射频技术与应用射频探测技术.ppt

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1、北京交通大学Beijing Jiaotong University射频技术及应用之射频探测技术王均宏北京交通大学电子学院北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University 目标距离的确定 雷达基本原理北京交通大学Beijing Jiaotong Universit

2、y雷达基本原理 目标方向的确定 北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理 目标速度的确定 u 测定不同时刻目标位置，得到位移后除以时间u 多普勒频移高分辨力雷达可以获得目标在距离向和切向的轮廓。目前雷达的分辨率在距离向还可以，但在通常作用距离下切向分辨率不够。增加天线的实际孔径难以解决此问题。当雷达和目标的各个部分有相对运动时，通过合成孔径的方法可获得切向高分辨率。合成孔径雷达SAR就是一个例子。分辩率的提高 北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理表示目标能被雷达“看见”的面积，称为雷达散射截面RCS 目标的可见程度

3、 北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University主要任务是发现洲际导弹，及早发出警报。作用距离数千公里雷达的应用与分类 预警雷达 用于对歼击机的引导和指挥作战，民用机场调度雷达也属这一类。要求多批次目标能同时检测；提供目标的三个坐标 搜索和警戒雷达 任务是发现飞机，作用距离在400-600 km 监视雷达 地面设备发射询问信号，机上二次雷达接到信号后，发出一个回答信号，用于地面雷达识别目标 二次雷达 北京交通大学Be

4、ijing Jiaotong University测定目标运动轨迹的同时，控制导弹去攻击目标。要求能同时跟踪多个目标，分辨率高 雷达的应用与分类用于发现坦克、军用车辆、人和其它战场运动目标 火控雷达 任务是控制火炮(或地空导弹)对空中目标进行瞄准攻击，要求能够连续准确地测定目标的坐标，并迅速地将数据传递给火炮(或地空导弹)。作用距离较小，精度要求高 战场监视雷达 制导雷达 北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达的应用与分类安装在炮弹或导弹头上的一种小型雷达，用来测量弹头附近有无目标，当距离缩小到弹片足以击伤目标的瞬间，使导弹爆炸它装在飞机或舰船上，用以显示地面或

5、港湾图像，以便在能见度较低情况下，飞机和舰船能正确航行。要求分辨率较高 机载导航雷达 测高雷达 安装在飞机上，是一种连续波调频雷达，用来测量飞机离开地面或海面的高度。雷达引信北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University电子战(EW)：敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。电子对抗(ECM)是指为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息，削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措

6、施。包括电子侦察、电子干扰、伪装、隐身和摧毁。电子反对抗(ECCM)是指在敌方实施电子对抗条件下保证我方有效地使用电磁信息所采用的一切战术、技术措施。包括电子反对抗就包括反侦察、反干扰、反隐身和反摧毁。电子战电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong Universityu 自适应天线阵列自适应阵列是一个最佳空域滤波器。原则上,N个阵元的阵列可以同时形成N-1个方向图零点,以对付(N-1)个方向的干扰源。自适应阵的理论在上世纪70年代初期已经提出。电子反对抗电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University自适应旁瓣相消系统(SLC)(a)原理

7、框图；(b)天线方向图 电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University增加有效，辐射功率。频率捷变，在脉冲与脉冲间或脉冲串与脉冲串之间改变发射频率，频率分集，几部雷达发射机工作于不同的频率而将其接收信号综合利用办法发射波形编码，波形编码包括脉冲重复频率跳变、参差及编码和脉间编码等。u 发射机u 接收机与信号处理电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University 隐身雷达探测和跟踪目标的能力依赖于接收到的回波信号功率与干扰功率的比值，回波信号功率正比于目标的雷达散射截面RCS，而干扰功率则可能是接收机内部噪声或外部的有源和无源干

8、扰。敌方入侵飞机只要设法降低RCS，就可降低此比值，就可使我方雷达性能恶化。降低飞行器自身的RCS的技术称之为飞行器的隐身技术，它减小了目标的可观测性。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University在电子战中，世界各国都重视隐身技术的研究。美国从20世纪50年代开始就在U-2，P-2V等高空侦察机上采用吸波材料(RAM)等隐身措施以减小飞机的RCS。20世纪70年代中期研制的B1-B战略轰炸机，其RCS只有原B-52的3%-5%，从而使雷达对它的探测距离下降58%。80年代以来，飞行器隐身技术有了突破性进展，第三代隐形飞机F-117A(战斗轰炸机)和B2已于

9、80年代末期装备部队，它们的RCS约下降20-30dB，使雷达的探测距离下降为原值的1/3-1/6。第四代隐形飞行器亦处于试飞阶段。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University电子对抗与反对抗F-117北京交通大学Beijing Jiaotong University电子对抗与反对抗B2北京交通大学Beijing Jiaotong University飞行器的隐身技术主要包括外形设计、涂覆电波吸收材料(RAM)和选用新的结构材料等方法。隐身飞机的隐身效果(RCS下降)不是全方位的，它主要是减小从正前方(鼻锥)附近、水平45、垂直3范围照射时的后向散射截面，

10、而目标其它方向的散射RCS明显增大，因此可以采用在空间不同方向接收隐身目标散射波进行空间分集来发现它。另一方面，涂覆的吸波材料有一定的频带范围，通常是2-18 GHz，也就是说，涂覆的吸波材料对长的波长是无效的。当飞行器尺寸和工作波长可以相比时，其RCS进入谐振区，外形设计对隐身的作用会明显下降。因此米波或更长波长的雷达具有良好的反隐身能力。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong Universityu 单基地雷达性能提升为弥补目标RCS下降所造成的探测距离的缩短，应采用提高雷达发射功率和天线孔径乘积，采用频率、极化分集，优化信号设计和改善信号处理等措施。如用相控阵雷达，

11、则较容易实现上述要求并可增强电子战能力。反隐身电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong Universityu 多基地多频组网技术是探测隐身飞机的有效手段，方法是各种工作频率的雷达联网，网中雷达从各个不同视角观测目标，多站信息合成实现空间分集。特别要提到，组网中的米波雷达本身就有良好的反隐身能力，它的不足之处是角分辨力差和绝对可变带宽窄。为了利用米波雷达反隐身，已在研究克服其缺点的途径，例如，正研究的综合脉冲与天线的米波分布阵雷达就可较好地克服上述缺点。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong Universityu 超视距后向散射(OTH-B)雷达这是

12、一种工作在3-30MHz短波频段，利用电离层返回散射传播机理，实现对地平线以下超远程(700-3500km)运动目标进行探测的新体制陆基雷达，OTH-B雷达探测距离远，覆盖面积大，单部雷达60扇面覆盖区可达百万平方公里，可对付有人或无人驾驶的轰炸机、空对地导弹和巡航导弹之类的喷气式武器的低空突袭；特别是，可对洲际导弹发射进行早期预警是其突出的优点。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University高频天波(OTH-B)雷达原理图 电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong UniversityOTH-B雷达工作在高频波段，其波长为10-60m，

13、大部分飞行器的尺寸及其主要结构的特征尺寸均与其波长接近或小于波长，因此目标的散射处于谐振区或瑞利区，其RCS会大于光学区的RCS。其RCS与目标形状细节无关而只与其体积或照射面积有关，亦即外形隐身设计这时是无效的。在此工作频段吸收材料也是无效的，而且OTH-B的电波被电离层反射后自上而下照射目标这正是隐身外形设计最薄弱的视角。由此可见，超视距雷达OTH-B是探测隐身目标最有希望的手段。OTH-B雷达也存在局限性。因为它是靠电离层反射传播的，而电离层的高度和参数随时间变化，所以难以完善预测；近区盲距可达600-900km，定位误差数十公里，用于早期预警。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing

14、 Jiaotong Universityu 双/多基地雷达 u 冲击雷达和极宽频带雷达由于这类雷达其频带极宽，因而提供了一种从频率域反隐身的可能途径。其理论和技术实现仍处于完善过程中，它在各种应用领域的潜力将会随着过程的进展而逐步显示。电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University低截获概率的技术包括：大时宽带宽积的雷达信号波形，低脉冲功率和不易侦察的参数，天线保持低的副瓣电平，具有自适应的波形参数和扫描参数变化。反摧毁斗争中的重要问题是当前反辐射导弹的性能明显改进而使用数量增加，因此研究对付反辐射导弹的各种战术、技术措施已成为当务之急。例如，使用闪烁欺骗使

15、其不易找到真正的雷达辐射源；研制反辐射弹告警设备以及相应的摧毁反辐射弹的措施等。反侦察和反摧毁电子对抗与反对抗北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University 微波遥感 通过接收物体产生的辐射，来确定物体的性态和特征微波遥感北京交通大学Beijing Jiaotong University 主动和被动微波遥感北京交通大学Beijing Jiaotong University 微波辐射计 微波辐射计用于探测地面物体的亮度

16、温度，并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力，其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图。亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度微波遥感北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术北京交通大学Beijing Jiaotong University 合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）利用短的天线，通过处理数据记录，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。在沿飞行

17、航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强度不同，经过复杂的处理，得到地面的实际影象合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University1米米合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University10米米合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University30米米合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University80米合成孔径雷达北京交通大学Beijing Jiaotong University雷达基本原理雷达的应用与分类电子对抗与反对抗微波遥感合成孔径雷达探地雷达内容提要 射频探测技术