现代雷达系统与设计(陈伯孝)要点.ppt

　　　　　　　　　　　　雷达的基本任务是检测目标并测量出目标的参数(位置坐标、速度等)。现代雷达还逐步从回波中提取诸如目标形状、运动状态等信息。跟踪雷达系统用于测量目标的距离、方位、仰角和速度，然后利用这些参数进行滤波，实现对目标的跟踪，同时还可以预测它们下一时刻的值。 　　参数测量精度是一个重要的性能指标，在某些雷达(如精密测量、火控跟踪和导弹制导等雷达)中测量精度是关键指标。测量精度表明雷达测量值和目标实际值之间的偏差(误差)大小，误差越小则精度越高。影响一部雷达测量精度的因素是多方面的，例如不同体制雷达采用的测量方法不同，雷达设备各分系统的性能差异，以及外部电波的传播条件等。混杂在回波信号中的噪声和干扰是限制测量精度的基本因素。　　目标的信息包含在雷达的回波信号中。在一般雷达中，对理想的目标模型，目标相对于雷达的距离表现为回波相对于发射信号的时延； 而目标相对于雷达的径向速度则表现为回波信号的多普勒频移等。由于目标回波中总是伴随着各种噪声和干扰，接收机输入信号可写为 x(t)＝s(t；β)＋n(t)＋c(t)式中s(t；β)为包含未知参量β的回波信号，n(t)是噪声，c(t)为干扰。由于噪声或干扰的影响，测量参量β会产生误差而不能精确地测定，因而只能是估计。因此，从雷达中提取目标信息的问题就变为一个统计参量估计的问题。对于接收到的观测信号x(t)，应当怎样对它进行处理才能对参量β尽可能精确的估计，这就是估计理论的任务。 　　当雷达连续观测目标一段时间(通常取3个扫描周期)后，雷达就能检测出目标的航迹，然后对该航迹进行滤波并保持对目标的跟踪。在军用雷达中，负责目标跟踪的有制导雷达、火控雷达和导弹制导等测量与跟踪雷达。事实上，如果不能对目标进行正确的跟踪也就不可能实现导弹的制导。对民用机场交通管制雷达系统来说，目标跟踪是控制进港和出港航班的常用方法。跟踪雷达主要有四种类型：　　(1)单目标跟踪(STT)雷达。这种跟踪雷达用来对单个目标进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据率通常在每秒10次以上。 　　(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。　　(3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标的情况下，这种跟踪方式通过快速扫描有限的角度扇区来维持对目标的跟踪，并提供中等的数据率。这种跟踪方式已广泛应用于防空雷达、飞机着陆雷达、机载火控雷达，以保持对多目标的跟踪。 　　(4)相控阵跟踪雷达。电子扫描的相控阵雷达能对大量目标进行跟踪，具有较高的数据率。在计算机的控制下，以时分的方式对不同波位多批次目标进行跟踪。因为电扫描阵列的波束能够在几微秒的时间内从一个方向快速切换到另一个方向，特别适合对多批次目标的跟踪，所以在宙斯顿和爱国者等防空武器系统中均采用了相控阵跟踪雷达。　　跟踪雷达主要包括距离跟踪、角度跟踪，有的甚至包括多普勒跟踪。本章首先介绍雷达测量的基本原理；然后重点阐述角度测量与跟踪；接着讨论距离测量、多普勒测量；最后讨论多目标的跟踪问题。 　　　　雷达通过比较接收回波信号和发射信号来获取目标的信息。本节先介绍雷达测量的基本物理量，然后介绍雷达测量的理论精度和基本测量过程。 9.2.1 雷达测量的基本物理量　　雷达可以获得目标的距离、方位、仰角等信息，在一定时间内对运动目标进行多次观察后还可以获得目标的航迹或轨道。本节先把目标作为点散射体，然后针对分布式散射体目标，来讨论可以获得的目标有用信息。点散射体或点目标是与分辨单元相比较，目标具有小的尺寸，目标本身的散射特点不能分辨出来。分布式散射体或目标的尺寸比雷达分辨单元大，从而使各个散射体得以辨认。雷达的分辨能力通常(但不总是)决定着目标是当作点目标还是当作分布式目标来考虑。一个复杂的目标含有多个散射体，复杂的散射体可以是点散射体也可以是分布式散射体。 　　1.点目标的测量　　就点目标而言，只进行一次观察就可做出的基本雷达测量包括距离测量、径向速度测量、方向(角度)测量和特殊情况下的切向速度测量。　　(1)距离测量。第1章中曾提到距离是根据雷达信号到目标的往返时间TR获得的，即距离R＝cTR /2。远程空中监视雷达的距离测量精度可达几十米，但采用精密系统可达几厘米的精度雷达按信号所占据的谱宽进行测量是精