雷达距离方程

南昌航空大学航空制造工程学院飞行器制造工程

航空新材料及热处理

雷达作用距离及其方程

摘要：雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。即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。所谓道高一尺魔高一丈，针对现代航空技术的迅猛发展，飞行器隐身性能已成为飞行器先进作战技能指标之一，隐身性能直接决定着战斗的成败，而唯一能克制隐身性能的法宝雷达自然越来越受到重视。通过查询和学习了解雷达的作用原理及雷达作用距离，并在此基础上继续分析雷达作用距离方程，为对雷达的学习和理解奠定基础。 关键词：雷达；作用距离；距离方程 雷达的任务及作用

雷达的最基本任务是探测目标并测量其坐标，因此，作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达能在多大的距离上发现目标。作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射机、接收系统、天线等分机的参数，同时又和目标的性质及环境因素有关。 雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。 事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C, 差别在于它们各

自占据的频率和波长不同。其原理是

经典雷达距离估算

2.1 引言

对于自由空间中特定目标的检测（该目标的检测受热噪声的限制），雷达最大作用距离估算的基本物理机理从雷达出现起就为人所熟知。本章的术语自由空间指以雷达为球心、半径远远延伸到目标之外的球形空域内仅有雷达和目标。本章采用的自由空间定义对具体的雷达而言是相当准确的，而通用定义是冗长的，且用处不大。该定义还暗示，自由空间内可被检测的雷达频率电磁波除了来源于雷达自身的辐射外，仅来自于自然界热或准热噪声源，如2.5节所述。

尽管上述的条件是不可能完全实现的，但是它接近许多雷达的实际环境。在许多非自由空间和完全非热噪声的背景下，估算问题要复杂得多。这些在早期分析中没有考虑到的复杂性也是由接收系统电路的信号和噪声关系的改变（信号处理）引起的。

在本章中将给出自由空间方程，讨论基本的信号处理，以及考虑一些十分重要的非自由空间环境下的方程和信号处理。另外还将考虑一些常见非热噪声的影响。虽然不可能涉及所有可能的雷达环境，但是本章所叙述的方法将简要地说明那些适合于未考虑到的环境和条件的必然方法的一般性质。一些要求采用特定分析的专用雷达将在后面章节中叙述。

定义

雷达作用距离方程包含许多雷达系统及其环境的参数，其中一些参数的定义是相互依赖

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【同步教育信息】

一.本周教学内容：

圆的方程；空间两点的距离公式

教学目的：

1.2.3.二.1.2.3.难点：

1.圆的标准方程的探寻过程和对圆的一般方程的认识。

2.通过圆心到直线的距离与半径的大小关系判断直线与圆的位置关系；通过两圆方程联立方程组的解来研究两圆位置关系。

3.确定点在空间直角坐标系中的坐标；空间距离公式的推导。

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知识分析：

（一）圆的标准方程

1.圆的定义：平面内到一定点的距离等于定长的点的轨迹叫做圆。定点叫圆的圆心，定长叫做圆的半径。

2.圆的标准方程：已知圆心为（a ，b ），半径为

r ，则圆的方程为222()()x a y b r -+-=。

（1（2（3，即(x a -（4因（5若点(x a -若点222()()x a y b r -+-<；

3.几种特殊位置的圆的方程

（二）圆的一般方程

任何一个圆的方程都可以写成下面的形式：

x y Dx Ey F 220++++= ①

精心整理

精心整理 将①配方得：

()()x D y E D E F +++=+-22442222 ②

当D E F 2240+->时，方程①表示以（

--D E 22，）为圆心，以12422D E F +-为半径的圆；

当

个点

（当（1（21.直线

专业综合课程设计

专业课程设计报告

实验内容：

雷达回波的信号检测

某雷达发射信号为普通单载频信号，脉冲宽度PW（1~100us自定），重复周期PRI（自定，不出现距离模糊），采样频率自定。天线增益G（20~30dB自定），天线有效接收面积Ar（0.5~5m自定），发射峰值功率Pt（100KW~1MW自定），接收机采用检波非相参体制，带宽Bw较宽，带内噪声近似于白噪声，临界灵敏度Smin自定，系统损耗10dB左右。波束内有2~3个目标，距离自定，散射面积自定（飞机0.1~10m，船舶100~10000m），假设目标散射面积脉内不起伏，脉间起伏特性自定。

(1)利用雷达方程，进行雷达回波信号的仿真。

(2)在目标距离处，对有无信号条件下的概率密度函数进行估计

(3)若脉冲内只有一个采样点，采用最小错误率贝叶斯判决方法进行目标检测，统计虚警率和漏警率。

(4)要求虚警率不大于10-5，试计算判决阈值并进行目标检测，统计虚警率和漏警率。 1．雷达系统仿真模型

雷达系统仿真中，最重要的工作就是建立雷达系统的控制器数学模型。现代雷达不仅是多功能系统，而且也是一个高

信号源分辨力系统。因而现代雷达系统的建模将是一个比较复杂

和困难的过程，但给出一个一般性的

是非题

1、船用雷达都是多普勒雷达。 2、船用雷达绝大多数是脉冲雷达。

3、船用雷达利用测量电磁波在天线与目标之间的往返时间来测距的。 4、船用雷达测距原理是测量电磁波在天线与目标之间的频率变化。

选择题

1、船用雷达属于哪一种类型的雷达? ____

A、脉冲 B、多普勒 C、连续波 D、调频

2、船用雷达测距原理是测量电磁波在天线与目标之间的______。

A、传播速度 B、往返传播时间 C、传播次数 D、往返传播时的频率变化 3、某径向扫描雷达的量程为24 n mile，那么其扫描线全长代表的时间为 。 A、590.4 us B、295.2 us C、300.0 us D、600.0 us

4、雷达测得电波在天线与物标之间的往返时间为36.9us, 则该物标到本船的距离为 。 A、6 n mile B、3 n mile C、4 n mile D、5 n mile 5、雷达的测距原理是利用电波的以下特性 ____ A、在空间匀速传播 B、在空间直线传播 C

是非题

1、船用雷达都是多普勒雷达。 2、船用雷达绝大多数是脉冲雷达。

3、船用雷达利用测量电磁波在天线与目标之间的往返时间来测距的。 4、船用雷达测距原理是测量电磁波在天线与目标之间的频率变化。

选择题

1、船用雷达属于哪一种类型的雷达? ____

A、脉冲 B、多普勒 C、连续波 D、调频

2、船用雷达测距原理是测量电磁波在天线与目标之间的______。

A、传播速度 B、往返传播时间 C、传播次数 D、往返传播时的频率变化 3、某径向扫描雷达的量程为24 n mile，那么其扫描线全长代表的时间为 。 A、590.4 us B、295.2 us C、300.0 us D、600.0 us

4、雷达测得电波在天线与物标之间的往返时间为36.9us, 则该物标到本船的距离为 。 A、6 n mile B、3 n mile C、4 n mile D、5 n mile 5、雷达的测距原理是利用电波的以下特性 ____ A、在空间匀速传播 B、在空间直线传播 C

1． 基于GPS与GSM的车辆智能防盗系统

利用GPS模块对车辆进行实时定位，基于AVR系列的 Atmega162单片机的信号处理系统对GPS信息进行实时接收和解算，包括经纬信息和速度信号的提取和判断，一旦车辆状态符合被盗情况（即车辆主人未使用车辆的时候，车辆的位置或者速度有明显的变化），立即通过GSM模块通知车主车辆处于被盗状态，车主可使用相关指令使车辆失去制动功能和车辆报警功能，防止车辆被盗。（Jupiter 31的GPS模块和型号为G100的GSM模块。）

2．手持式毫米波测速仪 多普勒体制的毫米波雷达是利用目标与雷达之间存在相对运动时电磁波的多普勒效应进行工作的。毫米波雷达输出的信号进入模拟电路之后经过混频、滤波以及放大之后输出多普勒频率信号。 TI公司的TMS320F2812型号的DSP内部自带AD采样功能，故使用2812对多普勒信号进行采样保存数据，DSP对采集的信号进行FIR滤波之后进行FFT变换得出多普勒频率，根据物体速度与多普勒频率的计算公式VR?1fd?0进行速度与频率的换算。2得出速度之后利用LCD1602进行显示，同时显示出测试过程中出现的最大值，并且在程序中设定一个阀值为报警速度，一旦速度大于这个值就进行报警（指

多普勒天气雷达集训考试题答案

一、 填空题（共30题，每空0.5分，总分40分）

1、新一代天气雷达主要由 雷达数据采集系统 RDA 、 雷达产品生成系统RPG 、 主用户终端子系统PUP 三部分组成。

2、多普勒天气雷达测量的三种基数据是基本反射率因子 、平均径向速度、谱宽 。 3、大气中折射的种类有 标准大气折射 、超折射 、 负折射 、 无折射 、 临界折射 。

4、雷达探测到的任意目标的空间位置可根据 仰角、方位角、斜距三个基本要素求得。 5、多普勒雷达除了具有探测云和降水的 位置 和 强度 的功能以外，它以 多普勒效应 为基础，根据返回信号的 频率 漂移，还可以获得目标物相对于雷达运动的径向速度 。

PtG2?2h??6、达气象方程为pt?1024(ln2)?2r2示粒子的后向散射截面 。

单位体积??i，其中G表示天线增益 ，h表示脉冲长度 ，?表

7、反射率因子定义为单位体积中所有粒子直径的6次方之和。它的大小反映了气象目标内部降水粒子的 尺度 和 数密度 ，常用来表示气象目标的强度。

8、触发对流的抬升条件大多由中尺度系统提供，如锋面、干线、对流风暴的外流边界（阵风锋）、海（陆）风锋、重力波等，

9、雷达波束在

教学要点

一、教学内容

（1）钢尺量距离的工具、方法及成果处理； （2）电磁波测距的原理、方法及成果处理； （3）全站仪简介； （4）直线定向。

二、重点和难点

（1）重点 钢尺量距离的方法及成果处理，直线定向；

（2）难点 钢尺精密量距离的成果处理。

三、教学要求

（1）了解钢尺量距的工具，钢尺的检定，电磁波测距的原理，全站仪的原理；

（2）掌握钢尺量距、电磁波测距的方法及成果处理，全站仪的使用，直线定向的方法。

四、教学方法

仪器构造及使用采用实物加演示的教学方法，其它采用多媒体课件教学。

五、作业

1．比较一般量距与精密量距有何不同？ 2．下列情况对距离丈量结果有何影响？使丈量结果比实际距离增大还是减小？

（1）钢尺比标准长 （2）定线不准 （3）钢尺不水平

（4）拉力忽大忽小 （5）温度比鉴定时低 （6）读数不准

3．丈量A、B两点水平距离，用30m长的钢尺，丈量结果为往测4尺段，余长为10.250m，返测4尺段，余长为10.210m，试进行精度校核，若精度合格，求出水平距离。（精度要求KP=1/2 000）

4．将一根50m的钢尺与标准尺比长，发现此钢尺比标准尺长13mm，已知标准钢尺的

多普勒天气雷达集训考试题答案

一、 填空题（共30题，每空0.5分，总分40分）

1、新一代天气雷达主要由 雷达数据采集系统 RDA 、 雷达产品生成系统RPG 、 主用户终端子系统PUP 三部分组成。

2、多普勒天气雷达测量的三种基数据是基本反射率因子 、平均径向速度、谱宽 。 3、大气中折射的种类有 标准大气折射 、超折射 、 负折射 、 无折射 、 临界折射 。

4、雷达探测到的任意目标的空间位置可根据 仰角、方位角、斜距三个基本要素求得。 5、多普勒雷达除了具有探测云和降水的 位置 和 强度 的功能以外，它以 多普勒效应 为基础，根据返回信号的 频率 漂移，还可以获得目标物相对于雷达运动的径向速度 。

PtG2?2h??6、达气象方程为pt?1024(ln2)?2r2示粒子的后向散射截面 。

单位体积??i，其中G表示天线增益 ，h表示脉冲长度 ，?表

7、反射率因子定义为单位体积中所有粒子直径的6次方之和。它的大小反映了气象目标内部降水粒子的 尺度 和 数密度 ，常用来表示气象目标的强度。

8、触发对流的抬升条件大多由中尺度系统提供，如锋面、干线、对流风暴的外流边界（阵风锋）、海（陆）风锋、重力波等，

9、雷达波束在