雷达总结

第一篇：雷达总结

雷达气象学是一门与大气探测、大气物理，天气系统探测相关联的学科

Radar：通过无线电技术对目标物的探测和定位。测定目标位置的无线电技术范畴 气象雷达:是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，“千里眼、顺风耳”。

雷达气象学：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。气象雷达的分类：探空雷达、测雨雷达、声雷达、多普勒雷达、激光雷达 南方：S波段为主，北方：C波段为主 雷达机的主要构成

RDA-雷达数据采集子系统 RPG-雷达产品生成子系统

PUP-主用户处理器子系统

其次包括：通讯子系统、附属安装设备 RDA 主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理器 定义：用户所使用的雷达数据的采集单元。

功能：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基数据。雷达的硬件系统！

RDA的扫描方式：雷达在一次体积扫描中使用多少角度和时间。

RDA的天气模式：1.晴空模式：VCP11或VCP21

2.降水模式：VCP31或VCP32

新一代雷达：降水模式 VCP：雷达天线体扫模式

RPG（雷达产品生成系统）定义：（指令中心）由宽带通讯线路从RDA接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种雷达数据产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户

功能：产品生成、产品分发、雷达控制台（UCP）PUP（主用户处理系统）

功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上

用处：(1)产品请求(获取)，(2)产品数据存贮和管理，(3)产品显示，(4)状态监视，(5)产品编辑注释。粒子对电磁波有散射，衰减，折射的作用

散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。

主要物质：大气介质、云滴、水滴，气溶胶等。其它散射现象：光波、声波等 散射的类型：瑞利散射：d<<λ；米(Mie)散射：

d≈λ 瑞利散射

散射函数或方向函数 ：

后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。瑞利散射性质

①粒子的散射能力与波长的四次方成反比。波长越短，散射越强。②粒子的散射能力与直径的6次方成正比。粒子半径越大，散射越强。

③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。散射截面为纺锤形。散射截面或后向散射截面

定义：设有一个理想的散射体，其截面为σ，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，该理想散射体散射回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面σ就是实际散射体的后向散射截面。

意义：用来表示粒子后向散射能力的强弱。后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同样条件下，所产生的回波信号也越强。

反射率η：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。反射率因子（Z）： Z的不同取值，意味着不同天气状况。通常Z的取值从0dBz~70dBz，因此要求天气雷达必需有非常大的检测范围。新一代天气多普勒雷达的接收机动态范围是90~100dBz以内。

云、雨滴的散射：

雷达的波长越短，散射越强。若雷达的波长一定时，在满足瑞利散射的情况下，粒子半径越大，散射越强。电磁波衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象，是散射和吸收两种作用的总和。

衰减原因：当电磁波投射到气体或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收，转变为热能或其它形式的能量，从而使电磁波能量减弱。

雷达回波：当雷达波束投射到云、降水粒子上时，云、降水粒子就会发生散射现象。其中向后方散射的一部分散射波重新返回到雷达天线处，并在雷达显示器上显示出各种图像。

雷达气象方程：雷达回波强度不仅取决于雷达系统各参数的特性，而且和被测云、降水粒子的性质有关，还与雷达和被测目标之间的距离以及其间的大气状态有关。雷达气象方程就是根据所测定的回波强度去推断云、降水的物理状况，将雷达的作用距离与发射机、接收机、天线、目标和环境的种种特性联系起来的方程。普通雷达方程：

结论：雷达回波功率强弱取决于：Pt发射功率，G增益，雷达截面，R目标物距雷达站的距离

雷达气象方程的讨论：雷达气象方程：①雷达机各参数、②气象因子、③目标物和雷达机之间的距离 雷达机参数：①发射功率，②脉冲宽度和脉冲长度，③波瓣宽度，④天线增益等

发射功率：增加发射功率通常可以提高信噪比，从而增大最大探测距离。但最大探测距离还取决于脉冲重复频率，目标物最大高度，雷达架设高度，以及地球曲率等影响。

脉冲宽度Γ和脉冲长度h:当两者增加时，雷达脉冲在空间的体积增加，同一时间里被电磁波所照射到的降水粒子数量增多，所以回波接收功率增大，使一些弱的雨区等容易发现。缺点：1）雷达的距离分辨率变低2）雷达的盲区变大。

波束宽度θ: 水平波束宽度和垂直宽度愈大，天线发射的能量愈分散，入射能流密度将随距离增加而较快地减小，造成回波能量变弱。天线增益也随之增加。

天线增益G: 天线增益增加时，回波功率以平方的倍数增大，可提高雷达的探测能力。提高G，必须增大圆抛物面口径的几何面积，带来转动性能和抗风能力差的缺点。增大天线口径面积可以提高天线的增益和减小波束宽度，从而增大雷达的探测能力和探测的角分辨率

波长：雷达的最重要参数，云雨粒子对电磁波的散射能力和衰减能力，都与波长有密切关系。各气象因子的作用:1）目标物的后向散射特性。反映在因子

上

2）波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用。反映在因子

上

距离因子的影响:Pr与R平方成反比，气象目标随距离增加而减小，同样强度的降水出现在远距离处要比近距离处弱得多 大气折射：电磁波在大气中曲线传播的现象

大气折射类型：标准大气折射、临界折射、超折射、零折射、负折射

大气折射对探测的影响：由于大气折射指数分布不均匀性，会使电磁波在传播中发生折射现象

超折射：当波束路径曲率大于地球表面的曲率时，雷达波束在传播时将碰到地面，经地面反射后继续向前传播。然后再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，又称超折射

超折射形成的气象条件：超折射是因为大气中折射指数m随高度迅速减小造成。折射指数随高度迅速减小，必须是气温向上递增，同时水汽压向上迅速递减，就是常说”暖干盖”的大气层结。雨后晴朗的夜间：由于地面辐射，形成上干下湿的逆温层，发生超折射

测距原理：物理基础：目标散射，电磁波等速直线传播。多普勒频率（频移）：当目标物与雷达之间存在相对运动时，接收到回波信号的频率相对于原来的发射的频率产生一个频率偏移，在物理学上称之为多普勒频移。

径向速度：物体（目标）在观察者视线方向的速度。

距离折叠：是指雷达对雷达回波的一种辨认错误，当目标位于最大不模糊距离以外时，会发生距离折叠，雷达显示回波位置的方位角是正确的，但是距离是错误的。

多普勒两难：对于实际工作的雷达，波长是固定的，当选定了最大不模糊距离（或脉冲重复频率）后，就存在一个最大不模糊速度。即当目标的径向速度大于最大不模糊速度时，就会产生混淆。由雷达测得的径向速度将相差两倍最大不模糊速度。2

当最大不模糊速度较小时，会产生多次速度折叠。

显示方式： PPI：平面扫描、RHI：垂直扫描、VOL：体积扫描显示、CAPPI：等高平面位置显示、VCS：任意垂直剖面、局部多层CAPPI显示、、垂直最大回波显示CR、等值线图显示

等速度线：径向速度相同的点构成的线。零速度线是由雷达径向速度为零的点组成 零径向速度：某点的径向速度为零。

1）该点处的真实风向与该点相对于雷达的径向互相垂直 2）该点的真实风速为零，在那里的大气运动极小或处于静止状态

零径向速度意义：零等速点的风向是由邻近的负速度区，垂直于该等速度点吹向正速度区。地物回波：是指由山地及其上面的各种建筑物等对电磁波的散射产生的回波。晴空回波：云很稀薄或没有云雨的晴空大气里，或在不可能被探测到的小粒子所组成的云区内探测到的回波 超折射回波：当大气状况为超折射时，雷达回波会出现平常探测不到的远距离地物回波，就是超折射回波 旁瓣假回波：雷达沿主波瓣传输电磁波，主波瓣典型宽度为1º，当旁瓣发射出的电磁波在近距离遇到一些特别强的降水中心时，也能产生雷达接收到的回波。一般情况下，旁瓣产生的回波太弱，不易分辨出来。但是当遇上反射率因子极高的目标物（如积雨云中柱状的冰雹和暴雨）时就能够出现旁瓣回波 二次回波：由于距离折叠或者多层回波，当目标物位于最大不模糊距离之外时，就会产生距离折叠，而出现二次回波

三体散射：由于雷达能量在强回波区向前散射而形成的异常回波。因为强回波区一部分能量被散射到雷达，一部分能量散射回地面，其中散射到地面的能量又返回到含冰雹的强反射率因子区，强反射率因子区再次反射回雷达而形成。

层状云降水：又称稳定性降水或连续性降水。特点：水平尺度较大、持续时间较长，强度较均匀，时间变化缓慢。

层状云降水回波： PPI：呈均匀连续的大面积薄膜状，片状，丝缕状结构明显，强度弱，一般在20～30dBz，边缘不整齐，有时有强雨中心。（零度层亮带）

RHI：云体厚度较小，回波高度约5-6km，顶部和底部平坦，结构较均匀。

零度层亮带：是层状云降水回波的主要特征，是冰水混合层，反映了层状云中有明显的冰水转化区。零度层以上的降水粒子以冰晶为主，通过亮带后，全部转化为水滴。亮带说明层状云气流稳定，无明显对流活动。积状云:或称对流云，是由对流运动所产生的，通常与短时强烈天气相配合。

积云降水回波强度特征:PPI：表现为几km到几十km不规则分散、孤立块状。回波通常由单个或多个对流单体形成的回波组成。回波呈块状，尺度小，结构密实，边缘清晰，强度较强（35dBz以上），持续时间变化大。强中心到外围的强度梯度较大，随不同的天气过程排列成带状、条状、离散状等。

RHI：单体呈柱状结构，垂直伸展大于水平伸展，强对流单体顶部有云砧向下风方伸展或呈花菜状，悬垂中空，云体随对流发展变厚。回波顶发展较高，多数在6-7km，一些发展强烈的单体可达10km，个别可达20km。

穹隆：由雷暴前方的强烈斜上升气流深入云体，形成回波图像中的弱回波区。云体上冲：由上升气流引起的。积层混合云降水的天气特点：范围大，降水持续时间长，累积降水量大，往往造成大面积的强降水。

积层混合云降水回波:PPI：又称为絮状回波，比较大的范围内，回波边缘呈现支离破，没有明显的边界，边缘紊乱，层状云回波中镶嵌着一个个密实团块的对流云，强度可达40dBz或以上，有时强回波团块整齐排列可形成一条短带。

RHI：表现在均匀的层状云高度上柱状回波起伏地镶嵌在其中。在对流云衰败阶段，柱状回波与层状云回波合在一起。雷达产品:

1.基本数据产品:反射率因子（R）平均径向速度（V）谱宽产品（W）2.物理量产品：

强度物理量产品:回波顶高（ET）垂直累积含水量（VIL）时段雨量累积（OHP、THP）雨强显示（RZ）

速度物理量产品:垂直风廓线产品（VWP）合成切变（CS）径向散度（RVD）或称速度径向切变、方位涡度（ARD）谱宽物理量产品

3.反演识别产品：(1)阵风锋；下击暴流；

(2)中尺度气旋；龙卷涡旋；

(3)风暴；冰雹自动识别等；(4)风暴自动识别、跟踪、预报和预报检验。3

第二篇：雷达知识点总结

雷达知识点总结

1.雷达的工作原理 1 雷达测距原理

超高频无线电波在空间传播具有等速、直线传播的特性，并且遇到物标有良好的反射现象。

用发射机产生高频无线电脉冲波，用天线向外发射和接收无线电脉冲波，用显示器进行计时、计算、显示物标的距离，并用触发电路产生的触发脉冲使它们同步工作。2 雷达测方位原理

（1）利用超高频无线电波的空间直线传播；（2）雷达天线是一种定向型天线；

（3）用方位扫描系统把天线的瞬时位置随时准确地送到显示器，使荧光屏上的扫描线和天线同步旋转，于是物标回波也就按它的实际方位显示在荧光屏上。雷达基本组成

（1）触发电路（Trigger Circuit）

作用：每隔一定的时间产生一个作用时间很短的尖脉冲（触发脉冲），分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。

（2）发射机（Transmitter）

作用：在触发脉冲的控制下产生一个具有一定宽度的大功率高频的脉冲信号（射频脉冲），经波导馈线送入天线向外发射。参数：X波段：9300MHz—9500MHz（波长3cm）

S波段：2900MHz—3100MHz（波长10cm）（3）天线（Scanner;Antenna）

作用：把发射机经波导馈线送来的射频脉冲的能量聚成细束朝一个方向发射出去，同时只接收从该方向的物标反射的回波，并再经波导馈线送入接收机。参数：顺时针匀速旋转，转速：15—30r/min

（4）接收机（Receiver）

作用：将天线接收到的超高频回波信号放大，变频（变成中频）后，再放大、检波，变成显示器可以显示的视频回波信号。（5）收发开关（T-R Switch）

作用：在发射时自动关闭接收机入口，让大功率射频脉冲只送到天线向外

辐射而不进入接收机；在发射结束后，能自动接通接收机通路让微弱的回波信号顺利进入接收机，同时关闭发射机通路。（6）显示器（Display）

作用：传统的PPI显示器在触发脉冲的控制下产生 一条径向的距离扫描线，用来计时、计算 物标回波的距离，同时这条扫描线由方位扫描系统带动天线同步旋转。

（7）雷达电源设备（Power Supply）

作用：把船电变化成雷达所需要的具有一定频率功率和电压的专用电源。

参数：中频电源，频率：400—2000Hz 2.1 雷达中频电源设备

1）雷达为什么使用专用电源

避免低频电源设备干扰和缩小雷达体积；

雷达要求稳定、可靠的电源；

防止微波雷达与其它高频用电设备相互干扰。2）雷达中频电源的技术要求

电压稳定（船电变化±20%，输出小于±5%）；

中频稳定（400-2000Hz）；

有短路、过流、过压保护措施；

操作简便、使用可靠；

能24小时连续工作；

适应海上的工作环境；

噪声振动小、换能效率高。2.2 雷达触发脉冲产生器

（1）触发脉冲产生器的作用

每隔一定的时间产生一个触发脉冲，分别送到发射机、接收机和显示器，使它们同步工作。

（2）触发脉冲产生电路

现代雷达为了提高测距精度，采用一种晶体高频振荡器作为雷达的时间基准器，装在显示器里。触发脉冲由高频振荡器分频得到。（3）脉冲重复频率（PRF）和脉冲重复周期（PRP）

（4）触发脉冲与雷达量程

雷达的脉冲重复频率随量程而改变，在近、中、远量程段各选定一个脉冲重复频率，由量程开关控制变换。

PRF=500Hz～4000Hz

量程越大，PRP越大，PRF越小；反之 2.3 雷达发射机

（1）发射机组成及作用

预调制器：产生一个具有一定宽度的正极性矩形脉冲，控制调制器工作。雷达的脉冲宽度转换在此进行。

调制器：产生一个具有一定宽度、一定幅度（约1万伏特）的负极性高压矩形脉冲（调制脉冲），加给磁控管的阴极。

磁控管：在调制脉冲的控制下，产生相同宽度的大功率超高频振荡脉冲（射频脉冲），经波导天线向外辐射。电源：低压电源和高压电源。高压自动延时电路的作用是保证磁控管有3~5分钟的预热时间。

（3）发射机技术指标

工作波长（Wavelength）发射机的工作波长是指磁控管产生的超高频脉冲波的波长。船用雷达的频率范围是：

X波段：9300MHz—9500MHz（波长3cm）

S波段：2900MHz—3100MHz（波长10cm）

脉冲宽度（Pulse Width）脉冲宽度是指射频脉冲振荡持续的时间。发射功率（Transmitted Power）峰值功率:在脉冲持续期间的射频振荡的平均功率。

平均功率:在脉冲重复周期内的输出功率的平均值

脉冲波形（Pulse Wave Shape）发射脉冲的波形是值发射脉冲的包络形状。一般说来，波形越接近矩形越好。

发射脉冲频谱（Radio Frequency Pulse Spectrum）

发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频率成分的能量分布。接收机的通频带宽度

脉冲频谱要求稳定、对称，旁瓣最大值不大于主瓣的25% 4）磁控管

磁控管的工作条件，磁控管本身完好；

灯丝加上额定工作电压，阴极加热；

磁控管阴阳极间加上额定的负极性调制脉冲；

磁控管输出负载匹配，波导与天线应连续、不变形及内部要光洁。磁控管的检查

（1）查磁控管电流（2）用氖灯检查

磁控管的使用注意事项（P12）5)脉冲调制器

调制脉冲的波形直接决定磁控管工作的好坏，要求前后沿要陡，平顶波动小。磁控管需要的高压调制脉冲的脉冲功率很大，而平均功率却很小。6）发射机的调整

高压自动延时电路调整 磁控管电流的调整 7）发射机的状态判断 判断磁控管是否工作正常 检查磁控管电流；

用氖灯在收发机波导口检查是否发亮 2.4 微波传输及雷达天线系统 1）系统组成及作用 波导 连接收发机与天线之间，用于传输微波能量。天线

用作定向发射射频脉冲信号和定向接收物标回波信号。3 驱动电机：在相对风速100kn时能以1000～3000r/min的转速启动并驱动天线旋转。4 传动装置（Driving Device）即减速装置,保证天线以15～30r/min速度匀速转动。5 方位同步发送机（Bearing Transmitter）将天线的角位置信号变成电信号送给显示器的同步接收机，使扫描线随天线同步旋转。船首位置信号产生器

由一个微型触点式开关和安装在天线旋转齿轮上的一个凸轮组成。每当天线转过船首方向时，凸轮使开关闭合一次，发出一个脉冲信号使显示器里的船首标志电路输出一个方波，在屏上形成一个径向亮线代表本船船首。（触点开关也可以是干簧管）（2）波导

1）用途

为减小损耗，防止辐射、干扰和失真，要使用波导或同轴电缆作为微波传输线，而不能用普通导线或电缆。结构特点:由黄铜或紫铜拉制而成的空心管，内壁光洁度高，界面尺寸由传输的微波波长决定。

.2 电磁波在波导中传导的衰减（P16）（1）与传输的波形有关（2）与波导管尺寸有关（3）与波导材料有关

（4）与波导内表面光洁度和清洁度有关 3 波导元件及其使用（P16）

（1）安装前要检查波导管，管内应清洁

（2）波导总长度不宜超过20m，弯波导不宜超过5个（3）软波导不能用作弯波导，不宜装于室外（4）波导管平面接头超天线，扼流接头朝收发机

（5）在收发机波导口要插上云母片，防止波导一旦进水直接流入磁控管而损坏磁控管

（6）波导安装时要防止波导受力 综合考虑，一般3cm雷达使用波导作馈线，在10cm雷达中，用同轴电缆作馈线。3雷达天线 主要技术指标（1）方向性图

（2）方向性系数（3）天线效率

（4）天线增益（Antenna Gain）

天线增益的大小直接影响雷达的作用距离，与天线的有效面积有关，一般而言，天线尺寸越大，雷达的作用距离越远（假定雷达发射功率足够）。（5）天线波束宽度（Beamwidth）

在天线功率方向性图中主瓣波束的两个半功率点方向间的夹角称为主瓣的波束宽度。在场强方向性图中，等于场强值为0.707时的两个方向间的夹角。

隙缝波导天线

隙缝波导越长，隙缝数越多，水平波束宽度越窄、方向性越好。

隙缝波导天线主瓣轴线方向会偏离天线窗口中点法线方向的顺时针方向约3-5度，称偏离角。在安装天线底座时要注意校正。

水平极化波 在海面平静状态，水平极化波引起的海浪干扰杂波最小。垂直极化波 利用10cm波长的垂直极化波抑制海浪干扰。圆极化波 圆极化波可以较好的抑制雨雪干扰 2.5 雷达接收机

1）接收机的组成及各部分作用

.1 变频器

作用是把雷达超高频回波信号变成频率较低的中频回波信号。

船用雷达接收机的中频一般为30MHz或60MHz。.2 中频放大器

把微弱的中频回波信号不失真的放大十几万倍，然后送去检波.3 检波器

把经过放大后的中频回波信号去掉中频成分，取出包络，变成视频脉冲信号。4 辅助电路

增益控制电路（Receiver Gain Control）

作用：改变接收机中放的增益（放大倍数），实现对回波强度的控制；

海浪干扰抑制电路（Anti-Clutter Sea Control）

作用：抑制海浪的干扰；

自动频率控制电路（Auto Frequency Control）

作用：自动控制本机振荡器的频率，使混频器输出稳定的中频信号，显示屏上回波稳定清晰。

2）接收机的主要技术指标 1 灵敏度（Sensitivity）

表示:接收机接收微弱信号的能力；

参数：最小回波信号功率（接收机门限功率）

注意：① Prmin越小，接收机灵敏度越高，雷达作用 距离越远；

②△f表示接收机通频带宽度,其值越小,则Prmin越小,接收机灵敏度越高。.2 通频带（Band Width）

表示：接收机能有效放大的信号频率范围；

参数：输入信号电压放大倍数从中心频率f0的最大值1下降到0.707时两个对应频率之差。

通频带宽→捕获多，失真小→灵敏度低，影响探测能力 通频带窄→捕获少，失真大→灵敏度高，远距探测能力强

3）接收机工作状态判断.1 调“增益”看噪声变化

正常：顺时针调大“增益”旋钮，屏幕上出现噪声斑点；

故障：无噪声斑点或很微弱。.2 从晶体电流看变频器的工作

正常：晶体电流值在规定范围内；

故障：无电流→本机振荡器已坏；电流偏小→本机振荡器工作不正常。注意：有晶体电流只能说明晶体和本机振荡器是工作的，不能说明一定有回波输入。2.6 雷达显示器（1）主要技术指标

.1平面位置显示器PPI（Plane Position Indicator）

极坐标表示,扫描中心代表天线位置;

物标回波以距离扫描线上的加强亮点表示;

回波亮点至扫描中心之间的距离代表物标距离；

扫描线随天线同步旋转.2 技术要求

距离:[Rmin，Rmax]

方位:[0°，360°]

满足测量精度、图像分辨力等要求（2）雷达显示器的组成 阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）

电磁式显象管：电子束聚焦和偏转都用管颈外的线圈产生的磁场实现的。

阴极为信号极，加入负极性回波视频脉冲信号及各种刻度脉冲信号

控制栅极加可调偏压（用面板上“亮度”钮控制）和正极性方波（称辉亮方波，用以控制阴极只在扫描持续期内发射电子）。

第一阳极加+600v电压以加快电子速度。在聚焦圈中加聚焦电流或在聚焦电极上加聚焦电压，实现电子束的聚焦。

第二阳极加约+1000v特高压，加快电子束的速度，轰击荧光屏。

余辉时间：从电子束停止轰击到发光强度衰减到初始值的1%的时间。

船用雷达CRT的余辉时间一般为6～8s，属于长余辉

现代光栅扫描雷达则采用短余辉CRT 2 距离扫描电路（Range Sweep Circuit）

延时线（Delay Line）：用来调节扫描线的起始时间，使得扫描起点时刻和射频脉冲离开天线的时刻严格对应，以保证测距的准确。

方波产生器：在经过延时的触发脉冲的控制下，根据不同的量程产生不同宽度的方形脉冲，以控制显示器的扫描电路同步工作。（3）光栅扫描原理 径向圆扫描（极坐标方式）特点：

荧光屏上扫描线径向扫描的速率取决于量程的大小；

扫描线旋转的速率取决于天线的转速；

物标回波的强度取决于回波视频信号的幅度； 缺点：

物标回波及各种符号视频在屏幕上只能是天线每转一圈才能亮一下，整个屏面上亮度不一；

容易丢失小目标；

在常规雷达屏上标示其他符号十分麻烦、困难。2.7 雷达显示方式 雷达显示方式的分类 船首向上图像不稳相对运动显示 显示特点：

扫描中心代表本船位置，在屏上不动；船首线代表本船船首方向；固定物标与本船等速反向运动；船首线指向固定方位盘的零度；读取物标的相对方位 本船转向时，船首线不动而物标回波反转，使得图像不清晰。显示优点： 显示非常直观，便于判明目标船的位置； 判断碰撞危险方便，常用作观测瞭望。显示缺点：若需定位（测量真方位），须加上航向，使用不便 在大风浪天气时，船首偏荡，图像模糊，测量误差大。2 真北向上图像稳相对运动显示 显示特点：

必须接入陀螺罗经的航向信号；扫描中心代表本船位置，在屏上不动；船首线代表本船船首方向；固定物标与本船等速反向运动；船首线指向航向值固定方位盘的零度代表真北；读取物标的真方位。本船转向时，船首线移向新航向值，而物标回波不动，图像清晰。

显示优点：便于测量物标的真方位；图像稳定，显示清晰；在定位及多该向窄航道中航行使用方便。

显示缺点：当航向在090°～270 °之间时，特别在180 °附近，观测不便，容易搞错物标位置，不利于避碰操纵。3 航向向上图像稳相对运动显示 显示优点：

具有船首向上的直观显像，判明物标的位置；具有真北向上的图像稳定，直接读取真方位；

在避碰、定位和导航中应用方便。真运动雷达显示方式的分类

根据本船速度的输入源：计程仪真运动、模拟速度真运动 根据输入速度的类型：对地真运动、对水真运动

根据图像的指向：北向上真运动、船首向上真运动、航向向上真运动 1 真北向上真运动显示 显示特点：

扫描中心在屏上按计程仪或模拟计程仪输入的速度沿着船首向（航向）移动；

扫描中心的正上方代表真北，本船船首线指示航向；

本船转向时，船首线移动，其他物标不动；

其它运动物标按各自的航向、航速移动，固定物标静止不动。雷达屏幕上的图像显示的是相对静止的画面，如同海图一般，但可以根据本船的位置作漫游，偏心显示可以使本船前方的区域更大。2 对水稳定真运动显示 显示特点：

速度输入是对水速度，航向是陀螺罗经航向；

本船的船首线在航行中是稳定的； 运动的物标按照它对水的速度和航向航行；

随水漂流的物标（对水静止）在雷达屏上是不动的

固定的物标（系留于地）在雷达屏上按照风流压的相反方向和速度移动 运动物标（包括本船）的尾迹表示该物标的对水速度和航向。3 对地稳定真运动显示 显示特点：

速度输入由双轴多普勒计程仪输入对地速度;

本船（扫描中心）在屏上将按实际的航迹向及对地速度移动。

本船的航向（船首线指向）与航迹向不一致，有一个偏角，即风流压差角。固定的物标（系留于地）在雷达屏上是不动的。

运动的物标（包括本船）按照它对地的速度和航向航行； 雷达屏上显示的所有的物标相对与大地的位置变化。比较及应用：

在狭水道导航时用对地稳定真运动显示比较直观方便；在进行雷达标绘、计算及判断碰撞危险、采取避碰措施时用对水稳定真运动比较方便、准确 3.1 雷达最大探测距离及其影响因素

在标准大气折射条件下，考虑到物标的高度，船用雷达的最大探测距离为：

H1 雷达天线高度

H2 物标高度

3.2 雷达最大作用距离及其影响因素

影响因素：

（1）雷达技术参数：

① rmax与Pt的四次方根成正比：加大发射机的发射功率，雷达最大作用距离增加，但不显著。

② rmax与Prmin的四次方根成反比：减小接收机的门限功率，雷达最大作用距离增加，但不显著

③ rmax与GA和λ的平方根成正比：天线增益和工作波长对雷达的最大作用距离影响较大。

（2）物标反射性能：

物标反射雷达波性能的强弱显然影响雷达的最大作用距离，一般可用物标有效散射面积来表示。

① 物标几何尺寸大小的影响：物标的尺寸越大，雷达波束照射到的面积越大，回波越强。

② 物标形状、表面结构即入射波方向的影响 ③ 物标材料的影响

④ 工作波长的影响 3cm雷达的雨雪干扰比10cm雷达强很多。（3）海面镜面反射的影响(4)海浪干杂波扰的影响

海浪干扰杂波的特点：① 离本船越近，海浪反射越强；随着距离增加，海浪反射强度呈指数规律迅速减弱；② 海浪回波在雷达荧光屏上显示为扫描中心周围一片不稳定的鱼鳞状亮斑；③ 海浪回波强度与风向有关，本船上风舷的海浪杂波强，显示距离远；下风舷则弱，显示距离近；④ 大风浪时，海浪回波密集而变成分布在扫描中心周围的辉亮实体；若有幅度较大的涌浪，可见一条条回波带。

雷达技术参数与海浪回波的关系：

① 工作波长：3cm雷达受海浪影响比10cm雷达要大近10倍；

② 波束入射角：天线垂直波束越宽或天线高度越高，雷达波束对海浪的入射角越大，海浪回波越强；

③ 雷达波的极化类型：水平极化天线比垂直极化减少海浪发射1/4～1/10；

④ 脉冲宽度和水平波束宽度：两者宽度越宽时，海浪反射面积大，则海浪回波越强。

3.3 雷达最小作用距离及其影响因素

雷达盲区：在雷达最小作用距离以内的区域 结论： ① 雷达天线越低，垂直波束越宽，则rmin2越小，雷达探测近距离的性能越好。② 一般取rmin=max{rmin2，rmin2} 3.4 雷达距离分辨力及其影响因素

影响因素：发射脉冲宽度、接收机通频带及屏幕光点尺寸。.2 提高雷达距离分辨力的措施（1）使用窄脉冲；（2）使用宽频带接收机；（3）使用较大屏幕的显像管；（4）聚焦良好；（5）使用近量程观测。

IMO关于船用雷达性能标准中距离分辨力的规定：用2nmile量程或更小量程，在量程50％～100%的距离范围内，观测两个同方位的相邻小物标，它们能分开显示的最小间距应不大于50m。3.5 雷达方位分辨力及其影响因素

影响因素：天线水平波束宽度、光点角尺寸、回波在屏幕扫描线上所处的位置。① 天线水平波束宽度造成物标回波“角向肥大”； ② 屏幕光点角尺寸造成物标回波边缘扩大

光点角尺寸与其在扫描线上的位置有关 2 提高雷达方位分辨力的措施

（1）减小天线水平波束宽度；（2）良好聚焦，减小光点直径尺寸；

（3）正确使用量程，尽可能使观测的回波显示 在1/2～2/3L区域（太靠近屏幕边缘不好）；

（4）适当降低亮度，增益，以减小回波亮点尺寸。

IMO关于船用雷达性能标准中方位分辨力的规定：用1.5nmile量程2nmile量程时，在量程50％～100%的距离范围内，观测两个等距离的相邻点物标，它们能分开显示的最小方位间隔应不大于2.5°。3.6 雷达测距精度及其影响因素 造成雷达测距误差的因素（1）同步误差

原因：发射机电路及波导系统对发射脉冲的延时作用，造成扫描起始时刻超前于天线口辐射的时刻。

特点：使得显示屏上的物标距离比天线口到物标的实际距离要大，形成固定的测距误差。

解决方法：调整延时线抽头的位置，使扫描起始时刻等于发射机发射时刻。（2）距标测距误差

原因：电路产生固定距标圈和活动距标圈的误差。

特点：固定距标误差为所用量程的0.25％以内，活动距标误差为所用量程的1％～1.5％以内。

解决方法：使用固定距标校准活动距标；在测量时，将显示屏亮度调到最小限度，以免距标过亮。（3）扫描锯齿波的非线性

原因：扫描锯齿波是非线性上升的。

特点：显示屏上出现的固定距标圈之间的间隔是不等的，人眼在测量物标回波时，产生较大内插误差。

解决方法：改进电路，使得扫描锯齿波尽量理想化。（4）光点重合不准导致的误差

原因：雷达荧光屏的光点具有一定的尺寸；“径向肥大”和“角向肥大”的作用；距标圈也存在边缘增大的现象。

特点：回波的边缘并不是物标的边缘

解决方法：测量物标时，使用活动距标圈的内缘与回波影像的的内缘相切，进行准确重合，才能得到准确的距离读数。

IMO关于“雷达性能标准”中，利用固定距标圈和活动距标圈测量物标距离的误差不能超过量程最大距离的1.5％或者70m中较大的一个值。（5）脉冲宽度造成回波图像外测扩大引起的测距误差

原因：脉冲宽度造成雷达回波图像外测扩大c²τ/2。

特点：雷达回波图像固有的失真。

解决方法：测量物标时，不选用回波的外测边缘测距，并尽可能使用短脉冲工作状态。

（6）物标回波闪烁引起的误差

原因：本船和物标的摇摆及相对运动，造成雷达波束照射物标的部位发生变化，引起物标回波的反射中心不稳而存在物标回波的闪烁现象。

解决方法：测量物标时，掌握运动态势，把握时机（7）雷达天线高度引起的误差

原因：现象雷达测定的距离是天线至物标的距离，而不是船舷至物标的水平距离。

特点：天线越高，影响越大；物标越远，影响越小。减小雷达测距误差的措施

（1）准确调节显示器控制面板上的控钮，使回波饱满清晰；

（2）选择合适的量程，使得所测量的物标回波处于1/2~2/3量程处；

（3）定期将活动距标与固定距标进行对比、校正；

（4）活动距标应与物标回波准确重合，使距标圈的内缘与回波前沿（内缘）相切；

（5）尽可能选用短脉冲发射工作状态，减少回波外测扩大效应。3.7 雷达测方位精度及其影响因素 造成雷达测方位误差的因素：（1）方位同步系统误差

原因：天线方位的角数据传递有误差，使得扫描线与天线不能同步旋转。（2）船首线误差

原因：船首线出现的时间与天线波束轴向扫过船首的时间不一致。在“Head-up”显示方式中，测量物标回波的相对方位出现误差；在“North-up”显示方式中，存在陀螺罗经引入的误差，使得船首线指示的航向角不准。（3）中心偏差

原因：扫描中心未调到与荧光屏的几何中心重合，使得在利用EBL测物标方位时，从固定方位刻度圈上测读的舷角不等于物标的实际舷角。（4）水平波束宽度及光点尺寸造成的“角向肥大”误差

原因：天线水平波束宽度及光点角尺寸分别产生回波图像“角向肥大”（方位扩大效应），引起回波图像左右两侧边缘各扩大了：（5）天线波束主瓣轴向偏移角不稳定引起的误差

原因：旋转隙缝波导天线波束主瓣轴偏离天线窗口法线方向越3°～5°，在经过安装时的校准后，还会随着雷达工作频率的漂移而改变，此误差不能完全消除 6）天线波束宽度及波束形状不对称引起的误差

原因：雷达在测量点状物标时，通常以回波中心方位作为物标方位，若雷达波束不对称，则回波的中心位置将发生畸变，并随回波的强度而变化。（7）方位测量设备的误差

原因：雷达的方位刻度圈、机械方位标尺或EBL的产生均存在误差，从而导致测方位误差。

（8）本船倾斜或摇摆导致的误差

原因：误差当本船倾斜或摇摆时，雷达天线旋转面随之倾斜，从而使得天线扫过的物标方位角与实际物标水平面上的方位角有误差（9）本船倾斜或摇摆导致的误差（10）人为测读误差

原因：读数内插误差；视线未垂直荧光屏面引起的视觉误差；量程选择不当；回波未调整清晰等。

减小雷达测方位误差的措施：

（1）正确调节显示器控钮，使回波饱满清晰；

（2）选择合适的量程，使得所测量的物标回波处于1/2~2/3量程处；选择图像稳定的显示方式。

（3）调准中心，减小中心偏差；视线垂直与荧光屏面观测读数，减小视觉误差；

（4）检查船首线是否在正确位置上，校核航向值；

（5）使用EBL测物标时，应使其和物标回波边缘进行“同侧外缘”重合，消除光点扩大效应，同时修正天线水平波束宽度的扩大效应。

（6）船舶倾斜时，伺机测定物标。3.7 雷达测方位精度及其影响因素 1 工作波长

（1）工作波长λ与最大作用距离的关系

① 正常天气观测时，10cm雷达的最大作用距离稍大于3cm雷达；

② 雨雪天气观测时，10cm雷达的最大作用距离比3cm雷达大得多；（2）工作波长λ与距离分辨力、测距精度的关系

3cm雷达在距离分辨力和测距精度上比10cm雷达好。（3）工作波长λ与方位分辨力、测方位精度的关系

同样的天线尺寸，工作波长λ越短，天线水平波束宽度越窄，则方位分辨力、测方位精度越高

（4）工作波长λ与抗杂波干扰能力的关系

雨雪天气和海浪较大时，10cm雷达的性能要比3cm雷达好得多；

总结：正常天气时，3cm雷达使用性能优于10cm雷达；雨雪天气和大风浪时，则相反。2 脉冲宽度

（1）与最大作用距离的关系

脉冲宽度越大，雷达的最大作用距离越大。（2）与最小作用距离的关系

脉冲宽度τ越小，雷达的最小作用距离越小，近距离测量物标性能好。（3）与距离分辨力的关系

脉冲宽度τ越小，则距离分辨力越高。（4）与测距精度的关系

脉冲宽度τ越小，雷达回波图像外测的径向扩大效应越小，图像失真小，有利于提高测距精度。

（5）与抗杂波干扰性能的关系

脉冲宽度τ越小，则同时照射在雨雪及海浪上的时间缩短，产生的干扰回波较弱，有利于雷达抗雨雪和海浪干扰的能力。

总结：除最大作用距离性能要求脉冲宽度τ大之外，其它各性能均要求脉冲宽度τ小。

为了兼顾远近量程的不同使用性能，通常：

① 远量程时使用宽脉冲，以保证最大作用距离；

②近量程时使用窄脉冲，以满足最小作用距离、距离分辨力、测距精度及抗杂波干扰性能的要求。3 脉冲重复频率F（1）与量程的关系

远量程使用宽脉冲，低脉冲重复频率；

近量程使用窄脉冲，高脉冲重复频率。（2）与最大作用距离的关系

脉冲重复频率越高，则天线扫过物标时，照射物标的次数多，即物标回波脉冲积累次数多，时荧光屏上的回波点较亮，容易识别，有利于提高雷达的最大作用距离。发射峰值功率Pt（1）与最大作用距离的关系

由雷达方程可知：雷达的最大作用距离于发射峰值功率的四次方根成正比，Pt越高，则最大作用距离越大，但增加不明显。（2）与抗杂波干扰性能的关系

发射峰值功率Pt越高，则海浪、雨雪杂波及天线旁瓣干扰也随之增大。5 天线波束宽度

（1）天线水平波束宽度

① 天线水平波束宽度越小，则天线增益越大，则雷达的最大作用距离越大；

②

天线水平波束宽度越小，则方位分辨力越高；

③ 天线水平波束宽度越小，则测方位精度越高；

④ 天线水平波束宽度越小，则杂波干扰强度小，雷达抑制杂波干扰性能越好 总结：天线的水平波束宽度越小越好（2）天线垂直波束宽度

① 天线垂直波束宽度越小，天线辐射能量越集中，则天线增益越大，雷达的最大作用距离也越大；

②

天线垂直波束宽度越小，则雷达抑制雨雪、海浪等杂波干扰性能越好。

③ 天线垂直波束宽度越大，则雷达最小作用距离越小，即雷达近距离探测物标性能越好；

总结：天线的垂直波束宽度应折衷考虑。6 天线转速NA

总结：船用雷达天线采用双速天线，平时用常规低速，海浪干扰严重时用高速旋转的天线。7 天线极化形式 总结：船用雷达天线在正常天气时，采用“水平极化”方式，在下雨天时，采用“圆极化”方式。8 接收机灵敏度Prmin 由雷达方程可知：接收机的门限功率越小，其灵敏度越高，则雷达的最大作用距离越远。接收机同频带Δf 接收机的通频带越窄，Prmin越小，其灵敏度越高，则雷达的最大作用距离越远。

接收机的通频带不够宽时，回波脉冲经过接收机的放大电路后将造成输出波形前后沿失真，导致雷达距离分辨力和测距精度降低，图像不清晰。

总结：近量程时，采用窄脉冲，接收机通频带较宽；远量程时，采用宽脉冲，接收机通频带较窄。ARPA 1 预处理的内容、必要性（1）预处理的内容：

雷达原始视频信号的杂波处理；

距离、方位信号的量化处理；

陀螺罗经航向信号数字化处理

计程仪航速信号的数字化处理（2）预处理的必要性：

消除海浪、雨雪及同频雷达干扰及噪声杂波；

电子计算机的容量和处理能力有限；

模拟传感信号经过量化或数字化处理后，可变换成计算机可以接受的数字信号。

.2 雷达信号的预处理

（1）雷达回波原始视频信号的杂波处理

恒虚警处理（CFAR Processing）

CFAR－Constant False Alarm Rate，即恒虚警率，表示单位时间内出现的虚警数是一定的。

CFAR处理：先取出带杂波干扰的原始视频信号积分均值，然后再将它与原始视频信号相减，以去除杂波，输出有用的目标回波。杂波干扰的处理具有自适应的性质，抑制效果将更显著。

解相关处理（Solve Correlation Processing）

如抗同频雷达干扰。（2）量化处理

方位量化

方位量化是对天线波束的角位置进行量化，即将360°等分成若干方位量化单元，并用一组由“0”、“1”组成的代码表示不同的方位 距离量化

距离量化，即时间量化，以雷达触发脉冲前沿为起点，将距离扫描全程对应的时间等分成若干时间量化单元。原始视频信号的数字化

将雷达接收机输出的原始视频信号经过幅度分层和时间量化而变换成数字视频信号。（3）罗经及计程仪信号的数字化处理

罗经信号的数字化

由陀螺罗经提供的本船航向模拟信号，用同步机或步进电机送至ARPA的预处理电路，将罗航向信号转换成数字航向信息，所用转换器件及远离与天线角位置信号量化处理相同。

计程仪信号的数字化

数据折合率符合IMO要求，即200pulse/nmile。7.2 目标自动检测、录取和跟踪

MOON规则：在N次探测中,若某量化单位内累积出现的回波“1”的次数》M，则判断该单位内发现了目标，于是判定器输出“1”；否则，判断为无目标，判定器输出为“0”。N大，目标不易丢失，M大，不易发生误将干扰为目标的错误，检测可靠性高。目标录取的方法及特点

定义：跟踪目标的选择及其跟踪的开始，称为ARPA的“目标录取”。目标录取的任务：目标的距离、方位数据；目标的属性、尺度数据。

1）人工录取：

操作方法：用手摇（或推动）操纵杆或跟踪球，控制显示器电路产生的录取标志在荧光屏上的位置，当套在欲录取的目标回波亮点上时，按下录取开关，则将录取标志的坐标数据作为物标的初始位置并输入计算机中，完成目标录取任务。优点：用可以按照危险程度作出先后录取的方案，一般先录取船首向、右舷、离本船近的相遇船，录取目的性明确；运用观测经验，较容易在干扰背景中识别和录取目标。

缺点：录取操作过程费时间、速度慢，在多目标复杂情况下容易措手不及；如果观测疏忽，可能漏掉危险目标；目标的运动态势及危险程度随时变化，需重复进行录取操作和连续观测，值班驾驶员负担较重。（2）自动录取：

从发现目标到各个目标位置数据送入计算机的整个录取过程由机器自动完成，仅一些辅助控制由操作者介入。

操作方法：

设置优先区

设置限制区：限制区是ARPA拒绝录取区

设置警戒区

优点：录取速度快，可应付多目标态势。

缺点：

可能会造成虚假录取，误将干扰、陆地或岛屿当作目标录取；

可能会漏掉在杂波干扰区外的弱小目标；

ARPA的优先录取准则较简单，难以适应多目标且运动态势复杂的场合，造成漏掉危险度较大的目标而酿成危险局面。3 目标的自动跟踪 定义：观测目标位置的相继变化以建立其运动的方程，称为ARPA的“目标跟踪”。目标跟踪的任务：利用目标运动的相关性，将离散的目标位置（点迹）数据分别连成各目标的航迹，并判明其运动规律。

（1）实现自动跟踪的方法：

航迹外推：对目标未来位置的预测，即预测目标在下一周天线扫到时的位置。

由于雷达测量有误差及目标机动的随机性，航迹外推的结果必然存在误差。为了使外推的均方误差最小和实现外推的可能性，必须对采集的点迹数据进行滤波处理，以实现最佳估计，从而获得最佳预测位置。

航迹相关：对新点迹和已有航迹之间归属关系的判明。

方法：首先判明新点迹是否属于同一目标或者是其他新发现的目标；

其次，在预测位置中心设置一个“跟踪窗”或“跟踪波门”，波门尺寸应保证下一次目标（会波点）检测时，预测位置和实测位置修正后都处于该波门内，以保证连续跟踪；

第三，凡是进入波门的信号就认为是相关的，判定为同一目标的新点迹。（2）跟踪波门

波门尺寸对跟踪性能的影响

初始录取波门应足够大，以便录取成功并建立起航迹；但录取波门不可太大，否则降低录取分辨力。

建立航迹后跟踪波门尺寸要小，有利于提高跟踪精度和分辨力；

为了适应不同尺寸的目标、目标机动及跟踪误差，波门尺寸大小应能自适应调整。

ARPA采取的自动跟踪方法

波门尺寸按照目标尺寸自动调节：根据自动检测到的目标几何面积设置波门尺寸大小，使目标面积占波门面积的75%，其余25%是留有余地。

设置大、中、小三种波门尺寸，在跟踪过程中自适应调整：初始录取目标时用大波门，初始建立跟踪后用中波门；进入稳定跟踪后，用小波门。若用大波门连续5次天线扫描，目标都未能进入大波门，则判定目标丢失。（3）自动跟踪的局限性 目标丢失

目标回波信号变弱；

杂波干扰；

目标大幅度快速机动

雷达测量或处理出现特大误差

目标进入雷达阴影区或被大目标遮挡

误跟踪

目标调换（发生目标调换的5种情形和技术措施）3 危险判断与报警

（1）利用DCPA、TCPA进行危险判断与报警 DCPA>MIN DCPA TCPA>MIN TCPA：目标船安全；

DCPA≤MIN DCPA TCPA>MIN TCPA：目标船危险，时间有余； DCPA≤MIN DCPA TCPA

相对矢量：其起点表示目标现位置；方向表示相对运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。

真矢量：其起点表示目标现位置；方向表示真运动航向；长度表示对应矢量时间的预测航程；矢量末端表示对应矢量时间的预测到达位置。4矢量显示模式

相对矢量（Relative Vector）显示模式

特点：本船无相对矢量，同速同向目标不显示R.V；

固定或运动目标显示R.V；

从本船到目标R.V延长线的垂足为CPA，目标航行至CPA的时间为TCPA。适用场合：R.V显示模式可评估目标逼近本船的速度，估算CPA、TCPA，评估相遇船与本船有无碰撞危险。真矢量（True Vector）显示模式

特点：本船与运动目标都显示T.V，其长度比为速度比，可形成0、1、2个PPC；

固定没有T.V；如果固定目标显示T.V则是因为受到风、流的影响而产生的，此时为对水T.M；

若目标的CPA=0，则该目标T.V延长线与本船航向线的交点为PPC；

若本船和目标的T.V矢端重叠或离得很近，表示有碰撞危险。

根据目标的T.V和真航迹可判断目标是否机动。.1 ARPA的优点

（1）ARPA具有预处理和自动检测功能，可在噪声干扰环境中较可靠识别目标；（2）ARPA能自动、连续提供必要的航行及避碰信息数据，并能连续、正确、迅速地评估和预测航行态势。

（3）ARPA有多种功能，正确使用有助于解析雷达信息，确保船舶航行安全，减少碰撞事故和海上环境污染。

（4）ARPA工作自动化程度高，可减轻驾驶员的辛劳，集中精力操船和避让，确保航行安全。3 ARPA的局限性

（1）ARPA传感器的局限性

（2）自动检测的局限性

（3）录取的局限性

（4）跟踪局限性（存在误跟踪和跟踪过程目标丢失率高）

（5）报警的局限性（需警和漏警现象）

（6）安全判据的局限性

（7）ARPA用于狭水道航行的局限性

一、距离避险线法

海员通常做法：

船舶再沿岸航行时，为了避开危险障碍物，确保船舶安全，首先在海图上确定距离避险线（由危险点的安全距离圈的切线组成），船舶航行时保持在距离避险线的外侧；其次用方位标尺线协助：将方位标尺指向航向，利用活动距标圈定出与避险线距离相对应的一根平行方位标尺线（避险方位标尺线），船舶航行过程中，随时保持使危险物标的回波处于避险方位标尺线的外侧。

二、方位避险线法

海员通常做法：

当船舶的航向和岸线或多个危险物连线的方向近于平行时，使用方位避险线来表明危险物标的方位。

首先在海图上求得物标的危险方位，在显示器上将方位标尺置于该危险方位（真方位）上；其次，在航行过程中，应将物标回波始终放在方位避险线的外侧，船首线始终放在方位避险线的安全一恻。4.2 无线电测向原理 2 天线的方向性（1）天线方向性图 ：是天线中产生感应电动势的相对振幅与电波传播方向的几何关系图。

（2）垂直天线的方向性

特点 ：垂直天线所产生的感应电动势与电场强度E和天线的有效高度h成正比，与电波的来向无关。

垂直天线的方向性图表示为一个圆形，这种天线称为不定向天线或无方向性天线。

3）环状天线的方向性

特点 ：环状天线所产生的感应电动势不仅与电场强度和环状天线的有效高度成正比，而且与电波的来向有关，与环状天线平面和电波来向的夹角的余弦成正比。

当电波来向与环状天线平面平行时，感应电动势最大；

当电波来向与环状天线平面垂直时，感应电动势最小或为零；此时，利用无线电测向仪监听到的信号声音最小或监听不到信号的声音，称为“哑点”。

环状天线的方向性图为一个“∞”字形图。用途

如果利用环状天线感应电动势的最大值来确定电波传播方向，则无线电信标的位置一定是处于环状天线面的延长方向上。

如果利用环状天线感应电动势的最小值（哑点）来确定电波传播方向，则无线电信标的位置一定是处于环状天线面的垂直方向上。（4）复合天线的方向性 复合天线的方向性：是垂直天线和环状天线组合而成。用以消除环状天线方向特性的双值性。设 ：垂直天线和环状天线产生的感应电动势的振幅相等并且相位相同，则复合天线的感应电动势为：复合天线的方向性图为一个心形图。

无线电测向仪自差 无线电测向仪自差产生的原因

（1）无线电测向仪附近的导体在高频电磁场中感应电动势，产生高频电流，在它周围产生二次感应磁场，从而作用在无线电测向仪的环状天线上。（2）无线电测向仪自差无线电测向仪自差生的测定（1）目测法（此法多采用）

选择电台：肉眼可以看到天线的电台或辅助船（小艇）携带电台；

被测无线电信标固定，本船旋转，信标舷角不断变化，每隔10°～15°同时测出p和q，求出不同舷角下的无线电测向仪自差。大船抛锚，小艇携带电台绕大船旋转。（2）方位角法

当远离无线电信标或能见度条件限制时使用。

选择电台：在海图上标示出电台天线的位置；

本船缓慢旋转，每隔10°～15°对该电台测出无线电舷角qrr，同时记录船舶的位置与航向（TC）。

在海图上量取船舶至无线电台的真方位（TB），计算船舶与电台的真舷角p（p=TB-TC）；

求出自差：f=p-qrr。

（3）利用其他无线电导航仪器测定法

利用GPS卫星导航仪、罗兰C接收机等的计算功能。

无线电测向定位

（1）准备工作：准备海图资料；选取无线电信标；本船收发机及收音机天线绝缘。

（2）测向定位步骤：

查阅海图：选择无线电信标（注意方位线交角）；

测定无线电信标的方位，读取无线电舷角和船首向；

修正：

根据真航向TC将无线电舷角换算为无线电真方位RTB

大圆改正量修正：查大圆改正量表或公式计算

将无线电真方位（大圆方位）换算为恒向线方位RLB

在墨卡托海图上，从无线电信标按恒向线方位的反方向（RLB±180°）画出位置线；

若同时测得两条或三条无线电信标的位置线，可得船位三角形，即为无线电测向船位。测角器的工作原理

测角器是用于测定无线电信标方位角度（舷角或方位角）的装置，由正交的固定环状天线与测角器组成的测角系统

测角器是由两个相互垂直的固定场线圈和一个可绕中心轴转动的寻向线圈组成。两个固定场线圈分别与对应的环状天线相连接。

GPS卫星导航系统（概况）

导航星全球定位系统（Navistar Global Positioning System）于1973年开始研制，1995年10越投入全部运作，历时22年。组成：工作卫星21颗，备用卫星3颗，共24颗； 轨道：20183km，倾角55°，24颗卫星分布在6个轨

道平面内；运行周期717.98min（12h）； 发射频率：1575.42MHz和1227.60MHz； 定位精度：1m ～ 30m ～ 100m；

运行规律：全球任何地方，在地平线7.5°以上至少可以看到4颗卫星。能提供全球、全天候、高精度、连续、实时的三维定位与导航。

GPS卫星导航定位原理

GPS是一种测距定位系统，利用测定高轨道卫星信号的传播延时（电波在空间传播的时间）和多普勒频移，计算出卫星与用户之间的距离、距离变化率，以精确地测定用户位置（三维）、速度（三维）和时间参数。

测定出用户到3颗卫星的距离可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的三个球面，其交点就是用户的三维空间位置。GPS卫星导航仪接收其视界内一组卫星信号，从中取得卫星星历、时钟校正参量、大气校正参量等数据，并且测量卫星信号的传播延时和多普勒频移。

根据卫星星历计算出卫星发射信号时的位置；

根据卫星信号的传播延时和光速的乘积计算出卫星与用户之间的“距离”；

根据卫星信号的传播延时、光速和多普勒频移计算出用户的三维运行速度。

若用户时钟无偏差，利用3颗卫星可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的3个球面，其交点就是用户的三维空间位置。

若用户时钟不精确，需要利用第4颗卫星计算出用户的时钟偏差。“伪距离”的概念

由于用户卫星导航仪时钟、卫星钟、电离层以及对流层引起的传播延迟产生的误差，使得卫星导航仪测得的不是用户到卫星的真距离，故称为“伪距离”。

误差的修正

修正卫星时钟偏差：从卫星的导航信号中提取时钟校正参量；

修正对流层折射误差：从卫星的导航信号中提取大气修正参量；

修正电离层折射误差：利用卫星发射的双频信号（1575.42MHz和1227.60MHz）。

GPS是无源式卫星导航系统，用户不能发射无线电信号，只处理接收到的GPS信号进行导航定

第三篇：雷达系统仿真个人总结

第一章

1、雷达的基本任务可以概括为：探测、定位、成像、识别。

2、系统仿真的定义: 系统仿真就是进行模型试验，通过系统模型的试验去研究一个已经存在的或正在设计中的系统的过程。这个模型是对系统的简化提炼，能反映问题的本质或主要矛盾，这种建立在模型系统上的试验技术称之为仿真技术。

3、系统模型：是系统某种特定性能的一种抽象形式。

系统模型实质是一个由研究目的所确定的，关于系统某一方面本质属性的抽象和简化，并以某种形式来描述。

模型可以描述系统的本质和内在的关系，通过对模型的分析研究，达到对原型系统的了解。系统模型的建立是系统仿真的基础。

4、计算机仿真的步骤：1）模型建立阶段：系统分析与描述、建立系统的数学模型

2）模型转换阶段：数据收集、建立系统的仿真模型、模型验证、模型确认

3）模型试验阶段：试验设计、仿真运行研究、仿真结果分析

清楚仿真每一步步骤，知道关键步骤。

请简述系统仿真、系统模型的概念以及系统仿真的步骤。

第二章

1、蒙特卡洛方法，也叫随机抽样法或统计试验方法，又称计算机随机模拟方法，其基本原理是事件发生的“频率”来决定事件的“概率”。

2、蒙特卡洛（Monte Carlo）方法实现步骤：构造或描述概率过程、实现从已知概率分布抽样、建立各种估计量。

3、蒙特卡洛方法的理论基础是概率论中的基本定律——大数定律。

4、重要抽样技术——小概率事件仿真。重要抽样技术的基本思想：通过尺度变换（Change of Measure，CM）来修改决定仿真输出结果的概率测度，使本来发生概率很小的稀有事件频繁发生，从而加快仿真速度，能够在较短的时间内得到稀有事件。

5、重要抽样技术利用修改了的概率密度函数进行抽样，得到以较高概率出现的样本，然后通过对其输出结果加权来补偿由修改密度函数带来的偏差。按以上思路，可以在较短的时间内得到稀有事件。

6、请按照蒙特卡洛方法的步骤计算下面的积分，并用数学公式解释重要抽样技术的思想。

清楚蒙特卡洛定义。仿真是蒙特卡洛的应用，给题目，怎么用蒙特卡

洛实现。概念、实施过程，定积分

第三章

1、均匀分布白噪声的产生：物理方法——真随机数；数学方法——伪随机数，包括：线性同余法、联合法（组合发生器）、反馈位移寄存器法。

2、非均匀分布白噪声的产生：理论方法：反变换法、舍选抽样法、复合法、变换法、查表法。

3、反变换法：由已知的分布函数r = F(x)反过来求x = F-1(r)。

4、变换法：利用变换关系从一种分布的随机数产生另一种分布的随机数。反变换法是此法特例。

请解释一下变换法与反变换法的区别与联系。

第四章

1、随机矢量的定义

2、随机矢量抽样

随机矢量用协方差阵描述各变量之间的相关性。若视随机矢量的一次抽样为一随机序列，则它可以仿真相关随机序列。

缺点：当N很大时其计算量非常大，一般情况仅具有理论意义。

3、线性滤波法（产生高斯色噪声）：理论基础——概率分布要求、功率谱密度要求

4、概率分布要求的物理解释：由高斯随机变量性质知：n维高斯随机变量的线性组合仍为高斯分布，因此Y(t)是高斯分布的。显然Y(t)在任意m个时刻取值构成的m个随机变量都可看成输入随机过程X(t)的n(无穷)维高斯变量线性变换所得，这样m个随机变量间仅存在线性相关关系，故它们服从m维高斯分布，即输出Y(t)是高斯过程。只要求得系统的输出均值及相关函数集合，即可得到输出随机过程的多维概率密度函数。

5、功率谱密度要求的解释：输出随机过程的功率谱形状主要取决于系统的幅频特性，这样为产生特定相关特性(特定功率谱密度)的随机过程，可将白噪声通过一个特定的线性系统来产生

4、ARMA模型——产生实高斯色噪声

5、复高斯白噪声线性滤波法——产生复高斯色噪声

6、功率谱密度逆变换——产生复色噪声

请解释线性滤波法的原理并画出框图，解释一下两个约束条件。

第五章

1、相关传递法：可以使一个随机序列的相关特性传递给另一个随机序列。

具体过程：只要使第一个序列具有所要求的振幅分布，第二个序列具有规定的相关特性，通过使第一个序列按第二个序列的大小次序排列就可使前者同时具有规定的概率密度函数和相关特性。

解释：概率分布是随机序列值大小的总体描述而与其排列次序无关，而自相关特性不仅与随机序列值大小有关，更取决于序列值的相对位置，因此概率分布特性与自相关特性是两个截然不同、完全无关的概念，可以分别单独考虑实现。

2、ZMNL方法的思想：首先通过线性滤波产生相关高斯随机过程，然后经过某种非线性变换得到所要求的相关随机序列。

3、ZMNL中线性变换产生特定的PSD，非线性变换产生特定的PDF

4、SIRP方法是一种外生模型，它允许对杂波的边缘概率密度函数和自相关函数独立进行控制，从而克服了ZMNL方法中非线性变换对相关函数的影响。基本思路是：将高斯白噪声序列wk经过一个线性系统Hz，得到一个相关高斯随机序列yk，然后用特定的概率密度函数的随机序列sk进行调制即得到所需的序列xk。其产生框图为： wkskHzyxk

请解释zmnl 方法的原理以及框图

第六章

1、正交双通道处理的定义：中频回波信号经过两个相似的支路分别处理，其差别仅是其基准的相参电压相位差900，这两路称为： 同相支路(Inphase Channel)——I支路 正交支路(Quadrature Channel)——Q支路

2、正交双通道处理框图

3、复非高斯色噪声的产生：零记忆非线性变换法(ZMNL)、球不变随机过程法(SIRP)、幅相分离法(APSM)请解释复色噪声产生的难点

对数正态不能由球不变法产生，原因:对数正态的PDF不满足SIRP随机过程PDF性质(积分表达式)

第七章

了解概念

第八章

1、概率分布的三种基本参数：位置参数、比例参数、形状参数。

2、做直方图的步骤如下：

1、将数据x1,x2,,xN分组 先求数据的xmax、xmin，再取边界点axmin和bxmax。将a,bk等分得分界点aa0a1a2alakb，其中aiai1

2、统计落入每一子区间的数据频率fiba,i1,2,,k。kMi，Mi为落入每一子区间数据的个数。N3、据区间分界点及每个子区间数据个数画出直方图。

3、参数点估计的基本要求：无偏估计、有效估计

4、参数估计方法：矩估计法（优点是方便，但大样本下其精度不如极大似然估计）、极大似然法（一致、不变、渐近无偏估计）

5、直方图的改进：核函数估计、近邻估计

公式不做要求，概念要知道。无偏估计、有效估计举例子、结果

第九章

1、由样本寻找T及其渐近分布的两个基本方法：概率论中的中心极限定理、概率统计中的皮尔逊卡方检验。

2、3、拟合性检验——概率密度函数——PDF（1）卡方检验

*（2）柯尔莫哥洛夫—斯米尔诺检验（K-S检验）：小样本，只适用于连续分布函数

*（3）正态性检验——特殊方法

4、2检验是关于试验频数与理论频数有无显著差异的检验，即检验直方图与所拟合的理论密度函数之间的差异是否显著。将所拟合的分布的取值范围分为k个区间：[a0,a1]、[a1,a2]、…、[ak1,ak]。若取值范围为(,)，则取第一区间为(,a1]，最末区间为[ak1,)。设N点数据x1，x2，…，xN落入第i个区间的频数为Mi，所选择的理论分布在第i个区间取值的概率为pi，即理论频数TiNpi，则 k(MiTi)2(MiNpi)2 TiNpii1i12k当N时2~2(kl1)，l为用数据估计参数个数。此法关键在于选择子区间数，它与数据、样本容量、所拟合的概率分布等有关。

5、独立性检验——白噪声——PSD 自相关函数估计：定义法（时域法）、间接法（频域法）

功率谱密度估计：直接法（周期图法）、间接法（按定义）、现代谱估计方法

6、不相关性检验针对白噪声进行的，而相关性检验则是针对色噪声而言的，一般意义上讲，不相关性检验可视为相关性检验的一种特例。

7、相关性检验——色噪声

功率谱比值法、自相关求差法、白化法——待深入研究。请叙述直方图估计和卡方检验的步骤，并解释相关性检验的目的 和方法。

第十章

1、等间距线性阵列模型

2、阵列信号的空时等价性

将空域阵列对单目标回波的采样序列amexp[jmψr]=amexp[j2π(cosφr)(md/λ)]与时域单频信号的采样序列形式snexp[j2πfsn∆t]相比较，得到如下空时对偶特性：

3、请解释阵列信号的时空等价性以及幅度加权和相位加权。

第十一章

1、雷达系统仿真：类比模拟（物理仿真）、数字计算机模拟（数字仿真）

2、数字仿真分为：功能仿真——实信号、相参视频信号仿真——复信号(目标回波+杂波+噪声)

请叙述雷达系统仿真、雷达系统数字仿真的分类以及常用的目标 散射特性

各种分布的噪声的产生方法

1、均匀分布白噪声的产生：物理方法——真随机数；数学方法——伪随机数，包括：线性同余法、联合法（组合发生器）、反馈位移寄存器法。

2、非均匀分布白噪声的产生：反变换法、舍选抽样法、复合法、变换法、查表法。

3、高斯色噪声的产生：线性滤波法

4、实高斯色噪声的产生：ARMA模型

5、复高斯色噪声的产生：复高斯白噪声线性滤波法；时域滤波法、频域逆变换法（后两个是第六章的）

6、复色噪声的产生：功率谱密度逆变换

7、非高斯色噪声的产生：相关传递法、零记忆非线性变换法ZMNL、球不变随机过程法SIRP

8、复非高斯色噪声的产生：零记忆非线性变换法(ZMNL)、球不变随机过程法(SIRP)、幅相分离法(APSM)

第四篇：雷达基础知识

雷达工作时发射无线电波，依靠接收器接收物体反射回波来判断其距离，速度和移动路线 雷达技术定义：

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雷达技术就是利用电磁波对目标进行测向和定位。它发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，经过处理来获取目标的距离、方位和高度等信息。雷达一词是英文Radar的音译，它是Radio Detection and Ranging几个英文单词词头的缩写，意为“无线电检测和测距”。雷达技术涉及到天线、接收、发射、控制、显示、数据处理、收发开关、调制器、定时器及微电子等技术领域。雷达技术作为一种技术探测手段，具有白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为云、雾和两所阻挡，具有探测距离远，测量目标参数速度快等特点，因此，它不仅用于军事目的，还广泛地应用到民用事业和各项科学研究中，如交通管制、气象预报、资源探测、航天、电离层结构和天体研究等等。雷达可以按照不同的方法进行分类：按雷达波段可分为米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达及其他波段雷达等；按雷达发射信号形式或信息加工方式可分为脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达、动目标显示雷达、脉冲多卜勒雷达等；按雷达架设地点不同可分为地面雷达、航空器载(机载)雷达、船舶载雷达、航天器载雷达等；按雷达完成的战术任务不同可分为：远程和超远程警戒雷达、指挥引导雷达、炮瞄雷达、跟踪测量雷达、导弹制导雷达、航空管制雷达和气象雷达等；按天线特点可分为相控阵雷达，合成孔径雷达和共形天线雷达等等。不论怎么分类，雷达基本上划分为连续波和脉冲雷达两大类。各类雷达的研究、发展和设置由雷达所承担的任务来决定。国外概况：

雷达技术的基本概念形成于20世纪初。20年代的研究证明了雷达技术可发现船只，并用于测量电离层的高度。30年代初开始研制探测飞机的脉冲雷达技术。从30年代中开始，军事部门利用雷达技术来测定远距离或看不见的目标的方向、距离和大小之后，雷达技术得到了迅速发展。特别是在第二次世界大战初期，英国利用新出现的雷达设备在邻近德国的本土海岸线上(英伦海峡沿岸)布设了一道观测敌方飞机的早期报警雷达链，使伦敦城及其周围的机场不致遭到德国法西斯入侵飞机的突袭，对保卫英国本土起了决定性的作用，从此，雷达技术引起世界各国的关注。在第二次世界大战期间，由于作战的需要，雷达技术发展极为迅速，新的雷达器件不断现出，雷达使用频率不断扩展，作战使用效率不断提高。在战前的雷达器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管后，雷达工作频率可达500兆赫以上，这不仅提高了雷达探索和引导飞机的精度，而且也提高了高炮控制雷达的性能，使高炮命中率更高，1939年，英国发明工作频率为3000兆赫的功率磁控管以后，雷达技术开始向空中发展，地面与空中雷达投入使用，使盟军在空战和海-空作战方面取得了优势。大战后期，美国进一步把雷达技术使用的磁控管的工作频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，精密自动跟踪雷达技术使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机，命中率提高了二个数量级。随着电子技术和武器装备的发展，雷达技术不断向前推进，新的雷达体制不断涌现，并相继建立了许多防空预警雷达系统(网)。就雷达技术和体制而言，40年代后期出现了动目标显示技术，诞生了动目标显示雷达，这有利于从地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。50年代，雷达技术已经较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术，并研制出高分辨力的合成孔径雷达技术。60年代出现了相控阵雷达、超视距雷达和三坐标雷达，并将合成孔径雷达推广到民用。70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。从雷达技术的应用而言，随着50年代高速喷气式飞机的出现，60年代低空突防飞机、部分轨道轰炸武器和中、远程弹道导弹以及军用卫星的出现，人们研制了低空警戒雷达、超远程警戒和跟踪测量雷达，并建立了专门用于对付这些目标的雷达预警系统，如50年代美国为对付前苏联远程轰炸机的威胁，相继建立了“松树预警线”、“远程预警线”和“中加拿大预警线”；60年代为对付弹道导弹威胁建立了“北方弹道导弹预警系统”；60年代至70年代初建立了“潜射弹道导弹预警系统”；到70年代和80年代又决定用更先进的雷达(包括固态大型相控阵雷达)对上述系统进行改进，以使这些防空预警系统现代化，并使其中的一些大型系统具备一机多能(情报搜集、预警、跟踪、对空间目标的编目监视以及攻击制定)和对付多目标的能力。目前，美国和前苏联的雷达(现在主要由俄罗斯接管)无论从雷达体制的多样性、雷达技术水平的先进性、雷达预警系统的完整性以及大型雷达的数量等方面看，它们均处于世界前列，各种体制的雷达，它们都拥有，有的只有它们建成了，如大型后向散射超视距雷达，美国从80年代初到90年代初建造了两部。前苏联从80年代初开始至苏联解体时为止，共建造了四部。探测距离与跟踪距离达数千公里的大型雷达及雷达网，国外只有它们两家拥有。如陆(海)基先进的大型相控阵雷达系统，前苏联最多，达20多部，美国也有9部。这些大型雷达系统一部的建造费用少则几千万美元，多则达数亿美元，如美国的后向散射超视距雷达(原计划用25亿美元建四部)。陆基大型相控阵雷达尽管技术上已经成熟和完善，但是，冷战结束后，其发展暂处于稳定状态，近几年，美国和俄罗斯很少新建这类雷达，相反，俄罗斯由于经济方面的原因，其大型相控阵雷达的数量还在减少，如1998年8月已关闭了位于拉脱维亚的雷达站。另一方面，由于相控阵雷达具有一机多能、波束易控以及对付多目标等优点，它在机载和舰船载应用方面仍是雷达技术发展的方向，国外仍在大力发展中，如美国、英国、法国等均在为先进战斗机及联合攻击战斗机研制固态相控阵雷达，以提高战斗机的多目标、多功能及远程攻击能力；美国和以色列等国家还在研制新的装载相控阵雷达的预警飞机。

雷达技术从军方开始利用它来测定远距离或看不见的目标的方向、距离、大小等为起点，其发展已经历了六十多年，时至今日，仍方兴未艾，蓬勃发展。雷达体制从开始时单一的脉冲制，发展成为今天拥有动目标显示、合成孔径、相控阵、超视距以及脉冲多普勒等多种体制。雷达功能不断扩展，当初主要是观察空中飞机，现在观测目标已拓宽到从地下到空间的多类目标，如地下工事、地下指挥所、地面和海面慢速移动目标、低空和超低空飞行目标、空中的有人驾驶和无人驾驶飞行器、固定机翼和旋转机翼飞行器、空间航天飞行器、运载火箭以及弹道导弹等等；当初主要是主动、快速获取目标信息的手段，除此之外，它现在还是各类先进作战平台实现精确打击的必备设备，是发展先进武器系统测试评估的手段。雷达功能的拓展要求雷达技术的发展必须满足这些要求，这就促使雷达技术向多功能(搜索、检测和跟踪)；多模工作方式；地面和海上雷达相互融汇；天线系统采用电扫阵列、合成孔径、工作频段宽、辐射能力强、重量轻和噪声低的器件；机动性强、可移动或易移动；采用双/多基地雷达和逆合成孔径雷达，以进一步提高抗干扰、抗摧毁和对付隐身目标的能力；采用相控阵技术发展三坐标低空补盲雷达；雷达系统信号处理的数字化和智能化等方向发展。影响：

雷达技术对国防科技和武器装备发展的影响主要体现在下列三方面：1.是军事上实时、主动、全天候获取各类目标信息不可缺少的技术探测手段，是收集各种军事情报的传感器技术之一，是“千里眼”。在当今高技术条件下，对一个战区乃至全球多方面的情报收集、处理、分发是指挥员做出正确决策和快速响应必不可少的前提，在防空及各军兵种与各个级别上的战略、战术指挥控制与通信(C3I)系统中，雷达技术是主动获取信息的重要手段，是其它探测手段不能替代的。2.雷达是先进作战平台的组成部分，其作用是人们研制各类武器系统最为关心的。例如，先进的机载脉冲多普勒火控雷达是战斗机火控系统的关键设备，西方主要国家早已将其装备部队，它们还在为更先进的战斗机研制固态相控阵雷达，以提高战斗机的多目标、多功能及远程攻击能力；机载轰炸雷达是轰炸机提高轰炸成功率的重要保证，使轰炸可以不受气象条件和白天黑夜的限制，并可与激光瞄准设备相配合，实现精确打击的目的；地形跟踪和地形回避雷达可使轰炸机、战斗机和巡航导弹实现低空、超低空安全隐蔽接近作战地域和要攻击的目标。3.雷达技术是发展先进武器系统测试评估的技术手段。例如各种精密打击武器，在其研制过程及最终性能评估中，必须要有精密测量雷达对其飞行轨迹、落点精度等进行测量与鉴定；在导弹和卫星的研制和发展中，雷达是弹道参数测量、真假目标识别、突防能力检验、卫星安全控制及轨道测量等必不可少的手段。由此可见，雷达技术是一个国家国防和武器装备现代化以及国防科技发展必不可少的技术。?? [ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ [技术难点] 雷达技术经历了六十多年的发展之后，目前最关键的是如何与数字计算机相结合，使之成为一个完整的统一体，以实现从原始的回波信号中实时提取大量有用信息，并以简便、直观方式显示给操作人员，送达到与其相配合的武器系统，使雷达系统能执行更多的任务，能自适应环境而工作。由于雷达技术与现代武器系统密不可分，它所要探测的目标种类越来越多，这就要求雷达需要解决的技术难题也很多。1.要解决多目标识别(尤以非合作目标的识别)问题；2.要解决对低空、超低空目标的探测以及对低空和地面移动目标的探测问题；3.要解决对付隐身目标、寻的导弹、反辐射导弹的攻击；4.要解决一机多能及抗电子干扰问题；5.要解决轻重量、以满足平台升高、机载和星载应用要求；6.要研制不同波段的合成孔径雷达等。机载雷达的发展概况

六十年来，国外机载雷达已发展成九大类，数百个型号。其中，军用机载雷达占大多数。现在，军用机载达不但已经成为各种军用飞机必不可少的重要电子装备，而且其性能优劣已成为军用飞机性能的重要标志。

1、六十年的发展历程

军用机载雷达是30 年代诞生的。当时机载雷达使用的是笨重的米波振子阵列天线，而且被安装在飞机机头和机翼的外侧。二战期间，尽管磁控管在雷达中广泛使用后出现了多种型号的10 厘米和3 厘米波段的军用机载雷达，有了空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别、无线电高度（计）、护尾告警等类型，但它们的技术水平却很低。它们所采用的信号不过是脉冲调制和调频连续波两种；发射管不过是多极真空管和磁控管；天线不过是振子和抛物反射面；显示器全都采用阴极射线管；自动角度跟踪和距离跟踪系统多数用机电式，技术上还不够完善。当时较新的技术只有机械式电扫描天线，动目标显示和传送雷达信号到地面观测站的中继线路这三项。

二战以后,机载雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动截击火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相控阵，频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达系统。分系统所采用的新技术有高效矩阵平板线、全固态相控阵的收发单元功能模块、低噪声射频接收场效应放大器、高频率稳定频率综合器、数字式信号处理与数据处理、可编程的功率控制和数字处理、彩色电视光栅扫描变换显示、大功率的液压或力矩马达的天线驱动、控制指令和信息传输的数字总线、计算机控制的机内自检系统等。所采用的新器件有栅控功率行波管、砷化镓射频器件、高速大规模集成电路等。目前装备各国的军用飞机的雷达已有所需的各种类型、各种性能；覆盖从分米波到光波的宽广频域；不同复杂程度雷达的可*性达到100～1000小时MTBF。

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/、90年代的机载雷达

90年代在各国军用飞机上装备的产品都具有很高的技术水平。雷达波段通常为X与Kｕ波段；预警雷达使用更长波段；直升机雷达使用毫米波段。雷达的波形通常为具有高、中、低脉冲重复频率的全波形脉冲多普勒全相参系统。发射机通常使用功率行波管。天线一般使用平板缝阵天线，并向无源相控阵以至有源相控阵过渡。信号处理已基本实现数字化；数据处理也已实现数字计算机化；由于微处理机的快速发展而使信号处理与数据处理合并在同一个可编程处理机中进行。机载雷达的显示信息均已变换成电视制式信号在飞机的综合显示系统中显示。雷达的可*性因大规模集成电路的使用和模块化设计而大幅度提高；雷达的维护性则由于机内自检与试验台的广泛使用而得到极大改善。雷达的体积与重量逐年降低；功耗则稳定在合理水平上。

美国隐形飞机上装备的最新一代机载雷达与过去50年装备使用的有很大差别。出于隐形的要求，必须装备低截获概率雷达。相控阵天线具有较好的隐身性能，而其技术进展已到了实用阶段，因而成为首选的系统。B-2隐身轰炸机的AN/APQ-181和F-22隐形战斗机的AN/APG-77分别采用无源和有源的二维相控阵天线。F-117A隐形攻击机为了保持其隐形特性与突出对地攻击的能力，它仅装备红外探测和制导激光炸弹的激光照射设备，没有装备主动微波雷达。正在研制的隐形直升机RAH-66则采用传播衰减较大的短毫米波段以保持其隐形特性。新一代军用机载雷达的另一特点是模块化和在航空电子系统中的集成化。无论是APG-77还是APG-181雷达，它所构成的组件大量采用其它主力飞机所装备的APG-68、APG-70/APG-73和APG-164等雷达的模块，它们之中有很高比例的模块通用性。由于这一代飞机已逐步采用集成航空电子系统设计，雷达在传统上作为一个完整设备的特征开始消失。在“数字航空集成系统（DAIS）”中，雷达的数据输入与输出，及其控制指令都通过数据总线（在美军用飞机中采用军用1553B数据总线）传输，雷达已没有独立的显示控制分系统。在F-22飞机的“宝石柱”模块化集成航空电子系统中，由于大量的信号处理，数据处理和显示控制功能都已由飞机的集成航空电子系统的信号处理区、任务处理区与集成显示器来完成，APG-77雷达只剩下有源单元电扫阵列（AESA）和可编程信号处理机。有源单元是用砷化镓材料制造的单片微波集成电路（MMIC）收发模块，并直接连接小型辐射器。新一代军用机载雷达在使用上的特点便于维护、使用周期长。航空电子系统的机内自检（BIT）系统能够自动检测与隔离故障。判明故障以后，更换通用性较强的模块也很方便。而有源阵列天线更具备“整机性能柔性下降”的能力，不会发生致命性突然失效，因而在很大程度上减少了外场的维护工作。、21世纪的机载雷达

90年代以来，国际形势趋于缓和，因而大大减少了军用飞机用雷达的需求。军用飞机未来发展方向可归纳为隐形、高机动性、多用途化以及武器制导的精确化。21世纪军用飞机的航行、探测与识别目标、隐蔽自身、精确攻击、战果确认等各个阶段都需要有更先进的雷达设备。以相控阵技术为基础的多功能机载雷达可使未来的军用飞机履行多种类型的作战任务，使之成为多用途的军用飞机。

20世纪后半叶，以数字计算和大模集成电路为基础的电子技术得到飞速发展，为军用机载雷达跨进21世纪和实现重大转折奠定了技术基础。雷达获取的信息已从最初的回波有无的检测和距离测量发展到距离、角度、速度四维参数的测量和目标频率特征的分析；从单频单极化发展到宽频多极化以获取更广泛的目标与背景信息；用逆散射特征获取目标尺寸和形状的信息。雷达的频段将向更短（毫米波、红外、激光）和更长（分米波、米波）两个方向发展，以获得更高分辨率、更高抗干扰能力、更多的目标特征或更高的穿透能力。雷达射频能量的产生、辐射、波束控制和接收将由传统的发射机、天线、接收机三大部件转变为数以百、千计的相位控制阵列的收发组件。这种无需转动天线、可用计算机控制天线波束以及“柔性性能下降”特性，更适应多功能机载场合的需要。随着工艺和技术水平的进一步提高，相控阵列还会向飞机机体的仿形阵和敏感蒙皮的方向发展，那将是机载雷达由目前的立体结构向面状分布的根本变化。雷达的信号、数据等信息的处理将实现数字化和综合化。不但雷达内部各种处理系统可以通过编程完成各项处理功能，而且航空电子系统可以把包括雷达在内的各电子设备的信息处理综合在一起，由统一的处理机来处理。这就是美国目前已经推行的“宝石柱”和即将推行的“宝石台”航空电子集成化计划的要点。雷达的控制和显示，目前已通过数据总线并入航空电子集成系统之中。数据总线将逐步改用光纤传送；控制将尽量由计算机按程序来完成；必需由人员亲自干预的控制将用语音来完成，以减少手控动作和控制装置；雷达显示将在集成彩色平板显示屏上出现。

21世纪，雷达的可*性和可维修性将有根本的改进。虽然雷达的功能和性能都已不断发展与提高，但经过长期对可*性改进、雷达测试设备和机内自检系统的研究，目前已使平均无故障工作时间达到200小时以上，外场平均修复时间降到20分钟。相控阵雷达所具有的柔性性能下降特性还有可能使机载雷达逐步做到使用期内免修。雷达的设计和研制方法已经发生很大的变化。计算机在设计、制造、测试过程中取代了大量的人力。雷达的标准化、系列化和组合（模块）化改变了传统的设计方法。它将使机载雷达的设计量减少、研制周期缩短；零部件的通用性提高；雷达的发展已形成系列。由于目前军用机载雷达已面临人为电子干扰、目标低空突防、遭受反辐射导弹攻击、目标隐身和高功率能束武器攻击等多种对抗环境，人们需要更多地研究与采用各种对抗措施。未来的雷达研制工作将侧重系统研究和设计，按照用户的各项要求采用成熟的雷达技术和商用元器件与模块，并用较短时间制成所需的产品。

若综合应用上述已取得或正在取得的高新技术成果，21世纪的军用机载雷达将会普遍采用脉冲多普勒系统，以具备下视能力；具有多目标探测、识别和攻击能力，以对付多个目标；同时具有地形跟随与地形回避能力，以超低空突防；具有合成孔径和逆合成孔径能力，以具备高分辨能力；采用无源或有源相控阵天线，以具备多功能、高可*性等超级能力；采用毫米波、红外与激光探测跟踪器，以适应特殊要求；具有风切变探测能力，以确保飞机着陆时的安全。21世纪的军用机载雷达还会继续探索并解决一系列新概念、新课题，以对付隐身目标、抑制干扰、识别敌我、充分利用电磁信息的能力。军用机载雷达将会发展成一个以微波雷达为主体、集多频段探测器为一体，进行多传感器数据融合的集成系统；将是一个低截获概率的、能探测隐身目标的探测系统；将具备自适应对抗各种人为电子干扰、抗击反辐射武器和高功率束射武器能力的探测系统；将具备远距离识别敌方目标、二维高分辨能力的探测系统；将是一个利用机身和机翼外表仿形安装的共形阵探测系统或敏感蒙皮系统。

战斗机雷达基本概念

首先，现在在世界上能够独立设计和制造现代战斗机雷达的能力的公司，仅有十几个而已。美国有休斯（后来被合并到雷锡恩公司）、西屋（Westinghouse，后被合并到诺斯若普－格鲁曼）公司、埃莫森(Emerson)公司和GE（后被合并到洛克西德－马丁）公司等。从以上说明也可以看到，美国的雷达公司们一般来说开始都是综合性电子公司出身，后来则逐步被合并到航空、防务公司集团中去的。在欧洲，本来有英国的马克罗尼公司（Gec Marconi）和法国的汤普森CSF公司，后来合并为泰雷斯公司。这两者都是有名的雷达制造企业，我国在外贸产品上也采用过这些公司的产品。另外，法国的达索公司不是专门的雷达公司，但为了阵风的开发，也参与制造战斗机雷达。另外的国家，这有瑞典的萨伯（Saab）公司，和以色列的埃尔塔（Elta）公司等。这些几乎就是西方系列的主流雷达制造公司的全部了。这也反映了要设计一个当代的优秀战斗机雷达，是一件多么困难的事情。先说两个术语，波段（Band）和模式（Mode）。

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ 波段：指的是雷达波长的范围，根据雷达的种类和用途，其使用的波段都不一样，像C波段，Ku波段等等，都是指这些（译者注：波段的编号有新旧两种记号方式，后续文章再进行说明）。

模式：说的就是雷达用于特种目的的使用方式，现代的雷达都是采用多种模式的雷达。简单来说，有空对空模式，空对地模式等等等，第三代战斗机的雷达一般拥有18种左右的模式，但F－18战斗机采用的AN/APG-65雷达则拥有28个模式（因为F－18应该称为F/A-18，是第三代战斗机中少数拥有常备多任务的战斗机）。现在简单罗列一下这些模式： * AIR-TO-AIR.空对空模式

Range While Search(RWS)– 搜索及测距模式

Track While Scan(TWS)– 边扫描边追踪模式 TRACK AND SCAN（TAS）34.....F-104 的雷达 AN/APG-50......F-4 基本型的雷达。雷达是什么？

RADAR 是RAdio Detection And Ranging的缩略语。简单来说，雷达就是一种发射电磁能量(electromagnetic energy)，并收到从目标物体反射而来的反射波(echo)来知道目标方位信息的一种仪器。现在随着雷达技术的发展，已经能够把握目标物体的外形特征了。从这里可以看出，从目标物体反射的信号(echo signal)体现则所有目标信息，重要性如同雷达工学中的生命。

从反射波可以获得很多信息。首先，与目标的距离(军用名词标识为range，与distance同义)是通过说放出的电磁波返回的时间（Round trip time）来测算的。由于电磁波的速度相当于光速，是通过常数C(约 30万 km/sec)乘与 Round trip time/2 来计算的。(往返距离应该除以2是吧？)?}然后是目标的方向。首先目标的坐标(coordinates)根据目标所处的空间可分为2维(2 Dimension, 2D)和3维(3 Dimension, 3D)。（做图形设计或者玩游戏的人都知道^^）海上的舰艇或者地面目标，由于不能上下移动，可看作二维物体，而飞在空中的飞机或者水下的潜艇，拥有一个高度（或者潜深）的概念，当然要适用三维坐标。

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ 一般的航海雷达或者远程预警雷达(Air Surveillance)都是2D雷达。反之，战斗机雷达则都是三维雷达（没有高度信息的雷达，对蕉坊比皇敲挥玫腲^）。二位雷达一般进行360度旋转，而战斗机雷达不能监控360赌全方位，一般来说120度是期探测极限范围。再对2D和3D进行分析：

首先要区分的概念，就是方位(Bearing)和方向(Direction)。

“方位”是二维概念，以自身位置为中心来标识目标的相对位置。相对的，“方向”是包括了“方位 + 高度”的三维概念。这里面的方位和二维所说的方位是同一个东西，但一般用Azimuth来表示。一般的表现方式就是以方位角(azimuth angle)来标识的。在雷达用名词里面，高度不是以一般名词Altitude，而是用Elevation来表示的。因为这里所说的高度并不是海拔高度，而是相对于自身的目标相对高度。因此表示起来也不会用“**米高度”而是以“高度角××”来表示的，英语就是elevation angle。整理一下，就是： 2D = Bearing + Range(方位 + 距离)3D = Azimuth + Elevation + Range(方位 + 高度 + 距离 = 方向 + 距离)[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ 这样，就能确定目标的二维或三维位置信息。以飞机目标为例，就会表示为“Azimuth angle 270度 + Elevation angle 15 度 + Range 70 km” 这种方式。

想象一下无线广播。就像是从一个火堆散发热量，从一个大大的天线中，电波会散播到周围。这时候是不能知道接收信息的对象是哪些的。如果雷达波也是这样的话，就只会根据反射波知道周围有物体，而不能知道目标在什么地方。

那么雷达是怎么探知目标位置的呢？ 雷达之所以能够认知到目标方位，是因为雷达是将电磁波作为控制得很窄的波束(beam)的形态来发射的。用这种控制良好的波束来“很勤劳地”反复射向想要搜索的目标区域，并用一定的顺序来扫描，所以就能够探测到目标的方位的。举例来说，弱这个波束的宽度是90度角，那么向东西南北各发射看看，如果南方有回波，那就能知道目标在南边，就是这个原理。同样，如果将波束的宽度再次细分，调整到每1度、2度，那么就能够获得更加精确的方向。就是这种精确探测能力的程度，被称为角解析度(Angular Resolution)。波束宽度变得越窄，角解析度救护变得越高。在雷达天线的驱动装置上面，就有Angle Tracking System，当接收到 echo的时候，就会一直不断地计算正确的角度。这个角度，就是目标的方向信息。雷达的波束鞑子可以分为两类：一个是伞形波束(fan beam)，另一个是铅笔波束(pancil beam)。伞形波束就如同以切好的西瓜片，铅笔波束这是一个如同铅笔的很细很长的圆锥形波束。形容波束的形状也是用角度(angle)来表示的。就像“Azimuth 几度, Elevation 几度”这个样子。

第五篇：雷达技术

浅谈雷达技术

摘要：雷达具有发现目标距离远，测定目标坐标速度快，能全天候使用等特点。因此在警戒、引导、武器控制、侦察、航行保障、气象观察、敌我识别等方面获得广泛应用，成为现代战争中的一种重要电子技术装备。所以，雷达性能的好坏将不可避免的影响战争的胜负。

关键词：雷达

战争

军事应用

一、雷达的概念

“雷达”原意是无线电探测和测距。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

二、雷达的组成与功用

各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各自的频率和波长不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。

测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。

测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。

三、雷达的军事应用

激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。

快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。

由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定“规范”的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。器上显示障碍信息。该系统已在两种直升机上进行了试验。

四、雷达的未来发展趋势 这阶段的目标是赶上和缩小与世界雷达技术的差距。1991年的海湾战争既反映了雷达在情报侦察、指挥控制、作战管理效能评估等方面起到的不可替代的作用，同时也反映了雷达受到隐身技术、反辐射导弹、电子干扰、低空飞行器等方面的威胁，未来战争又将是一场多层次、全方位、大纵深、主体覆盖集陆、海、空、天、电为一体的高技术对抗，因此对雷达就提出了更新的要求。

①加速发展正在研究的雷达三超技术（超低副瓣、超宽带、超高分辨）和“四抗”技术（抗干扰、抗反雷达导弹、抗隐身、抗低空入侵），现在在研的超宽带和超低角跟踪技术已用于工程。

②雷达波段向两端扩展，即从米波延长到短波，从微米波扩展到毫米波、红外、可见光波段。

③雷达设计广泛采用计算机技术，使雷达能进行自适应处理控制，雷达内部以及与其它电子设备能进行数字数据传送。

④发展低截获概率雷达，实行分布式雷达新体制和雷达升空升天技术的研究。

五、结束语

经过五十年的艰苦奋斗，雷达行业已成为我国国防现代化建设和参与国民经济主战场的一支实力雄厚的产业大军，形成了中央与地方相结合、沿海与内地相结合、军用与民用结合、专业和门类比较齐全的工业体系。一批产品的性能指标已跨入先进行列。同时，培养和造就了一支素质高、能打硬仗的技术队伍。更可喜的是涌现了一大批年轻有为的雷达科技人员，培养和造就了一批高素质的跨世纪科技人才，从而使我国雷达工业以崭新的姿态迈入21世纪。

但我们还应清醒地看到，我国的雷达技术与装备水平距发达国家还有一定的差距，在某些领域还相当落后，落后就要挨打，这就要求我们的雷达科研人员牢记自己所肩负的神圣使命，刻苦攻关，发奋努力，研制出具有世界一流水平的雷达装备，为我国国防现代化事业作出应有的贡献。

参考文献

【1】

《现代军事》

2000年08期 【2】陈俊亮

《雷达信号处理技术》

清华大学出版社 【3】陈志杰 【4】熊辉丰

电子工业出版社 中国宇航出版社 《雷达系统分析与设计》

《激光技术》