雷达原理知识点汇总
第一章 绪论
1、雷达概念(Radar)：
radar的音译，“Radio Detection and Ranging ”的缩写。原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。
2、雷达工作原理：
发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。
3、雷达的任务：
利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位。随着雷达技术的发展，雷达的任务不仅仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
4、从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息，通过什么方式获取这些信息？
斜距R : 雷达到目标的直线距离OP。
方位角α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。
俯仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。
5、雷达工作方式
连续波和脉冲波
6、雷达测距原理
R=(C∆t)/2
式中，R为目标到雷达的单程距离，∆t为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，C为电磁波的传播速率(3×108米/秒)
7、影响雷达性能指标
脉冲宽度（窄），天线尺寸（大），波束（窄），方向性。
8、距离测量分辨力
两个目标在距离方向上的最小可区分距离：
Δrc=c/2(τ+d/υn)
或者 Δrc=c/2∙1/B
其中，d为光点直径，υn
为光点扫面速度；B为有效相关带宽。
9、雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么？
同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机：产生大功率射频脉冲。
收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。
接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器：显示目标回波，指示目标位置。
天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。
10、什么是多普勒频移？
当目标与雷达站之间存在相对速度时，接收到回波信号的载频相对于发射信号的载频产生一个频移。
第二章 发射机
1、雷达发射机的任务
产生大功率的特定调制的电磁振荡信号，即射频信号。
2、雷达发射机的主要质量指标
工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度。
3、雷达发射机的分类
单级振荡式、主振放大式
4、单级振荡式组成及优缺点
组成：定时器、脉冲调制器、大功率射频振荡器。
优点：简单、廉价、高效；
缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干。
5、主振放大式组成
组成：定时器、脉冲调制器、主控振荡器（固体微波源）、射频放大链（中间射频功率放大器、输出射频功率放大器）。
优点：复杂波形，稳定度高，相干处理；
缺点：系统复杂、昂贵。
6、发射机质量指标：
（1）工作频率（波段）
（2）输出功率：影响威力和抗干扰能力。峰值功率（脉冲期间射频振荡的平均功率）和平均功率（脉冲重复周期内输出功率的平均值）。
（3）总效率：发射机的输出平均功率与输入发射机的总平均功率的比值Pt/P。
（4）调制形式：调制器的脉冲宽度，重复频率，波形。
（5）信号稳定度/频谱纯度，即信号各项参数。
7、脉冲调制器的组成
（1）直流电源：提供充足、稳定的直流能量，满足工作要求；
（2）充电元件：将直流能量及时传递给储能元件；
（3）储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导通时释放保存的能量；
（4）调制开关：刚性 在输入脉冲的作用下，脉冲期间导通，间歇期间截止软性 在输入触发的作用下，导通释放能量，放尽后自然截止；
（5）耦合元件：将高压、大电流脉冲作用到射频负载上。
8、 调制器任务与作用
为发射机的射频各级提供合适脉冲，将一个信号载到一个比它高的信号上。
9、 调制开关分类及特点
分为刚性开关和软性开关，刚性开关的电容储能部分放电式调制器，特点为部分放电，通电利索；软性开关的人工线性调制器，特点为完全放电，效率高，功率大。
第三章 接收机
1、 接收机的任务
通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。
2、 超外差接收机概念
将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，这称为外差式接收。得到的中频信号再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到视频信号。
3、接收机主要组成部分
高频部分：T/R开关、接收机保护器、低噪声高放、混频器、本振、自动频率控制。
中频部分：匹配滤波，自动增益控制、灵敏度时间控制。
视频部分：检波、放大。
4、接收机主要质量指标
灵敏度Simin、接收机的工作频带宽度、动态范围、中频的选择和滤波特性、工作稳定度和频率稳定度、抗干扰能力、微电子化和模块化结构
5、 收发软换开关工作原理
脉冲雷达天线收发共用，需要一个收发软换开关TR，发射时，TR使天线与发射机接通，与接收机断开，以免高功率发射信号进入接收机使之烧毁；接收时，天线与接收机接通，与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱接收信号受损。
6、收发开关组成及类型
高频传输线，气体放电管。分为分支线型和平衡式。
7、接收机的噪声系数
（1）噪声系数、噪声温度的定义
噪声系数：接收机输入端信号噪声比和输出端信号噪声比的比值。实际接收机输出的额定噪声功率与“理想接收机”输出的额定噪声功率之比。
噪声温度：温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”
（2）级联电路的噪声系数
两级电路级联时接收机总噪声系数：
（3）噪声系数、噪声温度的计算
噪声系数：
式中, Si
为输入额定信号功率; Ni为输入额定噪声功率(Ni =kT0Bn); So为输出额定信号功率; No
为输出额定噪声功率。
噪声温度：NA=kTABn
8、 匹配滤波
高斯白噪声背景下，使输出信噪比达到最大化的最优滤波器是匹配滤波器。
9、自动增益控制方式
（1）自动增益控制（AGC）：跟踪雷达中获得归一化角误差信号。
（2）瞬时自动增益控制（IAGC）：防止等幅波干扰、宽脉冲干扰和低频调幅波干扰等引起的中频放大器过载。
（3）近程增益控制（STC）:防止近程杂波干扰引起的中频放大器过载。
第四章 雷达终端显示
1、 雷达终端显示器的的任务
雷达终端显示器用来显示雷达所获得的目标信息和情报，包括目标的位置及其运动情况，目标的各种特征参数等。
2、显示器的主要类型
距离显示器、平面显示器、高度显示器、情况显示器和综合显示器、光栅扫描显示器。
3、显示器列举
距离（A型 J型 A/R型）、平面（PPI）、高度（E式 RHI）
4、A型显示器组成
扫掠形成电路，视频放大电路，距标形成电路。
5、距离显示器和平面位置显示器
距离显示器是一维空间显示器，显示目标的斜距坐标。用光点在荧光屏上偏转的幅度来表示目标回波的大小。属于偏转调制显示器。
平面显示器是二维显示器，显示目标的斜距和方位两个坐标。采用平面上的亮点位置来表示目标的坐标，属于亮度调制显示器。
第五章 雷达作用距离（重点）
1、雷达方程
公式：
这里写图片描述
雷达方程中的不确定量：设备的实际损耗和环境因素；目标的雷达散射截面积σ；最小可检测信号功率Smin。
这里写图片描述
2、最小可检测信号
3、 门限检测
纽曼-皮尔逊准则：在给定信噪比条件下，满足一定虚警概率，使发现概率最大。
4、发现概率和虚警概率与门限电平的关系
（1）虚警概率（门限）一定时，信噪比越大，发现概率越大。
（2）信噪比一定时，虚警概率越小，发现概率越小；虚警概率越大，发现概率越大。
（3）检测概率为50%时对应的信噪比仍然较高。信噪比对发现概率的影响较大。
（4）当检测概率较高时，检测所要求的信噪比对虚警时间的依赖关系不灵敏。
5、 脉冲积累对信噪比的影响
检波前积累（相参积累）：M个等幅相参脉冲积累可以使信噪比提高为原来的M倍。
检波后积累（非相参积累，视频积累）： M个等幅脉冲积累可以使信噪比改善M-M1/2。
第六章 目标距离测量
1、 目标距离测量的方法有哪些
脉冲法测距、调频法测距
2、脉冲法测距
人工测距（早期雷达）：在显示器画面上根据扫掠量程和回波脉冲位置直接测距。
自动测距（现代雷达）：采用电子设备自动地测读回波到达的延迟时间。类似于距离坐标的录取设备。
3、影响测距精度因素
发射机功率，天线尺寸，目标有效截面积；电波传输速度变化产生的误差，因大气折射产生的误差，测读方法误差。
4、 自动距离跟踪
电移动指标自动地跟踪目标回波并连续地给出目标距离数据。
整个自动测距系统应包括对目标的搜索, 捕获和自动跟踪三个互相联系的部分。
第七章 角度测量
1、 测角的物理基础
电波直线传播、天线的方向性
2、测角的方法
（1）振幅法：利用天线收到的回波信号的幅度值。
最大信号法：收到回波最强的方向为目标方向；
等信号法：测角采用两个相同且彼此部分重叠的波束，通过比较两个波束回波的强弱判断目标偏离等信号轴的方向和角度。
（2）相位法：利用多个天线所接收回波之间的相位差进行测角。
3、天线波束扫描的方法
（1）电扫描（相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法）：
无惯性限制、扫描速度快，波束控制灵活； 扫描过程中波束展宽，天线增益减小，扫描角度范围有限；天线系统复杂。
（2）机械扫描：
简单、机械运动惯性大。扫描速度不高
4、 相位法测角
（1）利用多天线所接收回波信号之间的相位差来测角（2）相位差=（2pai/波长）•dsin角度，d为两天线间距，测相位差得角度（3）两天线所获高频信号经与本振信号差频后，在中频段比相。
5、相位扫描法的特点
（1）栅瓣问题如何解决
这里写图片描述
（2）波束宽度有何特点
随着扫描角度增大，波束展宽，天线增益下降。
同相馈电阵列天线有效长度Ndcosθ0
，相比法线方向减小。
第八章 运动目标检测及测速
1、 多普勒频率的概念
定义：发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收的信号频率会发生变化。
窄带信号的多普勒效应：
多普勒频率的特征：处于音频范围，正负取决于目标接近还是远离雷达。
采用差拍的方法提取多普勒频率: fd=fr−ft
.
2、盲速、频闪
当雷达处于脉冲工作状态时，会出现盲速和频闪。
盲速：目标有一定的径向速度，但若其回波信号经过相位检波后，输出为一串等幅脉冲，即与固定目标回波相同，此时的目标速度成为盲速。
频闪：相位检波器输出的回波信号包络调制频率与目标径向速度不再保持正比关系，此时将产生测速模糊。
产生盲速和频闪效应的原因：脉冲工作状态是对连续发射的取样，取样后的波形和频谱都发生了变化
3、 盲相
由相位检波器特性所引起。点盲相：如果相邻两个回波脉冲的相位差虽不同，但却是一对相检器输出相等工作点，经相消器后出现。连续盲相：接收机的限幅作用使动目标和固定杂波的合成矢量变成断点在限幅电平的一小段圆弧上来回摆动的矢量，相消器几乎无输出。
4、 动目标显示雷达的工作原理
对消静止目标原理：在相位检波器的输入端加上基准电压(或称相参电压), 该电压应和发射信号频率相参并保存发射信号的初相, 且在整个接收信号期间连续存在。回波信号与基准电压比较相位，从相位检波器输出视频脉冲, 有固定目标的等幅脉冲串和运动目标的调幅脉冲串。在送到终端(显示器或数据处理系统)去之前需要采用相消设备或杂波滤波器,将固定杂波消去, 而保存运动目标信息。
5、动目标显示雷达的改善因子(定义)
改善因子（I, Improvement factor），动目标显示系统输出的信号杂波输出功率比和输入信号杂波功率比的比值。
第一章 导论
1、雷达的应用
空中监视、空间和导弹监视、表面搜索和战场监视、跟踪和制导、气象雷达、天文和大地测量。
2、雷达“四大威胁”
（1）快速应变的电子侦察及强烈的电子干扰；
（2）具有掠地、掠海能力的低空、超低空飞机和巡航导弹；
（3）使雷达散射面积 成百上千倍减小的隐身飞行器；
（4）快速反应的自主式高速反辐射导弹。
3、雷达作用距离方程
R4max=PavGAησnEi(n)F4e−2aRmax(4π)2κT0Fn(Bτ)fr(S/N)1LfLs
Rmax为雷达最大作用距离（m）；Pav为平均发射机功率（W）；G为天线增益（dB）；A为天线实际面积（m^2）；η为天线孔径效率；σ为目标的雷达截面积RCS（m^2）；n为累计脉冲数；Ei=(S/N)1n(S/N)n为累计效率；nEi为累计改善因子；F4为传播因子；a为衰减系数（每单位距离奈培）；κ为玻尔兹曼常数；T0为标准温度；Fn为接收机噪声系数；B为接收机带宽（HZ）；τ为脉冲带宽（s）；（S/N）1为只基于单个脉冲进行检测所需要的信噪比；fr为脉冲重复频率；Lr为起伏损耗（dB）；Ls为系统损耗（dB）。
4、雷达主要战术指标
(1)雷达的探测范围
(2)测量目标参数的精确度或误差（精确度的高低是以测量误差的大小来衡量的，误差越小，精确度越高）
(3)分辨力（脉冲宽度越小，距离分辨力越好；波束越窄，角分辨力越高）
(4)数据率（单位时间内雷达对每个目标提供数据的次数）
(5)抗干扰能力（干扰主要包括自然干扰和人为干扰）
(6)工作可靠性（平均无故障时间MTBF）
(7)体积和质量（总的来说希望雷达体积小、质量轻）
(8) 功耗及展开时间（展开时间指雷达在机动中的架设和撤收时间）
(9)测量目标坐标或参数的数目（目标坐标指目标方位、斜距和仰角）
5、雷达的主要技术参数
（1）工作频率及工作带宽
（2）发射功率：
若发射功率大，则作用距离大。脉冲功率Pt
和平均功率Pav，它们的关系Pav=Ptτ/Tr。
（3）调制波形、脉冲宽度和重复频率
（4）天线的波束形状、增益和扫描方式
（5）接收机灵敏度
（6）终端装置和雷达输出数据的形式
（7）电源供应
6、确定雷达性能的4个重要指标
（1）检测的可靠性
（2）目标参数估计的精度
（3）多目标分辨力
（4）目标估计的模糊度
第二章 雷达中信号检测的过程
1、雷达信号各管理单元
这里写图片描述
①匹配滤波器：使雷达接收机输出的信噪比达到最大，也就使回波信号的检测能力最大化。
②检测器/积累器：用方便高效的方法处理许多来自目标区的接收脉冲，以便充分利用目标反射回的信号能量。
③减少杂波：为了消除或者减少不想要的杂波而采用的一种或者多种方法。这些方法中基于多普勒频移来消除运动杂波的方法是最重要的。
④恒虚警：当雷达不能消除不想要的回波时，采用的在门限检测器输出端保持恒定虚警概率技术。
⑤电磁兼容性（EMS）：消除进入雷达接收机的其他雷达或其他干扰辐射的电磁辐射干扰。
⑥电子反干扰（ECCM）：指在军事雷达中，用来减少或消除人为干扰、欺骗和其他敌对的有源和无源的降低雷达性能的电子方法。
⑦门限检测：用来决定雷达的输出是否是希望信号。
2、虚警概率
包络检波器输出端噪声电压振幅概率密度函数为，该函数是瑞利分布的：
p(r)=rσ2nexp(−r22σ2n)
虚警概率Pfa
可以写为：
Pfa=∫+∝uTp(r)dr=∫+∝uTrσ2nexp(−r22σ2n)dr=exp(−u2T2σ2n)
或写成：
uT=−2σ2nln(Pfa)−−−−−−−−−−√
这里写图片描述
从门限电压和虚警概率的关系图可以看出，较大的门限值将减小虚警概率和灵敏度，较小的值效果相反。
3、发现概率
包络检波器输出包络的概率密度函数为，该函数是广义瑞利分布，又称为莱斯（Rice）分布：
p(r)=rσ2nexp(−r2+A22σ2n)I0(−rAσ2n)
发现概率Pd
为：
Pd=∫+∞uTp(r)dr=∫+∞uTrσ2nexp(−r2+A22σ2n)I0(−rAσ2n)dr=1−∫uT0p(r)dr
遗憾的是无法解析计算，只能用数值积分得到结果。
4、扫描雷达收到来自一个点目标的回波脉冲数为：
n=θBfrθs=θBfr6ωr
其中，fr
脉冲重复频率（HZ），θB天线波束宽度（度），θs扫描速率（度/s），ωr
角速度（转数/min）。
5、对n个脉冲采样处理以改进检测性能的方法有5种：
①相参积累（波前积累）：在包络检波前要相加脉冲电压。
②非相参积累（视频或检波后积累）：对每个脉冲进行包络检波，并在用于门限检波之前将得到的视频脉冲电压相加。
③二进制积累（n中取l积累）：将每个脉冲送入门限，门限穿越次数l用做输出告警信号的准则，即多样本检测的表决法。
④积累检测（批积累）：它是二进制积累的特例，其告警信号准则为l=1。
⑤反馈积累器等。
6、相参积累
实现相参积累的两种方法：
第一种实现，如果对中频信号进行积累，就必须接收信号是相参的才能实现相参积累。第二种情况，检波器是相参检波器，积累是在相参检波器之后用两个正交信号来实现的。
7、非相参积累
(1)如果n个脉冲，都有相同的信噪比，由理想的无损耗检波前积累器进行完善的积累，那么，积累后的信噪（功率）比将正好是单个脉冲的信噪比的n倍。因此，在此情况下，可将雷达方程中单个脉冲信噪比(S/N)1
用(S/N)n=(S/N)1n替代。其中，(S/N)n
是n个脉冲进行无损耗检波前积累时，所需要的每个脉冲的信噪比。
(2)如果同样的n个脉冲由理想的检波后积累器积累，得到的信噪比要小于单个脉冲信噪比的n倍。这种积累效率上的损耗是由第二检波器的非线性作用引起的，在整个流程中，它将一部信号能量变换成噪声能量。检波后的累积效率可以定义为：
Ei(n)=(S/N)1n(S/N)n
式中，当n个脉冲积累时，信噪比的改善叫做“积累改善因子”，Ii(n)=nEi(n)
。可以理解为“等效积累脉冲数”，neq=nEi(n)
。
当积累n个脉冲时，雷达方程为：
R4max=PtGAeσ(4π)2κT0Fn(S/N)nLs=PtGAeσnEi(n)(4π)2κT0Fn(S/N)1Ls
8、恒虚警率（CFAR）系统
在没有（感兴趣的）目标存在时，利用自动检测电路来估测接收机的输出，以保持一个恒虚警率的系统便称为恒虚警率系统。
来源：CSDN
作者：czp5213
链接：https://blog.csdn.net/hu5520/article/details/93033906