些性能指标将在后继章节中具体介绍。第七十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8080由于军事上的需要，现代雷达在迅速发展的同时，亦面临着生存的挑战。通常人们所说的雷达面临的“四大威胁”是指综合电子干扰、低空超低空突防、反辐射导弹(ARM)和隐身技术。下面就雷达面临的威胁及其对抗措施分别进行简单介绍。1.4 雷达的生存与对抗雷达的生存与对抗第八十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月81 811.4.1 电子干扰与抗干扰技术电子干扰与抗干扰技术电子战(EW)的组成如图1.15所示，主要包括三个方面：(1)电子支援侦察(ESM)措施，即对敌辐射源进行截获、识别、分析和定位。(2)电子对抗(E CM)措施，即破坏敌方电子装置或降低其效能，甚至摧毁其设备。(3)电子反对抗(EC CM)措施，是为保障己方电子设备在敌方实施电子对抗条件下仍然正常工作的战术技术手段。第八十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8282图1.15 电子战(EW)组成示意图第八十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月83831.对雷达的电子侦察及雷达反侦察技术对雷达的电子侦察及雷达反侦察技术电子战中对雷达的电子侦察包括：(1)雷达情报侦察。以侦察飞机、卫星、舰船和地面侦察站来侦测雷达的特征参数，判断雷达的属性、类型、用途、配置及所控制的武器等有关战术技术情报。(2)雷达对抗支援侦察。凭借所截获的雷达信号，分析、识别雷达的类型、数量、威胁性和等级等有关情报，为作战指挥实施雷达告警、战役战术行动、引导干扰和引导杀伤武器等提供依据。第八十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8484(3)雷达寻的和告警。作战中实时发现雷达和导弹系统并发出告警。(4)引导干扰。侦察是实现有效干扰的前提和依据。(5)辐射源定位。为武器精确摧毁敌方雷达提供依据，也可以起引导杀伤武器的作用。雷达为了自己的生存，首先必须具备良好的反侦察能力，最重要的是设法使敌方收不到己方的雷达信号或收到假信号。雷达的主要反侦察措施如下：第八十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8585(1)将雷达设计成低截获概率(LPI)雷达。这种雷达的最大特点是低峰值功率，宽带、高占空比发射波形，低副瓣雷达发射天线，自适应发射功率管理技术等。(2)控制雷达开机时间。在保证完成任务的前提下，开机时间尽量短，次数尽量少。战时开机必须按规定权限批准。值班雷达的开机时间和顺序应无规律地改变。第八十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8686(3)控制雷达工作频率。对现役雷达要按规定使用常用频率工作；同一体制的雷达，应规定它们以相近的频率工作；禁止擅自改变雷达的工作频率，若采用跳频反干扰，也必须经过批准，并按预定方案进行。对现役雷达的备用频率要严加控制。(4)隐藏雷达和新式雷达的启用必须经过批准。(5)适时更换可能被敌方侦察的雷达阵地。(6)设置假雷达，并发射假的雷达信号。第八十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月87872.电子干扰电子干扰针对雷达的对抗措施有三种：一是告警和回避；二是火力摧毁，属硬对抗；三是干扰，属软对抗。雷达干扰是指利用雷达干扰设备发射干扰电磁波或利用能反射、散射、衰减以及吸波的材料反射或衰减雷达波，从而扰乱敌方雷达的正常工作或降低雷达的效能。雷达干扰能造成敌方雷达迷盲，使它不能发现和探测目标或引起其判断错误，不能正确实施告警；另外，它还能造成雷达跟踪出错，并使武器系统失控、威力不能正常发挥等。这是雷达对抗设备与雷达作斗争时最常用的一种手段。第八十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月8888雷达干扰主要包括有源干扰和无源干扰两大类。有源干扰主要有各种欺骗性干扰、噪声阻塞式干扰等。无源干扰主要有箔条、角反射体假目标干扰。第八十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月89893.雷达常用的电子抗干扰技术雷达常用的电子抗干扰技术雷达常用的电子抗干扰技术主要从以下方面考虑：在天线方面，采用高增益、低副瓣、窄波束、低交叉极化响应、副瓣对消、副瓣消隐、电子扫描相控阵、单脉冲测角等技术。在发射方面，采用高有效辐射功率、复杂的脉冲压缩波形、宽带频率跳变技术。在接收方面，采用宽动态范围、高镜频抑制、单脉冲辅助接收系统的信道匹配。第八十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9090在信号与信息处理方面，采用目标回波微小变化识别、同时多目标多单元跟踪、杂波抑制、干扰对消、智能信号处理等。其它几种有效的雷达抗干扰技术有：(1)低截获概率雷达(LPIR)技术。采用编码扩谱和降低峰值功率等措施，将雷达信号设计成低截获概率信号，使侦察接收机难以侦察，甚至侦收不到这种信号，从而保护雷达不受电子干扰。第九十张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月91 91(2)MIMO雷达与稀布阵综合脉冲孔径雷达(SIAR)技术。SIAR是一种米波段采用大孔径稀疏布阵、全向辐射、在接收端通过信号处理而综合形成发射波束的新体制雷达技术，是一种典型的MIMO雷达。由于同时工作频率多，侦察接收机无法区分每个天线采用的工作频率以及每个天线的相对位置，即使侦察到信号也无法获得发射天线阵列的增益。由包括Ne个发射单元组成的MIMO雷达辐射的功率只有从相控阵(PAR)主瓣截获的功率的1Ne，在所有方向辐射的功率与PAR的平均副瓣功率相当。第九十一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9292因此这些雷达具有信号截获概率低等优点，是一种反干扰能力强的新雷达体制。(3)双多基地雷达技术。双基地雷达在接收站不发射信号，有利于对抗针对发射波束方向的有源定向干扰和反辐射导弹对接收站的攻击。(4)无源探测技术。这是一种自身不发射信号，靠接收目标发射或散射信号来发现目标的一种探测技术。例如，利用调频电台、电视台发射并由目标散射的信号而对目标进行定位，这种技术称为基于外辐射源的探测技术。无源探测既不会被侦察，也不会被干扰。第九十二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月93931.4.2 雷达抗反辐射导弹技术雷达抗反辐射导弹技术第二次世界大战以来，雷达在战争中的巨大作用已为世人所公认，这自然也就使雷达成为战争中首当其冲的被消灭对象。在海湾战争中，多国部队仅反辐射导弹(ARM)就发射了数千枚，使伊方雷达多数被摧毁。雷达面临着ARM的严重威胁，反ARM的战术技术措施成了雷达设计师和军用雷达用户所共同关心的问题。第九十三张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月94941.ARM的特点的特点ARM又称为反雷达导弹。它利用雷达辐射的电磁波束进行制导来准确地击中雷达。目前的ARM具有以下特点：(1)采用多种制导方式，一般有被动雷达被动红外、电视制导以及捷联惯性制导等体制。(2)ARM导引头频率覆盖范围为0.518 GHz；已由最初只能攻击炮瞄雷达发展成了可以攻击单脉冲雷达、脉冲压缩雷达、频率捷变雷达和连续波雷达。第九十四张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9595(3)引信和战斗部：早期的“百舌鸟”ARM使用的是无源比相雷达引信，而现在的“哈姆”ARM采用激光有源引信，抗干扰能力较强。(4)目前，ARM已发展到了第三代，它们采用了计算机与人工智能技术，具有记忆跟踪能力。即使雷达突然关机，也能够准确地定位攻击。能自动切换制导方式，自动搜索和截获目标，从而大大提高了对目标攻击的准确性和杀伤能力。第九十五张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月96962.抗抗ARM的战术技术措施的战术技术措施目前已有许多对抗ARM的技术战术措施，归纳起来大致可以分为两大类，即主动措施和被动措施。主动抗ARM措施即直接击毁ARM(或其载机)，使它在到达目标雷达前就失去作用。被动抗ARM技术与措施主要有：(1)设法使ARM难以截获并跟踪雷达信号。通常载机的电子支援系统先截获、识别并定位敌方雷达，然后将其有关参数(如脉冲功率、脉冲重复间隔和频率等)送交ARM寻的器，阻止或干扰ARM获取雷达的这些信息，就可以达到对抗ARM的目的。雷达方的具体对抗措施如下：第九十六张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9797提高雷达空间、结构、频率、时间及极化的隐蔽性。这种方法能增加反辐射导弹的导向误差。诸如缩短雷达工作时间，间断工作，只向预定扇区辐射或频繁更换雷达阵地；采用各种调制(如调频、调幅以及宽频谱调制)的复杂信号和极化调制信号等。瞬时改变雷达辐射脉冲参数。第九十七张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9898将发射站和接收站分开放置。发射站与接收站不在一个阵地上使ARM无法确定接收站阵地位置，这样也就谈不上将它击毁，当然发射阵地还得另有对抗ARM的措施。这样配置的好处是不易遭到电子干扰，还可以扩大雷达探测范围。双多基地雷达就是反ARM的雷达体制之一。尽量降低雷达带外辐射与热辐射。ARM可能采用微波无源和红外综合导引头，因此必须减少雷达本身及其辅助设备的热辐射和带外辐射。这需要使用专门的吸收材料和屏蔽材料，或采用多层管道冷却系统，甚至将雷达的电源设备置于掩体内；还应选择合理的信号形式，使用带阻滤波器抑制谐波和复合辐射。第九十八张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月9999尽量将雷达设计成低截获概率雷达。其途径有三：(a)应用一种能将雷达频谱扩展到尽可能宽的频率上的编码波形，ARM截获接收机难以对它实现匹配滤波；(b)应用超低副瓣天线(副瓣低于40 dB)；(c)对雷达实施功率管理，旨在控制辐射的时机和电平的大小。雷达采用超高频(UHF)和甚高频(VHF)波段。雷达工作波长与ARM弹体尺寸相当时，由于谐振效应，ARM的雷达截面积将增加，有利于雷达及早发现ARM。另外，ARM尺寸有限，难于安装低频天线，所以低频率(0.5 GHz)的雷达不易受到ARM的攻击。第九十九张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月100100这种低频雷达也可以作为负责顶空区域、提供高探测概率的辅助雷达。由于ARM多利用雷达上方探测能力最弱这个弱点来攻击主力雷达，所以用这种辅助雷达提供报警是非常必要的。第一百张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月101101图1.16 某导弹的尺寸及其RCS值第一百零一张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月102102图1.16给出了某导弹的尺寸及其散射截面积(RCS)的测量结果(为导弹前方60范围内的平均RCS值)。从图中可以看出，导弹长3m，谐振频率点在150 MHz附近；雷达工作在150 MHz与工作在1000 MHz相比，RCS相差约15 dB；工作在500 MHz以下的RCS比工作在1000 MHz的约大10 dB，这表明在500 MHz以下该导弹存在谐振效应。第一百零二张，PPT共一百三十四页，创作于2022年6月103103利用某VHF频段的反辐射导弹告警雷达进行试验，图1.17是某导弹回波的距离-多普勒等高线图，从图中可以清楚地看到有两个目标(即飞机和导弹)，以及这两个目标的距离和多普勒频率，导弹的速度大于2马赫，飞机的速度约1马赫。由此可见，在导弹与其载机分离后，通过速度和加速度比较容易区分是飞机还是导弹。图1.18分别给出了飞机和导弹所在多普勒通道的时域信号。由此可见，飞机和导弹的距离相差不到3 km，但经脉冲压缩、相干积累处理后两者的信噪比差不多，第一百零三张，P