微波雷达系统介绍

第一篇：微波雷达系统介绍

微波雷达系统介绍

摘要：首先介绍了雷达的基本工作原理，对雷达的基本参数进行了简单的说明，而后对雷达中用到的微波器件做了说明，主要介绍了两种雷达结构，最后对雷达系统进行了简单总结。

关键词：雷达；微波 0前言

20世纪40年代，电磁波被用于发现目标和测量目标的距离，称之为“无线电探测和测距”（radio detecting and ranging），取这几个英文字母便构成radar（雷达）一词。按照IEEE的标准定义[1]，雷达是通过发射电磁波信号，接收来自其威力覆盖范围内目标的回波，并从回波信号中提取位置和其他信息，以用于探测、定位，以及有时进行目标识别的电磁波系统。由于微波具有频带宽、穿透电离层能较强、似光性等优点，雷达就是利用了微波这些特性的典型代表。

1雷达的基本工作原理[2][4]

雷达的基本工作原理是，发射机通过天线向空间定向发送探测信号，信号被远距离的目标部分反射后，由天线接收并传送到接收机接收检测和信号处理，观测人员可以在接收机输出端显示屏上观测有无目标以及目标的性质和距离。如果发射和接收共用一副天线，叫做单站雷达；如果收、发系统各有自己的天线，则叫做双站雷达，分别如图1和图2所示。

GRPt双工器目标

图1单站雷达图

GtPt接收机/处理机GrR目标

图2双站雷达图

以单站雷达为例。发射功率Pt，发射天线增益G，传输距离R，则目标处的功率密度为

S1PGt（W/m2）24R目标将在各个方向散射入射功率，在某个给定方向上的散射功率与入射功率密度之比定义为目标的雷达截面，表征目标的电磁散射特性，即

Ps（m2）S1因此雷达截面具有面积的量纲，是目标本身的特性，它还依赖于入射角、反射角和入射波的偏振态。若把散射场看作二次源，二次辐射的功率密度为

S2PG2t（W/m）22(4R)PRM2Gt由天线的有效面积定义式Aeff，PRM最大接收功率。可得，接收功率为 Si422PGttPr(4)3R4

这就是雷达方程,接收功率单位W。接收功率按1/R减小，这意味着为了检测远距离目标，需要高功率发射机和高灵敏度接收机。

由于天线接收噪声和接收机噪声，存在接收机能够识别的最小监测功率。若这一功率是Pmin，则得到最大可探测距离为

Rmax22PGtt（m）3(4)Pmin1/44信号处理技术能够有效降低最小可检测信号，从而增加了可测量距离。

2雷达的基本参数[3]

2.1分辨率

分辨率可严格定义为分辨具有不同对比度的相隔一定距离的相邻目标的能力。一般习惯使用一个不太精确的定义，既对微波系统来说，分辨率通常是指测量系统响应的半功率宽度。2.2角度分辨

毫米波雷达及辐射计通常都采用窄波束天线来提高角度分辨率。角度分辨一般采用半功率点的波束宽度来表示。其半功率点的波束宽度可表示为

hKh

DKh—取决于天线类型和加权函数的系数；—波长；D—天线口径。

2.3距离分辨

大多数雷达都采用距离分辨概念。距离的分辨率由测量信号从雷达发至目标，并返回雷达所需的这一有限时间间隔决定。

当忽略大气对微波传播速度的影响（一般只有十万分之几的数量级），电波从雷达传播到目标往返引起的时间延迟，就是电波传播从雷达到目标的两倍距离的时间，可由下

第二篇：微波(雷达)感应模块原理以及应用调试

雷达感应开关原理调试

一、原理简介：

1.主要功能与原理：如上图所示，上图是雷达感应开关模块的感应板的电路原理图，由集电极外PCB两层铜箔间的电容、三极管内阻、寄生电容等构成RC震荡电路，该震荡电路震荡产生高频信号，经过三极管放大，再经过围绕PCB三边的天线发射出去。发射的2.4-3.2GHz的微波信号如果遇到移动物体，则反射波相对发射波就会有相位变化，回型天线接收到反射信号，反射波与发射信号的相位移频就会以3-20MHz左右的低频输出（P4）,该信号再由后级运放放大，驱动继电器，从而由继电器控制灯光。另外，中间也可以加上光敏二极管检测昼夜光线，作为夜间条件下控制输出的前提条件。

2.发射频率：RC振荡电路的频率f=1/2πRC，公式中的R是原理图中三极管的输入阻抗，C是PCB上三极管集电极基极引线正反面铜箔之间的电容以及三极管寄生电容组成的总电容。该电容量公式为C=εS/d，式中ε为介质（在这里就是指的PCB板材的介电常数），S为PCB极板面积，d为极板间距也就是PCB厚度。

3.接收：通过回型天线接收反射回来的雷达波，如果发射与接收波之间有相位移频，则输出低频信号P4。

4.发射避开公共频段又不能过高：因为3G和4G手机信号和WIFI信号的频率范围在1.8-2.4GHz，模块的工作频率尽可能避开这个频段，避免相互干扰。一般的发射频率2.5GHz左右最佳，频率过高，则高频三极管增益降低，感应距离近。发射频率同天线部分PCB线路板尺寸大小、厚度、布线、三极管输入阻抗与电容等有关。

5.发射频率与发射信号强度：如果有频谱仪测试发射天线端的发射信号，可以测试到发射频点及其发射信号幅度。发射信号强度越大，感应距离越远。但是，高频三极管来说，随着频率的增加，其增益逐渐降低，发射的信号强度也就降低。另外，同一个频率，三极管的特征频率fT越大，其高频增益就越高，感应距离也就越远，所以，最好设计调整PCB，将频点做到2.4GHz。6.接收灵敏度：同样频率，高频三极管对高频信号的fT越大，高频增益越高，接收的移频信号输出幅度越大，感应灵敏度就越高，感应距离就越远。适当调整后级运放的放大倍数也可以调整感应距离，但是，如果单纯的提高后级运放的倍数，虽然感应较远距离，但会将小幅度的其它干扰信号也放大输出，造成误报。

影响感应距离的几个因素：A.发射天线板的尺寸，该尺寸越大，天线越长，则感应距离越远。B.高频三极管的特征频率越高，其高频增益越大，感应距离也就越远。C.后级运放的放大倍数适当的高，其对输出的移频信号放大的幅度大。D.发射频率最好在标准规范的2.4GHz。高频三极管的增益会随着频率的增大而降低降低，频点太高，发射信号功率降低、接收灵敏度也降低。

如果调试得当，使用9GHz的高频三极管的，天线板尺寸在20*30mm左右时，感应距离会在3-5米。天线尺寸在30*40mm左右，感应距离会到8-10米。天线尺寸到40*50mm最远感应距离会达到20米左右。如果你想在此基础上降低感应距离，可以调整降低后面放大板上的运算放大器的增益，或者改变输入的驱动电平，来满足不同感应距离的要求。

7.发射天线：围绕天线板3边，用于将本振频率信号发射出去，天线板尺寸越大，该天线越长，则发射信号越强，发射距离越远，感应距离也就越远，但是，这个发射天线又不能形成四边闭环。天线对电源之间的4个电容主要是对与发射频率相同、从电源串扰进来的其它模块的信号与WIFI信号屏蔽滤波,如果出现串扰，请调整电容容量或者数量，使得滤波频点同本板发射频率相同。8.感应信号放大灯光控制：原理图中，通过P4输出感应信号SING OUT到后面的放大电路，将该信号通过运放放大，再去控制光源。为了避免被干扰误报，建议在后级放大电路中采用带有运放功能的CPU，植入信号判断程序，从而将其它非感应信号滤除并加入不同状态的灯光控制，提高抗干扰能力。

9.回型天线：发射极外的回型天线接收反射信号，为了使反射信号有效穿过回型天线，回型天线后面不敷设覆铜板。另外，回型天线只需要一个正弦波形就可以。还可以通过适当加宽回型天线线宽、加大波形幅度，并且在线上密布过孔来提高感应信号强度和灵敏度（注意：PCB三边和回型天线上的过孔一定要满镀锡或者镀化学金，以加强发射接收信号的强度）。

10.基极外去耦合铜箔天线：基极B外那个长方形天线（基极与R3之间的矩形铜箔天线）用作与其背面的PCB覆铜板形成的电容退耦合。该去耦尺寸太小，则退耦没做好，感应距离很差并不稳定，如果尺寸过大，又会持续输出感应信号，一般24*33mm的天线板的去耦合天线尺寸在3*8mm，如果天线尺寸大于或者小于24*33mm，则该去耦天线同比例增加或者缩小面积。这个去耦天线的形状还与感应方向性（水平还是垂直）有关系，设计成长条形状，则是垂直于PCB板的感应距离近，水平于PCB方向的感应距离远。如果想水平与垂直的感应距离相等，则可以设计成方形的，但是面积不要变。

11.发射极引出的线条要适当宽长一些，这个线条以及基极外去耦合铜箔与背面铜箔之间的电容，是发射振荡电路的电容，电容大小调整，也会调整发射频点。

12.高频三极管：最好采用特征频率f T为9GHz以上的高频三极管，f T越高，其在高频微波频段的高频增益就越高，具体到使用中，f T越高，其发射信号幅度就越强、接收感应微弱微波信号越灵敏，感应的距离就越远BFS520-SOT323-N2t与PRF947-SOT323-7N是9GHz的高频三极管，BFR370F、BFR360F、BFG340F是f T为12GHz的高频三极管。另外，尽可能的采用SOT323封装的芯片。因为SOT323同SOT23相比较，SOT323封装的芯片固定在引线框架的背面（见右图），可以屏蔽正面过来的干扰波。并且，在PCB布线时，在高频三极管的背面要敷设覆铜板，挡住背面进来的反射波，提高三极管的抗干扰能力。

13.下雨受潮报警：该产品发射的是厘米波，波长较短，任何微波雷达在下雨时都容易被雨折射反射，所以，下雨时，检测信号有可能有输出。另外，PCB受潮也会造成板材的介电常数变化，板间电容变化，发射频点变化，因而PCB正反面要涂油防潮。

14.PCB板材：最好采用高频板材的介电常数适当稳定的普通板材（高频板材成本价格太高），开始做实验投板时，最好多选用厚度1.2mm、1.0mm的板材，从而可能得到不同分布电容的PCB，也会得到不同的发射频率和感应距离，最终从中选用最佳的。另外，PCB板材要用品质因数高，并且一定要稳定（否则频率漂移并逐渐感应距离近）。

二、调试建议： 1.发射频率过低（低于2.4GHz以下的话，抗干扰能力就差，反射能力差，感应距离会时远时近，产生误报。请调节发射信号震荡电路集电极与基极外铜箔面积和接收信号电路或者PCB的板材厚度，改变发射频率。（用3GHz以上的频谱仪可以直观的测试发射接收信号的频谱与幅度）。2.感应距离近：发射天线太短、线宽太窄、过孔没有金属化，接收天线尺寸小，其相应的发射信号强度和接收灵敏度就低，感应距离就近。

3.振荡电路中的阻容器件的均匀性、一致性、温度稳定性要好一些，建议使用优质温飘小的精密电阻、电容。

4.一点也不感应：A.可能是你的振荡电路没有起振，调整发射频率震荡电路，满足起振条件。B.可能是高频三极管的f T太低，对高频信号的放大增益太小，至少要使用f T大于9GHz的高频三极管。C.天线板尺寸太小，天线太短，发射信号太弱。D.三极管的偏置电路有问题，进入截止区或者饱和区。

5.相互串扰：直流的电源对微波波段的滤波不好，造成其它信号源以及间隔近的模块之间的微波信号通过电源串进来，产生周围杂波的干扰，会误感应而持续亮灯、感应距离近。不要用整流二极管简单整流供电，而要采用电源稳压器芯片稳压后供电，并且要调整四个滤波电容对外来同本板发射频点相同的高频信号滤波。

6.后级运放放大：大家大多使用的之前红外声光控开关上的运放BISS0001。最好使用带有运放的单片机，并在单片机里面植入对感应信号判断的程序，这样，就会判断去除串扰杂波信号和非感应信号，还能通过感应信号幅度变化来判断人体与汽车是由远及近再由近到远，还是由远及近到灯下不走，这样可以更人性化的延时控制灯光。7.3.3V供电：使用3.3V供电，就要将高频三极管的偏置做调整，提高基极与集电极的偏置压降，以尽可能提高高频三极管的工作点，避免因为电压降低而造成的发射功率降低。

大家使用的原理图都一样，做出来的产品的感应距离却不同，原因就是：PCB的布线产生的分布参数、元器件板材的采用、电源滤波、PCB尺寸、厚度等因素对产品的影响非常大。

五、设计经验总结

1、天线长度

理论和实践证明，当天线的长度为无线电波长的1/4时，无线的发射和接收转换效率最高。因此，天线的长度将根据所发射和接收的频率即波长来决定。只要知道对应发射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长，再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。

频率余波长的换算公式为：波长=300000000/频率

2、PCB注意事项 天线版背面不能铺铜 天线中增加过孔增加阻抗

注意器件布局，应当原理高频三极管和天线。

3、距离调节电阻选择

距离调节电阻即为放大倍数的调节,该电阻的大小应该根据你天线实际输出信号大小而定，需要经过大量测试来判定你天线板信号的大小好坏,一般正常的信号在0.5v左右(天线长短粗细决定其质量)。

第三篇：微波水处理技术介绍

微波水处理技术介绍

微波水处理技术介绍在11月10日杭州召开的“全国城镇排水管网及污水处理厂技术、改造、运营高级研讨会”上，中国城镇供排水协会副会长聂梅生做了题目为“重新认识水处理技术发展”的精彩发言。其言语间对新的水处理技术的期待溢于言表。纵观水务市场发展近20年来，除了传统的生物法处理工艺外，还没有其他工艺能够以更低的运营成本及投资额在城市污水处理中得到大规模的应用。不过最近几年，由我国自主研发的，并已在多种工业废水实际处理工程中成功应用，相同处理规模但占地面积仅为传统工艺1/6的微波水处理工艺，已经开始准备进军城镇水务市场。

1、目前传统工艺存在的问题目前国内已建的城市生活污水处理厂，无论处理规模大小，绝大多数都在使用传统生物处理工艺：A2O、SBR、氧化沟或者这些生物工艺的改良工艺。虽然目前传统工艺基本上能够满足国家相关排放标准的要求，但笔者认为随着水务市场的竞争激烈化和土地资源的紧缺化，传统工艺过大的占地面积、过长的施工建设期、臃肿的运营机构、过高的投资额及对水质水量波动较差的适应性，已使其日益远离我国尽快改善水环境的要求。

2、微波水处理技术简介图2.1 微波水处理工艺流程图 微波水处理工艺流程如图2.1所示，经过简单的预处理后，城市生活污水中的有机物在敏化剂与微波的共同作用下，发生剧烈催化、物化反应，转化成不可溶物质或气体从水中分离出来。水中的有机污染物分子链在微波催化的作用下断开，被分解为小分子并与敏化剂结合生成速沉絮体被去除；金属离子直接与敏化剂结合生成速沉絮体沉淀；氨氮转化为氨气逸出，浓度超出标准时，可用后续的吸收装置吸收去除；水中磷转化为不可溶磷酸盐沉淀去除。

3、微波水处理工艺的优势与传统工艺相比，微波水处理工艺的主要特点如下：（1）投资额低：由于涉及商业机密，不便过多透露信息。但是可以肯定的是，无论传统工艺以怎样低的投资额报价竞标任何规模的城市生活污水处理厂，微波工艺都可以报出比传统工艺至少低10%的价格。（2）建设工期短：由于该工艺目前已经完全设备化，新建污水厂基本不需要土建动工，只需要盖一个能够遮雨的棚子即可，微波处理设备即装即用，6万吨的污水处理厂2-3个月即可安装试运行完毕，基本没有施工风险。能够满足应届政府各部门对水污染治理效果立竿见影的期望。（3）运行成本低：微波处理工艺的吨水运营成本在0.5-0.65元/吨的范围内。该成本为运营成本，包括：电费、药剂费、人工费、污泥处置费、设备年维修及大修费、固定资产折旧。后文将以6万吨的城市生活污水处理厂的实例来具体说明其运营成本明细。（4）运营人员少：微波法处理系统操作简单，所需操作人员较少。6万吨的污水处理厂工艺流程需管理人员2名，化验员2名，操作人员8名，维修人员5名，共需工作人员17名。笔者认为单就这一点就值得将该工艺大范围推广应用，将劳动者的双手解放出来，才符合技术革新和产业革命真正的本质。

（5）占地面积小：2400m3/d城市生活污水的处理工程，用传统方法需占地约2000 m2；如果使用微波工艺，占地面积不到300m2，其中微波水处理设备占地仅64 m2；大约是传统工艺占地面积的1/6。（6）抗冲击能力强：微波水处理工艺受进水质、水量变化的影响不大，只需调整工艺参数即可；目前城市生活污水处理厂日常运营时遇到的水质超标、水量超额时不能正常运行的风险将不再成为问题。（7）固液分离快：该工艺特有的敏化剂，能够使微波反应后生成的大量絮体迅速沉淀并与水分离。所以该工艺后续处理的停留时间也较短，沉淀构筑物占地面积相应较小。

4、案例说明以6万吨的城市生活污水处理厂为例，通过具体数据来说明该工艺的优势：（1）进水水质西部某省会城市生活污水厂进水水质如表5.1所示,要求达到国家一级B的出水标准。不夸张的说，该城市生活污水进水水质对于目前的生物法传统工艺而言，在政府规定的污水处理费0.78元/吨的前提下，还能够稳定的获得相当的利润空间，难度是比较大的。而对微波工艺而言，则算不上什么问题。表5.1：进出水水质指标项目 CODcr BOD5 SS NH3-N P 进水水质/（mg/l）560 275 265 6.0～9.0 11.3（2）运行成本微波工艺总投资额属于商业机密，不方便透露，折旧项由于也涉及到总投资额，故

在下表中也没有列出，由读者自己推算。运营成本组成如表5.2所示，出于保密起见，表5.2中的成本明细仅提供最后总运行成本的大概参考数值，且该运营成本仍有很大幅度的压缩空间。表5.2：吨水运营成本项目电费药剂费人工成本污泥处理费大修及日常修理费合计 0.45元/M3（3）占地面积6万吨污水处理厂总占地面积50 x 60平方米左右

6、进军水务市场的遇到的阻力正如该项技术的专利持有人，北京润泽东方环保工程有限公司董事长—孙宪彬所言，如果该工艺能够在全国范围内得到广泛的应用，则是一场水务界的盛宴，称的上是21世纪水业的技术革命。但是该项革新除了能带来技术上的进步，国家自然环境的快速改善，土地资源的节约外，也给目前水务市场看似稳定的格局带来一定的震荡，同时将面对来自外界的重重压力。（1）来自设计院的压力当城市污水处理厂甚至城市给水厂的建设模式由工程化向设备化转化时，以市政水处理设计为主要业务的各大国有设计院的收入恐怕要大打折扣了。目前仅能由具有市政公用事业甲级设计资质才能承接设计的城市给、污水处理工程，将来任何能做设备系统集成的环保公司都可参与其中。但是由于目前方案、可研甚至标书的评审工作都是由各大设计院的老专家把关，其对新生技术的接受程度，将很大程度上影响该技术的推广进程。（2）招标制度的障碍就BOT新建项目而言，目前大多数的水务项目招标文件评分细则中，明确规定投资额报价仅占60分、工程经验和业绩占20分、投资人财务能力占10分。（在资格预审文件中投资人的财务能力+业绩经验项分值占90分）仅此而言，拥有微波水处理工艺的环保公司如果不依靠实力稍强的水务公司，即使报价在低也很难胜出，或者说根本没有进入城镇水务市场的机会。（3）知识产权保护如果采取联合体的方式进行投标，微波公司是以设备供应商的身份出现，还是也参与日后的水厂运营，如果参与运营怎样分配利润，并且在我国目前知识产权保护体系并不完善的情况下，双方合作后期怎样保证专利持有人的利益，都是尚需仔细研究的问题。

7、微波水处理工艺的工程实例多数业内人士可能还不了解该项技术的应用情况，对该技术的实际应用还抱有怀疑态度。其实该工艺在2000年就已经走出了实验室，至今已成功应用在多项实际工业及生活污水处理工程之中。北京润泽东方环保工程有限公司详细的工程业绩如表7.1所示。表7.1 微波水处理工艺—工程业绩（润泽东方）序号项目单位时间处理量处理类型 1 兰州石化集团 2001.1 2000T/d（一期）生活水回用处理工程 2005.2 10000T/d（二期）生活污水处理工程 2 北京和田宽食品有限公司 2003.7 6000T/d（一期）食品污水处理工程 2003.8 4000T/d（二期）3 内蒙古发电有限公司 2002.10 2000T/d（一期）回用水处理工程 2004.3 10000T/d（二期）4 山东德州纸业有限公司 2003.9 2400T/d（一期）造纸污水处理工程 2004.4 15000T/d（二期）5 广东中山电镀有限公司 2004.12 2000T/d 电镀污水处理工程 6 厦门化纤有限股份公司 2006.5 500T/d 化纤污水处理工程 7 高碑店城市污水处理厂 2006.8 500T/d 城市污水处理工程 8 海口螺旋藻生物有限公司 2007.1 1000T/d 化工污水处理工程 9 Hyderabad pharma Infrastrncture a technologies Ltd（印度市政府工业污水处理项目）2007.3 100T/d 工业污水处理工程 10 台湾新竹宝山水库 2007.4 150000T/d 水库水处理工程 11 大兴生活污水工程 2001.6 2000T/d 生活污水处理工程 12 厦门迈克制药工程 2006.3 2000T/d 制药污水处理工程 13 广东江门彩艳工程 2005.3 3000T/d 印染污水处理工程 14 广东黄埔电镀水工程 2005.3 5000T/d 电镀污水处理工程 15 河南三金公司工程 2007.3 2000T/d 食品污水处理工程 16 河南高速公路工程 2007.7 3000T/d 生活污水处理工程 17 北京鹤望兰工程 2004.2 100T/d 造纸污水处理工程 18 上海曹桥镇工程 2005.8 2000T/d 河道水处理工程 19 广西淀粉工程 2005.6 2000T/d 食品水处理工程 20 泰安电镀厂工程 2007.1 100T/d 电镀污水处理工程 21 山西临汾工程 2006.5 3000T/d 印染污水处理工程 22 大连工业生活用水工程 2007.6 10000T/d 工业、生活水混合水处理工程

8、期待与展望一项新的技术从诞生到被公众接受再到被广泛的应用，必然要经历曲折的过程,微

波水处理工艺的普及和推广同样也要有很长的路要走。笔者读研期间，曾经接触过微波水处理技术，可以肯定的是该技术对水中污染物的去除能力是目前的传统工艺不可比拟的，对很多高难度处理的工业废水，微波水处理技术都展现了良好的应用前景。但是，是否如该技术的持有人孙宪彬（北京润泽东方环保集团的董事长）所宣称的，在改良了敏化剂的组成和配比之后，在城镇市政水处理领域，微波技术能以较低的成本运营及润泽东方能否在不久的将来也在国内城镇水务市场中占有一席之地，我们拭目以待。

第四篇：雷达阵列天线介绍

■开课目的

“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。

■课程要求

● 约有五次作业 ● 考核

平时成绩占20％。包括平时作业，出勤情况。期末考试成绩占80％(一页纸开卷)

雷达阵列天线简介

1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达

是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。

接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。

发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。

移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。

AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)目前该系统安装在导弹巡洋舰上

导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统

2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达

是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。

爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

3、机载预警和控制系统(AWACS)世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS系统研制的。它取得成功后，便有很多产品紧随其后，而且常常得到比规定的副瓣电平还要低的副瓣。AWACS雷达天线是波导窄边缝隙阵列，有4000多个缝隙单元。该系统可用于空中监视的预警机，如下图所示。它在可一起转动的圆形天线罩内做机械旋转，在垂直面上用28个铁氧体精密移相器实现相控扫描。

AWACS预警机雷达天线波导窄边缝隙阵列(西屋公司提供)

4、电子捷变雷达

西屋电气公司以前为机载应用研制了这种X波段相控阵雷达。后来此系统演化为B1－B轰炸机上的AN/APQ—164雷达，如下图所示。该图显示正在装配的这种雷达天线，它有1526个圆波导口辐射单元，组成的阵列为椭圆形孔径，每个单元都带有可逆铁氧体移相器，可以实现空间二维扫描。该系统有形成波束变化的灵活性，其口径相位的变化可以实现尖锐的笔形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。极化可从垂直极化改变为圆极化。这是通过每个单元的可开关的法拉第旋转器结合铁氧体/4薄片来实现。天馈系统还包括故障定位和隔离系统，还有检测、校验系统，这可通过合成信号的变化来确定合适的相位分布(校正馈电系统的误差)，检验激励幅度，并检查极化分集的功能。

正在装配的AN/APQ—164相控阵雷达天线(西屋公司提供)

5、多功能电扫描自适应雷达(MESAR)

这是一部具有挑战性的S波段固态相控阵雷达，它由英国海军部研究中心和Plessey雷达公司共同研制。阵面为1.8m×1.8m孔径，共有918个波导型辐射单元，如下图所示。采用4位二进制移相器，功率放大器为分立器件，有22％的带宽，2W输出功率。接收时信号在模块中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16个子阵，每一子阵都有各自的接收机，这些接收机的输出用8位A/D转换器数字化，提供强大的自适应置零能力。

MESAR固态相控阵雷达天线(Plessey公司提供)

6、AN/TPS-70多波束阵列雷达

这是一种不用移相器相控扫描的低副瓣阵列，在方位上为低副瓣波束并采用机械旋转扫描，在俯仰面上实现多个波束以覆盖空间较大的范围。天线使用36根水平波导管，每根波导管上有94个缝隙以形成主瓣宽度为1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，发射时激励22根波导管，产生20o的俯仰波束，该波束为赋形波束，低仰角时的增益高，高仰角时的增益低；接收时来自全部36根波导的能量结合在一起产生6个同时波束以覆盖0～20o的仰角范围。6个波束的仰角宽度从最低波束的2.3o变化到6o。这6个波束均有自己的接收机，通过比较这些波束中的能量可提供仰角的单脉冲信息。

同时多波束的优点是，在强杂波环境中它能提供实现信号处理功能所需的时间。该雷达可运输。其作用距离240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。该雷达及其改型已在全世界广泛使用。

AN/TPS-70多波束阵列雷达天线(西屋公司提供)

7、AN/TPQ-37武器定位雷达

又称火力搜索雷达，为美军陆军装备，由休斯(Hughes)飞机公司研制。用来探测炮弹弹道，并反向寻找其发射点。该雷达使用有限扫描相控阵，它能在方位上提供宽扫描角，在仰角上提供有限的扫描角，有限扫描范围将大大减少移相器数目。系统只使用360个二极管移相器，每个移相器控制阵列垂直线上的6个辐射单元。其峰值功率为4KW，平均功率为165W。

该雷达为单脉冲体制，其馈电网络可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束，馈电网络由空气带状线和波导功分器组成。天线尺寸8×12×2(ft)3。在美国和其他国家和地区，以装备了数十套这种雷达。

AN/TPQ-37武器定位雷达(Hughes公司提供)

8、铺路爪(Pave Paes)雷达

该雷达由Raytheon公司研制。它用于提供弹道导弹的预警，也可实现对卫星的跟踪，它是超高频(UHF)固态相控阵雷达。一套系统包含孔径相互倾斜120o的两部雷达，可提供240o的总观察范围，它可检测到3000英里处的10m2的目标。

铺路爪超高频固态相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

9、丹麦眼镜蛇(Cobra Dane)雷达

是Raytheon公司研制的一部庞大的L波段相控阵雷达，它是为收集国外洲际导弹试验情报而研制和部署的，其雷达天线如下图所示。它有一些与众不同的特性，它是一种稀疏阵列，直径为95ft，共有34768个单元，其中15360个单元是有源单元，其余是无源单元。有源单元分成96个子阵，每个子阵有160个辐射器。发射时由行波管馈电，加到天线上的总峰值功率为15.4MW，其频带宽度为200MHz，有2.5ft的距离分辨能力，以探测目标的尺寸和形状。

丹麦眼镜蛇L波段相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)

10、“朱迪”眼镜蛇雷达

是一种独特的大型相控阵雷达，由Raytheon公司为美国空军研制。用以收集国外弹道导弹实验的数据。他安装在美国舰船“膫望岛”的转台上，如下图所示。阵列直径为22.5ft，包含12288个单元，由16个行波管馈电

美国舰船“膫望岛”上的“朱迪”眼镜蛇大型可旋转相控阵雷达天线

(Raytheon公司提供)

11、空中预警机雷达

又叫机载搜索雷达。最初是为远程侦察机探测舰艇研制的，第二次世界大战后期美海军研制了几种机载预警雷达，用来探测舰艇雷达天线探测不到的低空飞行的飞机。在增大对空、对海面目标的最大探测距离方面，机载雷达的优势是显而易见的。因为海面上高度为100ft的天线，其雷达视线距离只有12英里，而高度为10000ft的飞机，雷达视线距离为123英里。

日本神风突击队的袭击造成美国多艘哨舰的损失，激发了机载预警雷达的设想，后来这种系统发展成为一种用于洲际防空的边界预警巡逻机。

下图为航空母舰的舰载E－2C预警机。

E－2C预警机 12、3D雷达概念

又叫三坐标雷达，这种雷达可同时测量目标的3个基本位置坐标(距离，方位和仰角)。3D雷达是一种警戒雷达，其天线在方位上机械旋转，以测量目标的距离和方位，在仰角上扫描一个或多个波束，或者通过邻接的固定仰角波束来获得目标的仰角。

按照怎样形成仰角波束和怎样在仰角上的扫描波束，3D雷达可分为堆积多波束雷达，频扫雷达、相扫雷达，机械扫描雷达和数字波束形成雷达。

13、S713Martello堆积多波束3D雷达

它是L波段可移动的包含8个波束的堆积多波束雷达，如下图所示。其平面阵列高10.6m，宽6.1m，共有60行，每行32个辐射单元，装有60个接收机用以把接收到的射频信号下变频为中频。方位波束宽度为2.8o，机械旋转，转速为3圈/秒。仰角上，发射时为余割平方方向图，覆盖范围30 o，接收时形成并处理8个堆积窄波束。发射峰值功率为3MW，平均功率8KW。这种雷达为警戒雷达。对100英里处的小型战斗机，其测高精度达1000ft(约300m)。

S713Martello堆积多波束3D雷达(Marconi公司提供)

14、AN/SPS－52C频扫3D雷达

频率扫描雷达是指天线辐射波束指向随频率改变而改变的雷达。应用于空中监视任务的3D雷达技术之一是频率扫描。频扫阵列是利用一段波导传输线的相位频率相关特性来扫描笔形波束。馈电波导在阵列的一侧折叠成蛇形状，对波导行波阵进行耦合馈电，如下图所示。改变发射或接收频率在口径上产生不同的相位变化剃度，从而使天线辐射波束指向发射偏转。实际应用的频扫阵列天线如下图所示的AN/SPS-52C雷达天线。

频扫雷达的测量精度比不上堆积多波束雷达和相扫单脉冲雷达。其原因之一是为了控制波束指向需要改变系统工作频率，从而导致目标回波幅度的波动，降低了多波束目标回波中可用的目标角度信息的质量。

具有蛇形波导馈电的波导窄变缝隙阵列及AN/SPS-52C舰载频扫3D雷达

(Hughes公司提供)

15、AN/FPS－117相扫3D雷达

方位上采用机械旋转扫描，仰角上采用相控扫描来进行目标的三坐标定位，是3D雷达测高技术中最为灵活的雷达。可以和相扫阵列一起使用的测高技术包括各种相参同时波束转换技术(单脉冲、和相位干涉等)，以及幅度比较顺序波束转换技术。相控阵雷达在当今武器市场中变得越来越普遍，这要归因于目标和环境的威胁不断地升级和变化。

AN/FPS－117固定站固态相扫3D雷达(通用电气公司提供)AN/FPS－117是典型的S波段相扫3D雷达，如上图所示。其天线为平面阵列，共有44行带状线馈电的水平振子，每行有30个单元。44行中的每一行包含它自己的固态收发组件。该收发组件由峰值功率为1KW的固态发射机、集成电源、低噪声接收机、移相器、收发开关和逻辑控制单元组成，且全部安装在天线上。平面阵列的馈源结构在接收时可产生双轴单脉冲波束集，即一个和波束与两个差波束。一个附加的列馈为最低角波束位置提供了特殊的低仰角测高能力。馈源产生一对和波束被小心地放置在某仰角上并作为单脉冲对其进行处理，采用此技术使多路径的影响为最小。

16、其他雷达天线

波导宽壁纵缝阵

低副瓣的波导窄壁斜缝阵(机载预警雷达天线)

机载雷达天线及馈电网络

机场监视雷达天线及馈电网络形式

圆环阵列天线

多普勒角度扫描缝隙阵列

圆柱形频率扫描阵列

俯视图

A方向侧视图

B方向侧视图

圆锥共形阵列(单元为直缝、斜缝和横缝)

俯视图

A方向侧视图

B方向侧视图

圆锥共形阵列(单元为“十”字缝)

弹头锥体上的“十”字缝隙阵，及单元形式

球形开关阵列

双极化C波段微带贴片天线

八木天线阵列

对称振子天线阵列

第五篇：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)