雷达基础—设计权衡

yes先生 · 发表于 2013-11-22 08:40:13

无线探测和测距(RA-DAR)系统，如今称为

雷达

系统，已成为军事和民用领域中广泛使用的必需设备。目前，针对不同应用的雷达设计数量众多。扫描雷达、移动目标指示器(MTI)、多普勒气象雷达、制导导弹导引头、相控阵早期预警系统、探地雷达、合成孔径卫星探测雷达、航空雷达高度计、汽车防撞雷达、飞行器雷达以及其他众多特定用途的雷达，描绘了当今雷达行业持续发展的前景。

随着雷达系统的发展(通常指军用雷达)，雷达信号包含的电子情报(ELINT)具有重要价值，可以帮助我们应对雷达载体(舰船、飞机和导弹)可能带来的潜在威胁。由此推动了电子战(EW)—雷达相关技术的发展。

不考虑系统复杂性，雷达、电子战和电子情报系统面临着许多共同的测试挑战。

大部分雷达使用射频能量脉冲探测目标。脉冲以接近光速的速度发射至目标，有时该速度表示为“雷达英里”，即12.36μs/英里。初级雷达系统中，射频信号由目标反弹并返回至雷达，雷达将测量发送脉冲和接收回波之间的延迟。二次雷达与之类似，但使用置于目标上的应答机重新发射已接收的脉冲，以增加回波能量，并且通常会添加一些数据。

雷达脉冲通常是脉冲调制射频载波形式的射频能量猝发。雷达脉冲的重要特性包括脉宽(PW)、脉冲重复频率(PRF)或脉冲重复间隔(PRI)、平均功率脉冲接通和平均信号功率。设计雷达系统时，脉宽是衡量雷达性能的关键参数。

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图1：雷达脉冲术语和权衡。

初级雷达在发射脉冲到接收回波过程中面临信号严重损耗的问题。发射信号必须在未经过放大的情况下由目标反弹并传输回接收机。克服信号损耗的一个方法是发射更长的脉冲，并整合接收回波中的总能量。

雷达“分辨率”也是一个与脉宽相关的重要特征。探测小尺寸物体的能力可以让雷达提供更详细的目标信息。可以提供1米解析分辨率的雷达能够提供更多信息，以描述正在接近的目标。100米的分辨率可能无法区分密集的多个小目标和大目标。如果雷达脉宽较长，邻近目标的回波可能会同时反弹并在传输过程中叠加。然后，雷达将显示一个大目标，而非多个相邻的小目标。因此，为了获得最佳的雷达分辨率，雷达设计需采用较窄的脉宽。

由上可知，最佳距离和分辨率相互矛盾。最大距离意味着使用长脉冲，最佳分辨率要求使用短脉冲。为解决距离与分辨率优化问题，许多雷达系统采用了脉冲压缩或调制技术。理论上，线性调频是用于创建和解压的简单调制。使用线性斜坡电压对雷达脉冲进行调频(FM)可以创建线性调频脉冲。然后，线性调频脉冲被发射出去，就像发射未经压缩脉冲一样。

脉冲压缩或调制可以提供明确的优势。脉冲重复频率可以帮助您了解这些优势。脉冲重复频率取决于雷达的测距能力。在之前发射的脉冲返回前发出新脉冲将导致模糊的回波响应。通常，发射脉冲，等待所有可能的回波响应都已接收，然后发送新的脉冲。提供明确的距离响应将确定连续脉冲之间的脉冲重复间隔或脉冲重复频率。但是，较低的脉冲重复频率在许多情况下会降低雷达的整体性能。例如，在跟踪一架快速移动的飞行器时，为了获得更高的显示屏更新速度，雷达需要采用更高的脉冲重复频率。此时，雷达的脉冲重复频率将允许模糊响应，以确保更新速率。去除关注距离以外回波杂波的一个方法是使用时间或距离选通。该方法将打开或关闭雷达接收机，忽略十分接近或超出关注距离的目标回波。

如前所述，脉冲压缩可用于消除连续脉冲之间的不确定性。为每个脉冲分别添加数字调制可确保相邻脉冲具有独特的编码。使用双相位编码键控等数字调制技术编码脉冲，以便使用脉冲的独特编码作为分离工具，精确并轻松测量每个脉冲的回波延迟。

多数雷达的另一个重要特性在于测量移动目标多普勒频移的能力。测量射频载波频率变化或随时间变化的相移可支持部分雷达准确确定目标的移动速度。

除了收集雷达及其承载平台的电子情报信息之外，了解雷达相关知识可以改善并指导电子战技术。例如，合成回波码型并将其广播至早期预警雷达接收机，以显示某处并非实际存在的资产。