• 正文
    • 什么是雷達(dá)?
    • 雷達(dá)頻率波段
    • 雷達(dá)距離方程(Radar Range Equation)
    • 脈沖雷達(dá)的一些概念
    • 雷達(dá)波形
    • 雷達(dá)散射面積(RCS)
  • 相關(guān)推薦
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雷達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2023/01/31
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什么是雷達(dá)?

雷達(dá)的英文名為RADAR,是RAdio Detection And Ranging的縮寫。

雷達(dá)的工作方式,如上圖所示,通過天線將電磁波輻射出去,電磁波在空中傳播,碰到目標(biāo),目標(biāo)反射電磁波,反射的電磁波一部分被天線接收,雷達(dá)比對(duì)發(fā)射出去的電磁波和接收回來的電磁波,從而獲得目標(biāo)的相關(guān)信息。

比如:從發(fā)射電磁波和接收電磁波之間的時(shí)延,來獲得目標(biāo)的距離;從天線主瓣所指的方向,可以得到目標(biāo)所在的方位;從反射電磁波的幅度,可以知道目標(biāo)的大小,即RCS;從電磁波頻率的變化,即多普勒頻移,可以知道目標(biāo)的速度;經(jīng)過一些額外處理,還可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像。

簡(jiǎn)化版的雷達(dá)框圖如下圖所示。


雷達(dá)頻率波段

雷達(dá)頻率波段如下圖所示,可以看到,現(xiàn)在雷達(dá)頻率已經(jīng)到微波頻段,甚至更高頻率,已經(jīng)不是局限于剛開始的射頻頻率。


電磁波特性電磁波具有以下特性:(1) 頻率等于電磁波的速度與電磁波波長(zhǎng)的比值

(2) 波與波之間的相加為矢量相加,當(dāng)兩個(gè)波同相時(shí),兩者疊加;當(dāng)兩者反相時(shí),兩者相加之和為0。

(3) 電磁波具有極化方向,將電場(chǎng)的方向定義為電磁波的極化方向。


雷達(dá)距離方程(Radar Range Equation)

假設(shè)雷達(dá)的發(fā)射功率為PT,天線有效孔徑面積為A,目標(biāo)距雷達(dá)的距離為R,目標(biāo)的RCS為 σ,空間的損耗為L(zhǎng),接收機(jī)能在目標(biāo)上停留的時(shí)間為 τ,則接收機(jī)接收到的能量如下圖所示。


脈沖雷達(dá)的一些概念

脈沖雷達(dá)發(fā)射一個(gè)脈沖后,發(fā)射機(jī)關(guān)閉,接收機(jī)開始接收反射信號(hào),如下圖所示。脈沖長(zhǎng)度(pulse length)是指發(fā)射機(jī)打開的時(shí)間。

脈沖信號(hào)占空比為:

發(fā)射機(jī)發(fā)射的平均功率為:

脈沖重復(fù)頻率為:

連續(xù)波雷達(dá)(CW radar)則是脈沖雷達(dá)的特例,脈沖雷達(dá)的占空比為100%時(shí),則為連續(xù)波雷達(dá)。

雷達(dá)波形

雷達(dá)傳輸?shù)牟ㄐ?,不是連續(xù)波,也不是脈沖波形,而是兩者的疊加,如下圖所示。

脈沖里面的電磁波的頻率可以是固定的,如下圖所示。

脈沖里面的電磁波的頻率也可以是變化的,如下圖所示。電磁波的頻率從低變高,且是線性變化,這個(gè)稱之為L(zhǎng)FMW(Linear Frequency-Modulated Waveform).


雷達(dá)距離測(cè)量發(fā)射的脈沖波形輻射出去,到接收機(jī)接收到脈沖波形的時(shí)間,稱為round trip time。目標(biāo)距雷達(dá)的距離的計(jì)算方法如下圖所示。


天線增益各向同性天線,其在360度方向上,輻射的能量都是相等的,此時(shí)通過各向同性天線輻射出去的電磁波,像一個(gè)球一樣,向四周擴(kuò)散開來。其在所有方向上均勻輻射,具有相同的強(qiáng)度。定向天線,則是將輻射方向聚焦在一個(gè)方向上。天線的增益(不考慮輻射效率)定義為天線主瓣的最大輻射強(qiáng)度與平均輻射強(qiáng)度的比值,即在同一個(gè)方向處,定向天線在此處的輻射強(qiáng)度與各向同性天線在此處的輻射強(qiáng)度的比值。

雷達(dá)散射面積(RCS)

RCS是指雷達(dá)能看到的目標(biāo)的有效散射面積。雷達(dá)看到的目標(biāo)大小,并不一定是目標(biāo)的物理尺寸,可能比物理尺寸大,也可能比物理尺寸小。

參考文獻(xiàn):

[1]?https://www.ll.mit.edu/outreach/radar-introduction-radar-systems-online-course

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