雷达系统设计.docx

设计要求 设计一雷达系统，对 1m2 目标，要求探测距离为 10km，发射波形为常规脉冲， 方位角分辨力为 2°，俯仰角分辨力为 20 °，距离分辨力为 15m。要求： 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到 200km，距离分辨力达到 3 米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 雷达工作频率 f ，发射功率 P t 已知距离分辨率的公式为： ?R min  ? c? ，式中c 为电波传播数度，? 为脉 2 冲宽度，则? ? 2?R min ? s ? 10?7 s ? 0.1?s ，不妨取雷达的工作频率为 2 ?15c 3 2 ?15 f ? 1GHZ ，发射功率 P ? 40kW ，则? ? c ? 3?108 m ? 0.3m 。 t f 1?109 天线孔径及增益 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长? 和天线口径尺寸 L ，约为 ? / 2L ,则可得： 水平口径尺寸 L 为： ?? 0.3 ? L ? 2?  2 ? ? 90 m ? 4.3m 垂直口径尺寸h 为： ?? 0.075 ? h ? 2? 2 ? ? 9 m ? 0.43m 天线的孔径 D ? Lh ? 4.3? 0.43m2 ? 1.8478m2 天线增益G ? 4? A ?2 脉冲重复频率 f ? 4? ?1.8478 ? 258 0.32 r 发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为? ，脉冲重复周期为T 则 r 有： P ? P av t  ? ? P? f T t r r 设? f 称作雷达的工作比为 D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为 r 0.0001-0.01，为了满足测距的单值性，不妨取 D ? 0.001 ，则 D 0.001 接收机灵敏度 f ? ? r ?  0.1?10?6 Hz ? 10kHz 若以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为： 1? P? A 2 ? 4 1 ? ? t max ? ? 4??2 S r ? i min ? P? A 2 40 ?103 ?1?1.84782 t? ?r t ? ? r  i min ? 4??2 R ? w ? 1.2 ?10?11 w 4 4? ? 0.32 ? 10 ?103 4 max 相参积累时间 设单基地脉冲雷达的天线为360 环扫天线，天线扫描速度? a  ? 20r / min ， 水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径 时，可取： ? =?=2 0.5 则对一个点目标的相参积累时间t 为： ?t ? 0.5 ? ? 2 1 s ? s ? 20? 360 / 60 60 a 1 脉冲积累个数n ? tf ? r 60 ?10 ?103 ? 166 2 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率 不产生频闪的条件是： f d 关系可得最大不模糊速度： 1 ? 2 fr 其中 f d 2v 表示脉冲多普勒频率，由 f ? r d ? v r max ? ? f 4 ? 0.3?10 ?103 r4 r m / s ? 750m / s 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期T r 决定，为保证单值测距，通 常应选取：  ?rR cT ? c ? 3?108 m ? 15km ? r max 2 2 f 2?10?103 r 故最大不模糊距离 R max ? 15km 。 设发射脉冲为单载频的矩形脉冲信号，其单位能量复包络可写成u ?t ? ，表达式如下： ?0 其它u ?t ?? ?1 0 ? t ?0 其它 ? 则由速度模糊函数的定义可得模糊函数? ?w ? 为： sin ? sin ?? ? 2? f ? ? 2? f d / 2? / 2 d ? ? f d ? ?? 多普勒分辨常数 A 为： fd ?? ? A = ?? ? f ?2 df ?d d ?  =5000 fd ? ?0?2 有效相关时间T 为： e 1 T ? ? 0.2ms e A fd 信号在时域持续的时间越长即T e 越大，速度分辨力越强， 速度分辨率v ? 0.3 ? ? m / s ? 9m / s ? 2t 2 ? 1 60 3.线性调频波形设计 由于相参积累的个数为n ? 166 ，则雷达实际的探测距离则会增加为原来的 4 n 4 n R'max ? 4 nRmax ? 4 166 ?10km ? 35.89km