雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力

摘要:
雷达的技术指标大致包括探测距离、分辨率、距离精度、方位精度、抗干扰能力等。因此,当接收功率Pr等于雷达的最小可探测信号Smin时,获得的雷达最大工作距离应为雷达的探测距离。a) 数据量化误差,量化引起的误差为:RM--------最大检测距离,Q--------计算机字长。ρ--------地面反射系数。g) 目标闪烁LR--------目标径向跨度。

雷达的技术指标大致包括其探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力等。下面就详细介绍一下各项技术指标。

1、探测距离

关于探测距离首先先从来了解一下雷达方程的简单行式。

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第1张(1)

上式中右侧第一项表示的是增益为Gt的天线辐射功率为Pt在离雷达距离R处的功率密度。右侧第二项的分子σ目标截面积(平方米),是目标返回雷达方向的能量的度量;分母表示回波信号能量在返回向雷达的途径上随距离的发散程度(为目标截面积)。这两项相乘得到的是每平方米上返回雷达的功率。Ae称为有效孔径面积。Pr为接收功率。所以求得的雷达的最大作用距离应为接收功率Pr等于雷达最小可检测信号Smin时雷达的探测距离。所以:

   雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第2张(2)

其中与发射增益Gt一样还有接收天线增益Gr。而接收天线增益Gr与有效孔径面积Ae的关系为:

 雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第3张(3)

 将3式代入2式中可得:

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第4张(4)

 其中λ为雷达的信号波长。上式中的Smin受噪声以及系统的限制。可表示为:

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第5张(5)

 其中k为玻尔兹曼常数,T0为噪声温度。B为接收系统等效带宽。Mn为识别系数。Ls是系统损耗。Nf为噪声系数。

2、分辨力

包括距离分辨力和方位分辨力

距离分辨力:主要取决于码元宽度、码元宽度又取决于编码调制速率。

方位分辨力:与天线的方位波束宽度有关。(对于非合成孔径雷达,方位分辨力仅取决于天线波束宽度。当两个目标同时在波束内而且距离相等,雷达并不能判定目标数量,于是只能认为探测到一个目标。天线孔径越大,这个指标越高,天线尺寸越大)。

 3、距离精度

引起距离误差的误差源有热噪声、目标闪烁误差、码元前后沿抖动、距离标定误差、接收通道延迟变化、零点漂移等,其中主要是热噪声误差。

a)数据量化误差,由量化引起的误差为:

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第6张

RM--------最大探测距离,Q--------计算机字长。

b)脉冲抖动

由信号发生器输出的定时同步脉冲抖动引起的测距误差

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第7张

c为光速,雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第8张最大脉冲抖动量。

c)距离时钟量化

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第9张

fc为距离时钟频率。     

d)A/D变换

在数字变换中由于电路和节点电位引起的模拟采样误差,一般为0.1m~0.5m.

e)热噪声

热噪声引起的测距误差:

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第10张

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第11张--------等效脉冲宽度;S/N--------单个照射脉冲信噪比

 f)多径效应

 雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第12张

GSL--------均方根副瓣电平。ρ--------地面反射系数。

g)目标闪烁

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第13张

 LR--------目标径向跨度。                                                        

4、方位精度

a)天线指向误差:

由于天线制造公差、移相器的不一致造成的幅相误差会造成天线单元间的幅度和相位的不一致。从而造成天线指向误差,这一误差还与天线单元数成反比关系。

b)移相器量化误差

由于移相器位数有限,量化引起的角误差:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第14张

 其中:NL--------单元数;P--------移相器位数;Δθ0.5--------3dB带宽。

c)A/D变换误差

在数字变换中,由于电路和接点电位引起的抽样误差。

d)扫描误差

由于斜率随扫描角偏离阵法线方向变化而变化,按40分之一波瓣宽度计算。

e)目标角闪烁误差

该误差项引起的均方根误差近似为:

  雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第15张

 Lx-------为目标在水平或垂直方向上的尺寸(m);R为目标到雷达的斜距(km)。目标闪烁主要对近距离测叫精度有影响。

f)机扫工作模式方位单元采样误差

以天线扫描目标,每一脉冲所经历的方位角为方位单元。即

     雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第16张 

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第17张为天线水平波束3dB宽度,n为天线扫过目标时,在波束3dB宽度内的脉冲数。

 5、抗干扰能力

雷达抗干扰能力主要体现在对地物杂波的抑制、有源干扰的抑制、近区强信号目标对弱信号干扰的抑制能力

1)对地物杂波的抑制

地杂波改善因子的获得主要有两种途径:对消、MTD(含加窗)。

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第18张 而影响地杂波改善因子的因素,主要有雷达系统各部件工作的稳定性(特别是接收系统的稳定性)、天线扫描等内部因素,以及地杂波、气象杂波等外部因素的影响等。上式中在计算对消时,需要考虑这些因素。

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第19张

a)天线扫描

天线扫描的影响为:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第20张

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第21张

 n为单程半功率波束宽度内的脉冲数;θ0.5为半功率波束宽度;β为扫描速度;Tr为脉冲重复周期。

b)地杂波

地杂波的影响为:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第22张

式中Fr=1/Tr为脉冲重复频率;σc为杂波功率谱均方根频率宽度。

c)气象杂波

气象杂波主要指雨杂波、雪杂波和云雾杂波。气象杂波的计算为:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第23张

 σqx=2σv/λ为气象杂波功率谱标准差;σv为气象杂波内部运动速度的标准差。λ为载波波长。

2)对有源干扰的抑制能力

回波信号与发射信号有很强的相关性,窄带有源干扰与发射信号不相关,信号处理中的时域相关干扰信号是一解扩过程,干扰由于频谱扩散而被抑制;而雷达接收分机是相关接收,所以目标的能量可以得到有效的积累。

对有源干扰的抑制能力,取决于雷达信号的时宽带宽积(B*T),假如雷达最小信号相干积累时间为60ms,则信号时宽为T=60ms,雷达的距离分辨力为30m,对应的信号带宽为B=5MHz,时宽带宽积为:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第24张

对窄带有源干扰的抑制度为:

雷达--------探测距离、分辨力、距离精度、方位精度、抗干扰力第25张

在扫描过程中,采用频率捷变、码型变化技术,进一步提高抗有源干扰能力。

3)近区强信号目标对弱目标信号干扰的抑制能力

近区强信号目标对弱目标的影响更多表现为对距离旁瓣的影响。速度处理能力可把强弱目标信号在频域加以分开,在速度域进行判决处理,是解决问题的关键。

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