雷达系统组成

原创 Keysight射频测试资料分 2024-11-10 11:21

雷达是用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。

雷达图

雷达系统组成

雷达系统通常包括以下部分组成:天线,发射机,接收机,信号处理机,终端显示设备,伺服系统和同步设备。在不同种类的雷达可能是由其中不同的一部分或者几部分组成,其典型单基地收发共用的脉冲雷达的实现结构的基本框图如下:

图 简单雷达系统框图

什么是雷达发射机?

雷达发射机是雷达系统中发射电磁波信号的设备。雷达发射机通过对设计的脉冲或者连续波信号利用高稳定度的本地振荡器(Local Oscillator, LO)进行上变频后馈送到天线,经天线辐射到空间中。而依据实现方式的不同,雷达的发射机可以分为直接振荡式和主振放大式(功率放大式)。前者通过直接控制本振的通断来实现高频信号的产生,而后者通过对基带信号进行上变频来实现。主振放大式具有可通过设计产生复杂波形、频率稳定度高、回波信号相参等优点。同时主振放大式的信号产生流程与通信系统的发射机类似,是通信雷达一体化中雷达发射机组成的主要研究对象之一。

什么是雷达接收机?

雷达接收机是雷达系统中接受到返回电磁波的装置,主要由前端的放大器、混频器和相应的处理模块组成。接收机的主要任务是检测微弱回波信号,并将回波信号加以放大。由此可见,作为接收部分的第一级装置,雷达接收机的内部噪声应该尽可能小,从而降低级联对噪声的放大。同时需要说明的是,在雷达接收机部分也进行着一部分雷达信号的处理,例如:对接收信号的匹配滤波。雷达系统的接收机与通信系统的接收机没有本质区别,但是由于雷达系统的接收机接受到回波信号强度一般比较微弱,通常需要比通信系统接收机更好的信号检测灵敏度。

什么是雷达天线系统?

雷达的天线采用具有很强方向性的天线,此类天线的选择与雷达测距、测角的精度要求是分不开的。通常雷达的天线方向性越强,其测角精度、分辨力也就越高。雷达波束的运动可以通过伺服系统来进行机械的控制也可以通过日益成熟的相控阵列来进行控制。相比于伺服控制的机械扫描方式,相控阵由电子计算机进行控制具有速度快、精度高、机动灵活、可小型化等优势。雷达的扫描方向是多种多样的,可以是锥形、圆周、也可以是螺旋形扫描。同时随着波束成形技术的发展和研究,雷达波束的形状也是灵活多变的。

什么是雷达信号处理系统?

信号处理是雷达重要的研究课题和技术,雷达信号处理也是雷达技术的难点之一。与通信系统不同的是,雷达系统的信号处理旨在消除杂波、噪声干扰对雷达系统的影响,并在此基础上提取出有用的信号,同时利用相应信号进行对系统的控制。雷达信号处理通常包括动目标检测、复杂信号脉冲压缩、多普勒效应分析与处理等。

什么是雷达终端?

雷达终端指的是除了上述设备外雷达的其他设备,主要包括了实现同步的同步装置(系统时钟)、供电装置以及雷达的显示器。但是随着现代计算机技术与计算机图像学的发展,雷达终端已经不再局限与传统的显示设备,有了更多的显示选择。

雷达信号传输路径

  • 脉冲雷达发射机产生短时高功率射频脉冲

  • 收发开关在发射机和接收机之间交替切换天线

  • 发射的脉冲由天线以电磁波的形式辐射到空间中,该波以恒定速度沿直线传播并被目标反射

  • 天线接收目标后向散射回波信号

  • 收发开关将微弱的回波信号引导至接收机

  • 超灵敏的接收机将放大和解调接收到的射频信号,并将其转换为视频信号输出

  • 输出设备将呈现连续、易于理解的目标相对位置的图像

雷达信号传输路径

雷达分类

雷达的种类繁多,分类的方法也非常复杂。

1.按照雷达信号形式分类,有脉冲雷达、连续波雷达、脉部压缩雷达和频率捷变雷达等。
2.按照角跟踪方式分类,有单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。
3.按照目标测量的参数分类,有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识对雷达、多站雷达等。
4.按照雷达采用的技术和信号处理的方式有相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。
5.按照天线扫描方式分类,分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。
6.按雷达频段分,可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。

其中,相控阵雷达又称作相位阵列雷达,是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达,因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式,故又称电子扫描雷达相控阵技术。

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