雷達--------探測距離、分辨力、距離精度、方位精度、抗干擾力


雷達的技術指標大致包括其探測距離、分辨力、距離精度、方位精度、抗干擾力等。下面就詳細介紹一下各項技術指標。

1、探測距離

關於探測距離首先先從來了解一下雷達方程的簡單行式。

  (1)

上式中右側第一項表示的是增益為Gt的天線輻射功率為Pt在離雷達距離R處的功率密度。右側第二項的分子σ目標截面積(平方米),是目標返回雷達方向的能量的度量;分母表示回波信號能量在返回向雷達的途徑上隨距離的發散程度(為目標截面積)。這兩項相乘得到的是每平方米上返回雷達的功率。Ae稱為有效孔徑面積。Pr為接收功率。所以求得的雷達的最大作用距離應為接收功率Pr等於雷達最小可檢測信號Smin時雷達的探測距離。所以:

   (2)

其中與發射增益Gt一樣還有接收天線增益Gr。而接收天線增益Gr與有效孔徑面積Ae的關系為:

 (3)

 將3式代入2式中可得:

  (4)

 其中λ為雷達的信號波長。上式中的Smin受噪聲以及系統的限制。可表示為:

  (5)

 其中k為玻爾茲曼常數,T0為噪聲溫度。B為接收系統等效帶寬。Mn為識別系數。Ls是系統損耗。Nf為噪聲系數。

2、分辨力

包括距離分辨力和方位分辨力

距離分辨力:主要取決於碼元寬度、碼元寬度又取決於編碼調制速率。

方位分辨力:與天線的方位波束寬度有關。(對於非合成孔徑雷達,方位分辨力僅取決於天線波束寬度。當兩個目標同時在波束內而且距離相等,雷達並不能判定目標數量,於是只能認為探測到一個目標。天線孔徑越大,這個指標越高,天線尺寸越大)。

 3、距離精度

引起距離誤差的誤差源有熱噪聲、目標閃爍誤差、碼元前后沿抖動、距離標定誤差、接收通道延遲變化、零點漂移等,其中主要是熱噪聲誤差。

a)數據量化誤差,由量化引起的誤差為:

  

RM--------最大探測距離,Q--------計算機字長。

b)脈沖抖動

由信號發生器輸出的定時同步脈沖抖動引起的測距誤差

  

c為光速,最大脈沖抖動量。

 

c)距離時鍾量化

  

 

fc為距離時鍾頻率。     

 

d)A/D變換

在數字變換中由於電路和節點電位引起的模擬采樣誤差,一般為0.1m~0.5m.

e)熱噪聲

熱噪聲引起的測距誤差:

  

--------等效脈沖寬度;S/N--------單個照射脈沖信噪比

 f)多徑效應

 

GSL--------均方根副瓣電平。ρ--------地面反射系數。

g)目標閃爍

  

 LR--------目標徑向跨度。                                                        

4、方位精度

a)天線指向誤差:

由於天線制造公差、移相器的不一致造成的幅相誤差會造成天線單元間的幅度和相位的不一致。從而造成天線指向誤差,這一誤差還與天線單元數成反比關系。

b)移相器量化誤差

由於移相器位數有限,量化引起的角誤差:

 其中:NL--------單元數;P--------移相器位數;Δθ0.5--------3dB帶寬。

c)A/D變換誤差

在數字變換中,由於電路和接點電位引起的抽樣誤差。

d)掃描誤差

由於斜率隨掃描角偏離陣法線方向變化而變化,按40分之一波瓣寬度計算。

e)目標角閃爍誤差

該誤差項引起的均方根誤差近似為:

  

 Lx-------為目標在水平或垂直方向上的尺寸(m);R為目標到雷達的斜距(km)。目標閃爍主要對近距離測叫精度有影響。

f)機掃工作模式方位單元采樣誤差

以天線掃描目標,每一脈沖所經歷的方位角為方位單元。即

      

為天線水平波束3dB寬度,n為天線掃過目標時,在波束3dB寬度內的脈沖數。

 5、抗干擾能力

雷達抗干擾能力主要體現在對地物雜波的抑制、有源干擾的抑制、近區強信號目標對弱信號干擾的抑制能力

1)對地物雜波的抑制

地雜波改善因子的獲得主要有兩種途徑:對消、MTD(含加窗)。

 而影響地雜波改善因子的因素,主要有雷達系統各部件工作的穩定性(特別是接收系統的穩定性)、天線掃描等內部因素,以及地雜波、氣象雜波等外部因素的影響等。上式中在計算對消時,需要考慮這些因素。

a)天線掃描

天線掃描的影響為:

 n為單程半功率波束寬度內的脈沖數;θ0.5為半功率波束寬度;β為掃描速度;Tr為脈沖重復周期。

b)地雜波

地雜波的影響為:

式中Fr=1/Tr為脈沖重復頻率;σc為雜波功率譜均方根頻率寬度。

c)氣象雜波

氣象雜波主要指雨雜波、雪雜波和雲霧雜波。氣象雜波的計算為:

 

 σqx=2σv/λ為氣象雜波功率譜標准差;σv為氣象雜波內部運動速度的標准差。λ為載波波長。

 

2)對有源干擾的抑制能力

回波信號與發射信號有很強的相關性,窄帶有源干擾與發射信號不相關,信號處理中的時域相關干擾信號是一解擴過程,干擾由於頻譜擴散而被抑制;而雷達接收分機是相關接收,所以目標的能量可以得到有效的積累。

對有源干擾的抑制能力,取決於雷達信號的時寬帶寬積(B*T),假如雷達最小信號相干積累時間為60ms,則信號時寬為T=60ms,雷達的距離分辨力為30m,對應的信號帶寬為B=5MHz,時寬帶寬積為:

 

 

對窄帶有源干擾的抑制度為:

 

 

在掃描過程中,采用頻率捷變、碼型變化技術,進一步提高抗有源干擾能力。

3)近區強信號目標對弱目標信號干擾的抑制能力

近區強信號目標對弱目標的影響更多表現為對距離旁瓣的影響。速度處理能力可把強弱目標信號在頻域加以分開,在速度域進行判決處理,是解決問題的關鍵。

 


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