雷达导论PART I.2 实现方法 2020-1-22

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https://blog.csdn.net/lightninghenry/article/details/111316938

大家好！先拜个早年！祝各位读者朋友鼠年大吉！恭喜发财！

今天我们接着讲第一篇的第二章—实现方法，第二章的层次结构，如下图所示。

2. 实现方法

  2.1 非相参脉冲雷达

• 2.1.1同步器
• 2.1.2调制器
• 2.1.3发射机
• 2.1.4双工器
• 2.1.5天线
• 2.1.6接收机防护装置
• 2.1.7接收机
• 2.1.8显示系统
• 2.1.9天线伺服系统
• 2.1.10供电
• 2.1.11自动跟踪

  2.2 相参脉冲多普勒雷达

• 2.2.1激振器
• 2.2.2发射机
• 2.2.3天线
• 2.2.4接收机
• 2.2.5信号处理器
• 2.2.6数据处理器

  2.3 相参特性的开发利用

• 2.3.1电扫雷达系统
• 2.3.2低截获概率雷达
• 2.3.3隐身飞机的隐身雷达
• 2.3.4先进的处理技术

  2.4 总结

第二章作者给出了很多原理框图，对于雷达初学者非常有价值，先上一张古老的雷达系统框图，看看雷达系统最初都是由什么构成的。

大家了解一下即可，这里我解释两个东西，Synchronizer（同步器）和indicator（指示器），可能初学者会比较困惑。图中的indicator对应原文中的2.1.8 节Display system。指示器有3个作用1）显示接收回波；2）实现自动搜索和跟踪功能；3）提取目标的参数。而要实现这些功能必须有同步器的配合，比如使用延时测距时，就得知道什么时候发射的脉冲，才能知道雷达波的传输时间。所以，同步器通过不断产生短暂、间隔平均的脉冲串，对发射机与指示器的工作进行同步。下面介绍一个很有意思的概念—视频信号。

这个概念当初困惑了我很久，首先雷达波处于不可见波段，可以肯定雷达的视频信号和我们生活中电视、摄像头中的视频信号不是一个东西，那它到底是什么东西呢，和实际生活中的视频信号又有什么关系呢？你如果去谷歌百度都不一定能找得到解释，最多知道它在雷达信号处理过程中的哪一环节，可能你去问资深的雷达专家都不一定能给出它的出处。我们先不说它出处，我们先看看它在雷达信号处理过程的哪一环，下图是接收机的信号处理框图。

图中共有3个框框，从左往右依次是包络检波器、中频放大器、本地振荡器，最右边是天线接收到的回波信号，大家结合图2-2看，信号流从右往左，先混频到中频，然后进行放大和滤波，再进行提取包络处理，处理完毕得到了视频信号！所以这里可以得出一个结论—视频信号就是中频信号放大后的包络。我以前对视频信号的理解也就到这里了，够用了，但是我仍然不知道它为什么叫视频信号，直到读了乔治.斯廷森先生的书。

检波器产生了正比于信号包络的输出电压，该信号类似于电视（是老式电视哈）中的图像信号，图像信号改变在显像管上绘出图像的电子束的强度。因此，检波器输出的信号又称为视频信号。在机载雷达、舰载雷达、地面雷达中，雷达系统是包含显示器的，所以如图2-2所示，视频信号最终也的确输出到了雷达显示屏上，视频信号的峰值就变为了屏幕上的亮点。

古老的雷达就介绍到这里，下面进入相参脉冲多普勒雷达。话不多说，先上图，F15战机的机载雷达！

可以看出该雷达还是机扫的，毕竟F15已经服役40多年了，该图可能是没升级前的F15。

图2-17和图2-2最大的不同是指示器不见了，多了信号处理器和数据处理器，并且数据处理器和各个组件之间有通信控制线。天线也变为了平板阵列天线，，这些都是雷达系统的进化，雷达的整体体积进一步缩小了，并且性能上得到了极大的提升，主要得益于数字技术的发展。很多现代雷达的基本框图都是这种形式。这里说明下雷达信号处理与雷达数据处理之间的关系，从图2-17可以看出，首先信号流是有先后关系的，所以雷达信号处理又叫预处理，雷达数据处理又叫后处理。

雷达信号处理主要完成目标的检测任务，如上图所示，对视频信号处理后得到目标的距离、速度、方位等信息；

数据处理则进一步对目标的点迹和航迹进行处理，预测目标未来时刻的位置，形成可靠的目标航迹，实现对目标的实时跟踪。另外数据处理一般还承担着对雷达系统的控制和检测功能。

它们两个共同组成了雷达系统中的核心部分，下图是信号处理器的实物图，由一堆接口和板卡组成，板卡内的核心处理器一般是FPGA和DSP，数据处理器也差不多也长这样，数据处理器的板卡上可能有CPU，用于跑实时操作系统。随着数字技术、计算机和芯片的发展，它们两个的界限越来越模糊，现在好多雷达其实就是一个处理机，完成所有的信号处理、数据处理以及通讯的功能。

最后，提一下电扫雷达，先上图，F117隐形飞机。

大家都知道雷达是飞机的眼睛，但是第一架F117为了隐身，竟然没有配雷达。。。原因就是当年的电扫雷达还不成熟，而机扫雷达的天线旋转起来就是个活靶子，所以索性不装。电扫雷达不用旋转，地面的雷达波可以反射到天上去，现在的隐身飞机上的雷达就都装电扫雷达了。

从这一期开始，开始出现很多缩写的专业词汇，这里附上一张常见的一些英文缩写的全称，也是出自《机载雷达导论》，这里面没有的我再给出解释。

https://download.csdn.net/download/lightninghenry/12117541

好了，下面进入章末的问题环节，下图是原书作者给出的扩展阅读。

本章作者提了5个问题，如下：

1. 非相参脉冲雷达和相参脉冲雷达的主要区别在哪里？

答：从上文中的图2-2和图2-17应当可以看出很多了，主要区别如下：

1）增加了雷达数据处理器；

2）增加了激励器，有的雷达叫微波源；

3）去除了同步器（其功能部分由激励器替代，主要由数据处理器替代）；

4）去除了调制器（功能合并进发射机中）；

5）去除了指示器（功能由信号与数据处理机替代）。

2. 除了发射机、接收机、天线和双工器外，雷达系统还需要哪些组件？

答：见2.2节的子标题和图2-17。

3. 除了上个问题中的组件外，实现自动跟踪还需要哪三个子系统？

答：1）要能识别出目标，最起码要在距离上分离出目标回波，这主要是数据处理机的事，老实雷达可能有一个专门的子系统干这个事；

2）波束要能持续照住目标区域，不能继续大范围扫描，可以使用单脉冲跟踪系统；

3）控制系统。

4．列举组成行波管的四个元件，并描述每个元件的功能。

答：行波管是发射机的核心部件，行波管的介绍在原书中为蓝色背景色内容，为辅助知识，这部分内容我们一概跳过，确有必要再讲。

5. 解释有源相控阵和无源相控阵雷达系统之间的区别。

答：这部分内容本期不作解答，后面会有专门的章节展开介绍，这里就放两张图，大家先有个概念即可。

上图是PESA（无源电扫阵列，又名无源相控阵）的示意图，下图是AESA（有源电扫阵列，又名有源相控阵）的示意图。

 

       本期内容到此结束，希望这次的疫情能够及早控制，肺炎能够快点找到有效的治疗手段。

       外出一定要带口罩，勤洗脸洗手，大家鼠年再见！