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關注創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時間:2023-05-05

脈沖雷達的實例教程
初級脈沖雷達
以下應用說明是關于脈沖發(fā)生器 HK-PG-1000在雷達應用中的用途。
初級雷達產生照亮目標的信號并接收其回波。
根據調制(模擬或數字)和生成信號的不連續(xù)性,可以區(qū)分不同類型的雷達。
最簡單的雷達是脈沖雷達,它不使用任何類型的調制,但它在短時間內產生信號并接收目標產生的反射信號的回波響應。
通過這種方式,它可以確定與物體的距離,計算發(fā)送信號和接收到的回波之間的飛行時間。這種架構受到最大范圍和分辨率之間權衡的限制:因此較大的脈沖會增加平均傳輸功率,然后增加最大范圍,但會降低分辨率。
出于這個原因,這種類型的雷達在遠程控制中得到應用,主要用于空中交通管制和天氣觀測(尤其是降水)。
在系統(tǒng)開發(fā)過程中,使用脈沖發(fā)生器向 RF 調制鏈提供脈沖以測試接收器改變脈沖持續(xù)時間的行為是很有用的。
HK-PG-1000 系列脈沖發(fā)生器允許使用圖形界面和觸摸屏顯示器輕松創(chuàng)建具有不同脈沖寬度、重復率和振幅的脈沖。
遵循此解決方案,可以節(jié)省開發(fā)脈沖系統(tǒng)的時間,并將精力集中在雷達設計和測試目標上。
二次雷達
二次雷達是一種用于空中交通管制的特殊雷達,與飛機應答器協(xié)同工作。它使用脈沖代碼詢問應答器并等待響應;根據傳輸的代碼,它可以請求識別號、海拔高度等。
詢問基帶代碼非常簡單,它由 3 個脈沖組成,稱為 P1、P2 和 P3,持續(xù)時間固定為 800 ns。
第一個脈沖 (P1) 和最后一個 (P3) 由定向天線發(fā)射,通過它們之間的距離定義代碼。
第二個脈沖 (P2) 以全向方式傳輸,比第一個脈沖延遲 2 μs;這個特定的脈沖是必要的,因為定向天線發(fā)射的次級波瓣可能會擊中其他轉發(fā)器,從而導致錯誤的響應和干擾。
展開 調頻連續(xù)波雷達也常用于另一些民用的測距應用,如物位指示器。
脈沖和脈沖多普勒雷達
簡單的脈沖雷達系統(tǒng)的基本原理
一個簡單的脈沖雷達系統(tǒng)只能通過測量脈沖發(fā)送和接收的時間差來提供被測目標的距離信息,它不能確定目標的速度。脈沖寬度決定了空間分辨率。
帶旋轉天線的雷達系統(tǒng)測量方位角信息
接收脈沖時,每個瞬間旋轉天線指向特定的輻射方向,因此可得到方向信息(方位角φ)。此類(非相干)雷達設備的主要測試包括:距離精度和分辨率,接收機自動增益控制(AGC)處理時間、峰值功率、頻率穩(wěn)定度,本振相位噪聲以及所有的脈沖參數。
脈沖多普勒雷達
除了提供目標距離信息(以及方向信息),脈沖多普勒雷達還提供目標徑向速度信息,雷達發(fā)射機和接收機相參工作時,速度信息就可以從脈沖和脈沖之間的相位變化中獲得。通常使用I/Q解調的方式。為了避免距離和速度模糊,最新的脈沖多普勒雷達根據需要采用變脈沖重頻(PRF)的技術,脈沖重復頻率變化范圍一般從幾百Hz到500 KHz。
另外,更為先進的脈沖多普勒雷達系統(tǒng)采用一種“交錯”的脈沖重頻(PRF),即根據探測過程需要,交替變換脈沖重頻。要獲得脈沖多普勒系統(tǒng)高的性能,需要非常低的本振(LO)相位噪聲,低的接收機噪聲,低的I/Q增益相位不平衡度(以避免虛假的目標信息)。
脈沖壓縮雷達
傳統(tǒng)的脈沖雷達和脈沖多普勒雷達,為了獲得高的距離分辨率,需要發(fā)射非常短的脈沖,但短脈沖意味著發(fā)射的信號能量低,作用距離減小。增加脈沖功率,可以增加作用距離,但發(fā)射功率的提高,是很有限的,而且成本會很高。遠的作用距離和高距離分辨率之間在實現中存在矛盾。
脈沖壓縮體制利用脈沖內的調制,很大程度上解決了作用距離和距離分辨率之間矛盾。充分利用了寬脈沖提供的大的作用距離和短脈沖提供的高的分辨率分別帶來的好處。
展開 你有沒有想過隱形飛機是如何獲得隱形能力和雷達隱形的?答案就在它的雷達截面中。飛機的機身及其機翼經過精確設計,具有最小的 RCS,從而使雷達天線陣列產生的電磁信號散射最小。通過最大限度地減少對雷達站的后向散射,飛機基本上對遠程或短程雷達系統(tǒng)來說是隱形的。
結果是隱形飛機中使用了一些非常有趣且奇怪的結構設計,就像上面所示的美國 F-117 夜鷹一樣。僅從機身結構來看,這些結構設計不一定表現出空氣動力學特征,因此值得研究 RCS 降低技術如何影響隱形飛機的空氣動力學特性。我們將在本文中提供廣泛的概述,將 RCS 降低與空氣動力學性能指標進行比較。
RCS 減少和空氣動力學
什么是雷達截面?
所有與雷達脈沖相互作用的物體都具有稱為雷達截面(RCS)的屬性。一般來說,當物體的RCS值越小時,該物體就越難被檢測到。
物體的 RCS 值以面積來測量。從物理上講,它表示物體將傳入雷達信號散射到的區(qū)域,并且是極角和方位角的函數。RCS 區(qū)域定義為雷達可以檢測到回波的有效區(qū)域的投影。如果物體散射雷達脈沖的區(qū)域與雷達系統(tǒng)可以檢測到回波的區(qū)域不重疊,則不會檢測到回波。從概念上講,這意味著該物體可以將所有雷達信號的能量反射到不同的方向,并且雷達系統(tǒng)將無法檢測到該物體。
這是隱身飛機機體的本質功能。飛機的形狀改變了傳入脈沖的方向,使其向飛機周圍的各個方向散射,而不是直接散射回雷達系統(tǒng)。如果飛機機身在遠離雷達測量回波的區(qū)域反射足夠的功率,則回波將很小,并且可能太低而導致系統(tǒng)無法檢測到。這是雙基地 雷達的原因之一,其中雷達探測器與接收器不在同一位置,并且它可以沿不同方向探測雷達脈沖回波。
單基地 雷達方程中的 RCS
RCS 僅針對真實飛機中未使用的特定形狀(例如圓柱體和球體)進行了明確定義。
展開 長期從事微波與雷達天線設計工作,尤其在復合單脈沖雷達天線,如雙波段復合、雙極化復合、微波/紅外復合等領域擁有豐富經驗。
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技術答疑與討論
適宜人群
航空航天、雷達、天線、汽車雷達天線、毫米波天線相關行業(yè)
時間安排
2020年2月20日 16:00
講師簡介
曹根林
ANSYS高級應用工程師
北京理工大學電磁場與微波專業(yè)碩士,有10年以上天線設計經驗,主要負責ANSYS高頻產品線的方案開發(fā)、咨詢與技術支持等。長期從事微波與雷達天線設計工作,尤其在復合單脈沖雷達天線,如雙波段復合、雙極化復合、微波/紅外復合等領域擁有豐富經驗。
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1)脈沖雷達信號處理簡便成熟,探測的距離長,但就是價格昂貴,存在中近距盲區(qū),發(fā)射的源功率高、體積大,距離分辨力低。線性調頻連續(xù)波(LFMCW)雷達體積小,功率則很低,距離的分辨力高,但就是信號處理復雜,探測的距離短。綜合的來看,后者則更優(yōu)。2)加裝了動目標顯示算法的雷達地物回波干擾小,但是在會漏檢慢速與懸停目標。
“合成”指的是SAR系統(tǒng)通過利用多次雷達脈沖信號的相位差異來合成一個更大的孔徑,從而實現高分辨率成像。簡單來說,SAR系統(tǒng)在一段時間內發(fā)射多個雷達脈沖信號,并將反射回來的信號進行記錄和處理。由于每個脈沖信號的相位不同,這些信號可以合成一個更大的孔徑,從而達到高分辨率成像的效果。
“孔徑”指的是SAR系統(tǒng)接收到的雷達信號的有效寬度,它是成像分辨率的重要參數之一。
所有與雷達脈沖相互作用的物體都具有稱為雷達截面(RCS)的屬性。一般來說,當物體的RCS值越小時,該物體就越難被檢測到。
物體的 RCS 值以面積來測量。從物理上講,它表示物體將傳入雷達信號散射到的區(qū)域,并且是極角和方位角的函數。RCS 區(qū)域定義為雷達可以檢測到回波的有效區(qū)域的投影。如果物體散射雷達脈沖的區(qū)域與雷達系統(tǒng)可以檢測到回波的區(qū)域不重疊,則不會檢測到回波。
基本原理: 從雷達水位傳感器天線發(fā)射雷達脈沖,天線接收從水面反射回來的脈沖,并記錄時間(T),由于電磁波的傳播速度(C)是個常數,從而的得出到水面的距離(D)。電磁波從發(fā)射到接收的時間與到水面的距離成正比,納秒級的時間測量轉化為毫秒級的時間測量,從而極大的提高了測量精度。每秒55次測量,再進行數字濾波處理,從而z大限度的減少水波對測量結果的影響,測量結果相當于靜水水位測量。
初級脈沖雷達
以下應用說明是關于脈沖發(fā)生器 HK-PG-1000在雷達應用中的用途。
初級雷達產生照亮目標的信號并接收其回波。
根據調制(模擬或數字)和生成信號的不連續(xù)性,可以區(qū)分不同類型的雷達。
最簡單的雷達是脈沖雷達,它不使用任何類型的調制,但它在短時間內產生信號并接收目標產生的反射信號的回波響應。
脈沖變壓器廣泛用于雷達、變換技術;負載電阻與饋線特性阻抗的匹配;升高或降低脈沖電壓;改變脈沖的極性;變壓器次級電路和初級電路的隔離應用幾個次級繞組以取得相位關系;隔離電源部分的直流成分;在晶體管(或電子管)脈沖振蕩器中使集電極(陽極)和基極(柵極)間得到強耦合;采用若干個次級繞組,以便得到幾個不同幅值的脈沖,使電子管的板極回路和柵極回路,或晶體管的集電極與基極間形成正反饋,以便產生自激振蕩;作為功率合成及變換元件等
中國的第一顆人造地球衛(wèi)星裝有單脈沖5公分(波段)應答機和10公分信標機,此外還安裝了一臺專為衛(wèi)星多卜勒測速用的超短波(202兆赫)信標機,與5公分應答機相應的地面設備是5公分單脈沖雷達,為了引導雷達天線指向,利用一個園錐掃描的引導雷達,其天線波束較寬可以容易捕捉到飛行的衛(wèi)星目標,即捕捉到10公分信號標機發(fā)來的信標,進行跟蹤接收,并引導5公分單脈沖雷達的窄波束天線跟蹤捕獲衛(wèi)星目標,在星上5公分應答機的呼應配合下
目前投入應用的機載式激光雷達屬于相干激光雷達,根據相關光系統(tǒng)可細分為連續(xù)波雷達和脈沖雷達,兩者的基本工作原理上是一致的。當相干光束照射到空氣中的氣溶膠顆粒,一部分光會被氣溶膠顆粒散射而產生回波。
這些系統(tǒng)打擊烏克蘭無人機不存在問題,TB-2雖然最低速度比較低,一些脈沖多普勒體制的雷達探測起來或許有難度,但在俄軍體制多樣、種類繁多的防空系統(tǒng)的綜合打擊下,TB-2很難避免被擊落。根據俄軍的通報,一個月內,俄軍擊落了烏軍36架TB-2中的35架。俄國防部發(fā)言人3月30日表示,俄羅斯防空系統(tǒng)一天內擊落2架烏克蘭無人機。
單脈沖雷達
原理:雷達每發(fā)射一個脈沖,天線能同時形成若干個波束,從各波束接收的信號之和,可測出目標的距離,從而實現對目標的測量和跟蹤。(脈沖:一個物理量在短持續(xù)時間內突變后迅速回到其初始狀態(tài)的過程)
性能:全天候雷達,可以適用各種天氣情況,具有探測距離遠、探測角度范圍大、蹤目標多等優(yōu)點,但價格高。