雷达原理
雷达原理
指导教师：杨秀丽
作者：钟天华
单位：成都信息工程学院电子系
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第五章
第五章
雷达作用距离
雷达作用距离
z第一节雷达方程
z第二节最小可检测信号
z第三节脉冲积累对检测性能的改善
z第四节目标截面积及其起伏特性
z第五节系统损耗
z第六节传播过程中各种因素的影响
z第七节雷达方程的几种形式
§
§
5.1 雷达方程
雷达方程
(5.1.8)
(5.1.9)
这就是雷达距离方
程的两种形式。两式中
R
max
与λ
1/2
分别成反比
和正比。这是因为由于
当天线面积不变、波长
λ增加时天线增益下
降，导致作用距离减
小；而当天线增益不
变，波长增大时要求的
天线面积亦相应增大，
有效面积增加，其结果
是作用距离加大。
4
1
min
2
2
max
4
?
?
?
?
?
?
?
?
=
i
rt
S
AP
R
πλ
σ
4
1
min
3
22
max
)4(
?
?
?
?
?
?
=
i
t
S
GP
R
π
σλ
§
§
5.2 最小可检测信号
最小可检测信号
z最小可检测信号S
imin
=kT
0
B
n
F
n
(S/N)
0min,
其
中：
z F
n
为接收机的噪声系数；
z B
n
为噪声带宽；
z T
0
为标准室温，一般取290K；
z (S/N)
0min
为最小输出信噪比
门限检测
检测时门限电压的高低影响以下两种错误判断的多少：（1）有
信号而判断为没有信号（漏警）；（2）只有噪声时误判为有信号
（虚警）——这是应该设法避免的事。应根据两种误判的影响大小
来选择合适的门限。
门限检测是一种统计检测，由于信号叠加有噪声，所以总输出是
一个随机量。在输出端根据输出振幅是否超过门限来判断有无目标存
在，可能出现以下4种情况：
1：存在目标时判为有目标，这是一
种正确判断，称为发现，其概率称为发现
概率
2：存在目标时判为无目标，这是错
误判断，称为漏报，其概率称为漏报概率
3：不存在目标时判为无目标，称为
正确不发现，其概率称为正确不发现概率
4：不存在目标时判为有目标，称为
虚警，这也是错误判断，其概率称为虚警
概率
§
§
5.3 脉冲积累
脉冲积累
对检测性能的改善
对检测性能的改善
z一．雷达回波脉冲相参积累波形示例
z 1．MATLAB程序
zclear;
zm=100; m 积累脉冲数
zn=500; n 回波截取长度（发射脉冲
一个重复周期内抽取的样点数）
znT=n/10; nT 脉冲信号持续长度（脉
宽）取为回波长度的1/10。
zA=1; 脉冲幅度
w0=2*pi*1;
dt=1/(3.51*1);
for i=1:m
for j=1:nT; s(i,j)=0;end
s 为有用信号
for j=nT+1:2*nT;
s(i,j)=A*sin(w0*j*dt);end
for j=2*nT+1:n; s(i,j)=0; end
end
noise=randn(m,n);
均值为0，方差为1的正态分布噪声，共m*n个
信号加噪声
x=s+noise;
j=1:1:n;
plot(x(1,j));
hold on;
y=0;for i=1:m; y=y+x(i,:); end
plot(y,'r');
grid on;
2．脉冲积累波形
．脉冲积累波形
M=1
M=5
M=10
M=20
M=50
M=100
M=200
M=1000
§
§
5.4 系统损耗
系统损耗
z雷达方程：
z
其中，L表示雷达个部分损耗引入的损失
系数，L大于1，用正分贝数来表示。
z引起损耗的因素包括：波导传输损耗、接
收机失配损耗、天线波束形状损耗、操纵
员损耗、设备工作不完善损耗。
4
1
00
3
2
][
)4(
max
LCDFBKT
GGP
Bnn
rtt
R
π
σλ
=
一射频传输损耗
雷达中采用波导作传输线时则
波导损耗指的是：连接在发射机输
出端到天线之间波导引起的损失
波导损耗包括：单位长度波导的损
耗，每一拨靠拐弯处的损耗，天线收
发开关上的损耗，及连接不良造成的
损耗等。
工作频率f =3000MHz，射频传输损耗典型数据
如下：
天线转换开关的损耗
1.5dB
旋转关节的损耗
0.4dB
每波导的损耗（双程）
1.0dB
每个波导拐弯损耗
0.1dB
连接不良的损耗（估
计）
0.5dB
总的波导损耗
3.5dB
**波导损耗和波导制造的材料、工艺、传输系统工作状态以及工
作波长等因素均有关。工作波长越短，损耗越大。
二天线波束形状损耗
雷达方程中，天线增益是采用最大增
益，即认为最大辐射方向对准目标，
回波脉冲串按等幅脉冲串处理。实际
上，当天线波束扫过目标时，回波信
号振幅按天线波束形状调制，即回波
脉冲串是幅度调制的。因此产生波束
形状损失。
波束形状损失可按下式近似计算（下式最
适合于Pd = 0.5左右的情况）：
∑
=
?
=
?+
2/)1(
1
2
2
)/55.5exp(21
m
k
B
mk
m
beam
L
其中，m 为积累脉冲数，mB为半功率
波束宽度内收到的脉冲数。[举例] 积
累11个脉冲，它们均匀地排列在3dB
波束宽度以内，则损失为1.96dB。
一．三叠加损失
脉冲积累时，参加积累的脉冲，除了“信号加噪声”
外，还有单纯的“噪声”脉冲。这种额外噪声参加积累的
结果所带来的损失称为“叠加损失”Lc。
其中，（S/N）m,n是n个额外噪声参加积累时，达到
同样检测性能所需的每个脉冲的信噪比。
m
nm
NS
NS
c
nmL
)/(
)/(
,
),( =
马卡姆证明：当m个信噪比为（S/N）m的“信号加
噪声”脉冲和n个噪声脉冲一起积累时，可以等效为
（m+n）个“信号加噪声”的脉冲积累，但每个脉冲
的信号噪声比为(m/m+n)（S/N）m。这时，叠加损
失为
一．四设备不完善的损失
设备不完善包括：
发射系统中，所用发射管参数不尽相同，发
射管在波段范围内有不同的输出功率，管子使
用时间长短影响了输出功率，通常用2dB数量
来近似这部分损失。
接收系统中，工作频带范围内噪声系数值发
生变化，接收机频率响应和发射信号不匹配等
。
五其它损失
恒虚警产生的损失，操作人员技术熟练程度
引入损失等。
§
§
5.5 传播过程中
传播过程中
各种因素的影响
各种因素的影响
z地面（海面）和传播介质对雷达性
能的影响有三个方面：
z（1）电波在大气层传播时的衰减；
z（2）有大气层引起的电波折射；
z（3）由于地面（海面）反射波和直
接波的干涉效应，使天线方向图分
裂成波瓣状
一
一
大气传播影响
大气传播影响
z传播影响主要包括大气传播衰减和
折射两个方面。恶劣天气散射杂波
抑制将在第八章讨论。
z1大气衰减
z雷达电波衰减的主要原因：大气中
的氧气和水蒸气。
2 大气折射和雷达直视距离
大气折射对雷达的影响有两方面：
一是改变雷达的测量距离，产生测量误差；
另一方面将引起仰角测量误差如
教材P153图5。21所示
雷达直视距离的问题
是由于地球的曲率半径引起的，如
教材P154图5。22所示
二
二
地面或水面反射
地面或水面反射
对作用距离的影响
对作用距离的影响
z地面或水面的反射是雷达电波在非自由
空间传播时的一个最主要影响。
作业一
某雷达系统，已知：
Pt=100Kw，τ=2μS，fr=400Hz，fc=10GHz，φA=1.2m，
θ0.5=2°，收发共用天线，天线扫描速度νt=6转/分钟，
Simin=-107dBm，噪声系数Fn=1.5，接收机失配损失
Cb=0.56dB，雷达总的损耗L=3.5+1.6+2=7.1dB，求：
〈1〉理想无耗最大作用距离；
〈2〉当雷达仰角为5°时，最多可能的脉冲积累数；
〈3〉考虑失配损失和损耗时，雷达的最大作用距离；
〈4〉当电波衰减系数δ=0.01dB/km时的雷达最大作用距离
，并估计现在大约是什么样的气象条件？
〈5〉当Pf=10e-3时，检测概率Pd=?
〈6〉计算M=20个脉冲相参积累后的检测性能；
〈7〉当Pf=10e-8，Pd=0.999，M=20，距离可增大到多少；
§
§
5.6 雷达方程的几种形式
雷达方程的几种形式
z 1、二次雷达方程
为了保证雷达能够有效的检测到应答的信
号，必须满足：R′
max
≧R
max
2
1
'
min
2
2''
max
)4(
?
?
?
?
?
?
=
i
rtt
S
GGP
R
π
λ
2
1
min
2
2''
'
max
)4(
?
?
?
?
?
?
=
i
rtt
S
GGP
R
π
λ
z 2、双基地雷达方程
z 3、搜索雷达方程
z 4、跟踪雷达方程
2/1
00
3
222
max
)4(
)(
?
?
?
?
?
?
=
LCDFkT
FFGGP
RR
bn
rtbrtt
rt
π
λστ
4/1
00
max
)1(4
)(
?
?
?
?
?
?
Ω
=
LCDfkT
T
APR
Bn
f
av
π
σ
4/1
00
0
2
max
)1(4
?
?
?
?
?
?
=
LCDfkT
tA
APR
Bn
t
rav
π
σ
λ
