科普:脉冲雷达基础知识

21ic电子网 2020-10-13 00:00
雷达通常有两种基本类型:连续波(CW)雷达和脉冲雷达。CW雷达发射连续波,并且发射的同时可以接收反射的回波信号,即收发可同时进行。脉冲雷达间歇式发射脉冲周期信号,并且在发射间隔接收反射的回波信号,即收发间隔进行。

1. 脉冲雷达的优势

雷达在工作过程中,发射信号泄漏会对接收机造成干扰,情况主要有两种:一种是大信号干扰使得接收机压缩增益或出现饱和,甚至造成接收机阻塞,通常可以通过将收发天线进行物理隔离来解决;另一种是发射信号的边带噪声将微弱的回波信号淹没,对接收机的目标检测造成影响。


直接的信号泄漏通常可以采用收发天线隔离和频率分离相结合的方法得到解决。在多普勒导航器中,多普勒频移可以提供足够的频率间隔,以保证发射信号不对接收机造成干扰。

对于机载雷达,每个发射机不可避免的都会产生噪声,并且会调制到发射机的输出,产生调制的边带噪声,覆盖了发射频率左右很宽的频带。尽管这些边带噪声的功率极小,但是仍然比来自目标的回波信号强很多个数量级。


为了防止发射机边带噪声干扰接收信号,必须将接收机与发射机隔离。采用独立的发射机和接收机,并且发射机和接收机采用各自独立的天线,从而实现发射机和接收机的隔离。地面和舰载连续波雷达就是如此。

但是,机载雷达因为空间受限,通常收发要共用一副天线,因此,发射机输出的边带噪声不可避免地会通过天线进入到接收机。脉冲体制雷达则可以有效避免出现发射机干扰接收机的问题。


2. 脉冲雷达的波形参数

如果雷达采用脉冲体制,收发不同时,则发射信号的泄露不再是一个问题。脉冲工作模式的另一优点是可以简化距离测量。如果脉冲间隔足够宽,通过测量发射脉冲与接收到该脉冲的回波脉冲之间的时间差,即可精确地测出目标的距离。


载波频率

载波频率通常不是常数,而是为了满足专门的系统或操作需要以不同的方式变化的。从一个脉冲到下一个脉冲,载波频率可能增大或减小。在一个脉冲内部,载波频率也可能随机地或者按照专门方式改变,这被称为脉内调制。

脉冲宽度

脉冲宽度是指脉冲持续的时间,根据雷达的不同用途,脉冲宽度可以从微秒级到几千毫秒。

当雷达用未经调制的脉冲去分辨两个被测目标,两个目标的距离间隔必须能够满足条件:即发射脉冲下降沿离开较近距离目标的时间,要先于来自较远距离目标回波脉冲的上升沿到达较近距离目标的时间。

脉冲重复频率

脉冲重复频率(PRF)是雷达脉冲发射的速度,即雷达每秒发射脉冲的个数。机载雷达的PRF可以从几百Hz到几百kHz,并且在雷达工作过程中可以改变。

另一种测量脉冲重复频率的方法是测量它的倒数,即一个脉冲的起始沿到下一个脉冲的起始沿之间的周期,称之为脉冲重复间隔(PRI),有时候也叫脉冲周期。例如, PRF为100Hz,那么PRI就是1/100=0.01s,或者10,000。


PRF的选择很重要,这是因为,它决定了雷达是否会产生距离模糊和多普勒频率模糊,以及模糊的程度。上图说明当雷达不能直接确定回波脉冲与哪个发射脉冲相对应时,就会出现距离模糊。

3. 输出功率和发射能量

在讨论脉冲发射对输出功率和发射能量的影响之前,先来看看功率和能量的关系。简单地说,功率是单位时间内能量的多少,能量是功率在时间上的积分。雷达脉冲发射的能量等于输出功率乘以发射脉冲持续的时长。

一般来说,对于脉冲雷达输出功率,有两种不同的测量方法可得到两种不同功率:峰值功率和平均功率。


峰值功率

如果脉冲为方波,那么每一个脉冲的功率值从其上升沿至下降沿是一个常数,即当发射机打开或发射时,其峰值功率就是输出功率。峰值功率用P表示。在单个传输路径(比如波导)上峰值功率有上限值的。

峰值功率和脉冲宽度决定了发射脉冲传输的能量大小。如果脉冲是方波,每个脉冲能量就等于其峰值功率乘以脉冲宽度。

平均功率

雷达的平均发射功率,是指在一个PRI内发射脉冲功率的平均值。如果雷达脉冲是方波,平均功率等于峰值功率乘以脉冲宽度与PRI的比值。

例如,一个雷达的峰值功率为100kW,脉冲宽度为1,在PRI为2000内的平均功率为100=0.05kW或50W。


脉宽与周期的比被称为发射机的占空比,表示雷达工作过程中发射持续时间所占的比例。举例来说,如果一个雷达的脉冲宽度为0.5,而PRI为100,那么占空比为0.5雷达发射时间即为其工作时间的5/1000,就可以说雷达发射机的占空比为0.5%。

雷达平均输出功率之所以重要,是因为它可决定雷达潜在的可探测距离。在给定的周期内,雷达发射的总能量等于平均功率乘以脉冲周期。

为了使探测距离最大化,可以通过三种途径来提高平均功率:提高PRF、加大脉冲宽度以及增加峰值功率。

平均功率还关系到其他的一些因素。它与发射机效率一起,决定了因为发射机发热损耗所必须消散的能量,反过来说,这也决定了所需的冷却量。因此,平均功率越高,发射机就会越大、越热。

来源:雷达通信电子战
21ic电子网 即时传播最新电子科技信息,汇聚业界精英精彩视点。
评论
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 474浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 452浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 40浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 510浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 492浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 461浏览
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 103浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 480浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 173浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 40浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦