现代雷达系统与设计(陈伯孝)第2章案例.ppt

　　 本章从雷达系统的角度简单介绍雷达的发射机、接收机、天线的基本组成和主要性能指标；介绍大气层对电波传播的影响，以及地面反射对电波传播的影响；介绍终端设备和终端信息处理与数据处理方面的基本知识，以便读者对雷达系统有一个系统的认识和了解。 　　　　雷达系统的基本组成框图如图2.1所示，包括天线及其伺服控制、发射机、波形产生器、接收机、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备。各部分的功能简要概述如下： 　　 图2.1 雷达收发系统的基本组成框图 　　(1)天线。辐射大功率信号，接收目标散射回波信号。　　(2)波形产生器，也称频率综合器(简称频综)。产生10mW到1W量级的射频激励信号，同时给雷达接收机提供相干本振信号。　　(3)发射机，即高功率发射部分。对射频激励信号进行放大、滤波，输出功率一般在100W到1mW的量级。　　(4)接收机，即低功率接收部分。接收信号功率一般在μW到mW的量级，对接收信号进行放大、混频、滤波等。　　(5)信号处理机。对回波信号进行相应的处理，提高目标回波的信噪比，同时抑制杂波和干扰，并检测目标。 　　(6)数据处理机。对检测结果进行航迹管理与跟踪滤波。　　(7)终端显示与数据传输。显示回波信号的原始视频、点迹，上传目标的点迹信息。 　　2.2.1 发射机的基本组成　　雷达是利用物体反射电磁波的特性来发现目标并确定目标的距离、方位、高度和速度等参数。因此，雷达工作时要求发射一种特定的大功率信号。发射机为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。 　　雷达发射机有单级振荡式和主振放大式两类，其中单级振荡式发射机又可分为两种：一种是初期雷达使用的三极管、四极管振荡式发射机，其工作频率为VHF或UHF频段；另一种为磁控管振荡式发射机。单级振荡式发射机比较简单，如图2.2(a)所示，它所提供的大功率射频信号是直接由一级大功率射频振荡器产生的，并受脉冲调制器的控制，因此振荡器的输出是受到调制的大功率射频信号。例如，一般的脉冲雷达辐射的是包络为矩形脉冲调制的大功率射频信号，所以控制振荡器工作的脉冲调制器的输出也是一个矩形的射频脉冲信号。 　　主振放大式发射机的组成如图2.2(b)。它的特点是由多级组成。从各级功能来看，一是主控振荡器用来产生低功率、高稳定的射频信号；二是放大射频信号，即提高信号的功率电平，达到发射所需要的功率，称为射频放大链。主振放大式的名称就是由此而来的。 　　 图2.2 发射机的组成 　　振荡器是连续工作的。主振放大器的脉冲实际上是从连续波上“切”下来的，如图2.3所示。若键控开关的时钟是以振荡器为时钟基准产生的，则其脉冲是相干的，对于脉冲信号而言，所谓相干性(也称相参性)，是指从一个脉冲到下一个脉冲的相位具有一致性或连续性。若脉冲与脉冲之间的初始相位是随机的，则发射信号是不相干的。　　 射频放大链如图2.4所示，通常采用多级放大器组成。末级的高功率放大器经常采用多个放大器并联工作，再通过大功率合成器达到要求的发射功率。 　　 图2.3 脉冲相参性的示意图 　　 图2.4 射频放大链 　　单级振荡式发射机与主振放大式发射机相比，最大的优点是简单、经济，也比较轻便，实践表明，同样的功率电平，单级振荡式发射机的重量大约只有主振放大式的三分之一。但是，其性能指标较低，抗干扰能力弱，发射信号在每个脉冲之间不具备相干特性，尤其是频率稳定性差，不适合复杂波形的应用场合。这种雷达也无法利用目标回波的多普勒信息进行测速。当整机对发射机有较高要求时，单级振荡式发射机往往无法满足实际需要，而必须采用主振放大式发射机。现代雷达大多采用主振放大式发射机。 　　主振放大式发射机的组成相对复杂，其主要特点有：　　(1)具有很高的频率稳定度。　　(2)发射相参信号，可实现脉冲多普勒测速。在要求发射相参信号的雷达系统(例如脉冲多普勒雷达等)中，必须采用主振放大式发射机。相参性是指两个信号(两个脉冲重复周期之间雷达发射的信号)的相位之间存在着确定的关系。只要主振荡器有良好的频率稳定度，射频放大器有足够的相位稳定度，发射信号就可以具有良好的相参性，而具有这些特性的发射机就称为相参发射机。 发射信号、本振电压、相参振荡电压和定时器的触发脉冲等均由同一时钟基准信号提供，所有这些信号之间保持相位相参性，这样的发射系统称为全相参系统。　　(3)适用于雷达工作频率捷变的情形。　　(4)能产生复杂波形，例如线性非线性调频信号、相位编码信号等。 　　发射机功率放大器的主要器件有：磁控管、正交场放大器、速调管、行波管、固态晶体管放大器等。其中，磁控管(Magnetron)是一个由调制器启动的振荡器，但是开始振荡时，初始相位是随机的，因此不易实现脉冲之间的“相干性”，