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大家好

这次课我们继续学习《情报监视侦察信息融合技术》的第二专题

具体介绍雷达的主要功能

雷达表示为RADAR

意思是无线电探测与测距

根据其工作原理可以分为主动雷达（也称一次雷达）

二次雷达和被动雷达

主动雷达是目前应用的主流产品

通过朝目标发射电磁波

并接收目标反射回波

实现对目标的探测与测距

二次雷达通过对询问信号的应答而发现目标

期间存在两次发射

被动雷达利用目标自身的电磁辐射来发现目标

不存在发射过程

二次世界大战以来

雷达作为保卫国家安全的“神盾”

傲然于航母 军机 卫星上

如今也可以应用于生活中的悬丝诊脉

蜘蛛网低空探测 汽车防撞

城市轨道交通等日常环境

那么雷达到底具有什么样的功能

使其具有如此广泛的应用呢

从上面雷达的概念可知

首先就是对空间中目标的定位

常用极坐标系中的三个独立物理量表示

一是斜距

定义为从雷达到目标的直线距离

二是方位角α

定义为雷达水平面内参考方向与斜距投影线间的夹角

三是俯仰角β也称高低角

定义为斜距与斜距投影线在垂直面内的夹角

接下来可以通过坐标变换将雷达测得的相对位置

转化为大地坐标系下的经度 纬度和高度

此时高度如何计算呢

现在假设雷达架设在距离地面一定的高度

目标的真实高度是目标距离地球表面的高度H

该高度由三部分组成：雷达测量的高度为Rsinβ

雷达或天线架设的高度为h

地球曲率差异导致的修正高度

h修正

可以很容易计算修正高度近似为R²/2ρ

因此最终目标的真实高度H为上面三个高度的和值

这里的ρ为地球曲率半径

下面我们来介绍雷达的第二个主要功能

相对速度的测量

当雷达和目标间有相对运动时

雷达接收到的回波信号的频率会发生变化

利用回波信号频率与发射信号频率间的差异

能否实现相对速度的测量呢

首先以连续波雷达为例

发射信号St(t)常表示为正弦波信号

通过对相位的求导 可得该信号的频率值ft

对接收到的回波信号Sr(t) 而言

一是幅度发生了变化

二是与发射信号相比

延迟了tr时间

如果假设雷达与目标在径向上的初始距离为R0

且此时目标与雷达相向运动

相对运动速度为vr

则可以求得时延tr

同理对接收回波信号的相位求导

可以得到接收回波信号的频率fr

那么多普勒频率fd就是回波信号与发射信号频率的差值

可以求出最终值为2vr/λ

当用频率计测出多普勒频率fd时

就可以计算出相对运动速度vr

对脉冲雷达而言

发射信号St(t)

可以表示为一个脉冲信号与正弦波信号相乘的形式

rect（t,τ）为一矩形脉冲信号

信号波形图如图示

因此发射信号前面的乘信号rect（t-nTr）

就是上面矩形脉冲信号发生多次时延后的信号

可见脉冲雷达的发射信号

就是连续波雷达信号被周期矩形脉冲信号加窗截取后的信号

对接收回波信号Sr(t)而言

与连续波雷达相似

相对于发射信号也是发生了幅度和时延的变化

对两个信号各自的相位求导

最后求得的多普勒频率与连续波雷达相同

可见脉冲雷达求得的相对速度与连续波雷达是一样的

综上相对速度的测量

就是利用多普勒频移方程fd=2vr/λ

这里fd是多普勒频率

单位为Hz

该频率可由频率计测出

Vr为雷达与目标的径向速度

单位为m/s

它是由雷达的运动和目标运动在径向合成的相对运动速度

λ是雷达发射电磁波的波长

也即载波的波长

单位是米

雷达获取的位置信息表现为不同时刻的大量离散位置点

通过建立目标的运动模型

可以获取目标的运动轨迹

反过来可以根据对目标稳定跟踪的结果

修正目标的运动模型

从而获取模型中的速度 加速度 等参数信息

这就是雷达的第三个主要功能“目标参量的估计”

这个过程比较复杂

在后面的专题中会详细介绍

另外随着雷达成像技术的发展

成像分辨率越来越高

目标轮廓清晰可见

从雷达图像中还可以提取到各种尺寸和形状等目标参量

当然与所有的传感器一样

实现目标识别

也是雷达非常重要的一个功能

提到目标识别

大家首先想到的可能就是目标敌我属性的识别

对雷达而言

它可以采用协作式的敌我识别方式

即被识别的目标接收到询问信号后

如果能够确认是对自己的问询

此时就会发回一个应答信号

显然这种工作方式不可能发生在敌我之间

因此通过协作式工作方式

雷达只能实现对己方目标的识别

采用非协作式识别

敌目标技术要复杂的多

比如雷达通过提取战机上雷达的参数

推导战机类型及属性等

另外在雷达的终端显示器上通过连续的观察

可以实现对目标的类型

数量和战斗力进行识别

本次课从几个不同的方面分析了雷达可以实现的功能

实际上本专题的初心

是为了让大家从探测装备的原理清楚装备对目标探测的作用

从这个初心出发

大家思考一个问题

现代雷达可以提取到的目标信息都有哪些呢

本讲到此结束

谢谢大家