第5章雷达作用距离 第5章雷达作用距离 5,1雷达方程 5.2显小可检测信号 53脉冲积累对检测性能的改善 5.4且标截面积及其起伏特性 55系统损耗 5.6传播过程中各种因素的影响 5.7雷达方程的几种形式 BACK
第 5 章 雷达作用距离 第 5 章 雷达作用距离 5.1 雷达方程 5.2 显小可检测信号 5.3 脉冲积累对检测性能的改善 5.4 目标截面积及其起伏特性 5.5 系统损耗 5.6 传播过程中各种因素的影响 5.7 雷达方程的几种形式
第5章雷达作用距离 51雷达方程 511基本雷达方程 设雷达发射功率为P,雷达天线的增益为G,则在自由空间 工作时,距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为 PG (5.1.1) 4R 目标受到发射电磁波的照射,因其散射特性而将产生散射回波 散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积a(其量纲是面积)来表征其散 射特性。若假定目标可将接收到的功率无损耗地辐射出来,则可 得到由目标散射的功率(二次辐射功率)为
第 5 章 雷达作用距离 5.1.1 基本雷达方程 5.1 雷 达 方 程 设雷达发射功率为Pt , 雷达天线的增益为Gt , 则在自由空间 工作时, 距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为 1 2 4 R PG S t t = (5.1.1) 目标受到发射电磁波的照射, 因其散射特性而将产生散射回波。 散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散 射特性。若假定目标可将接收到的功率无损耗地辐射出来, 则可 得到由目标散射的功率(二次辐射功率)为
第5章雷达作用距离 Plo P=OS,= 4TR2 (5.1.2) 又假设P2均匀地辐射,则在接收天线处收到的回波功率密度为 Pgo 24mR2(4zR2) (51.3) 如果雷达接收天线的有效接收面积为A。则在雷达接收处接收回 波功率为P而 PGot P=As (4mR2)2 (5.14)
第 5 章 雷达作用距离 2 1 2 4 R PG P S t t = = (5.1.2) 又假设P2均匀地辐射, 则在接收天线处收到的回波功率密度为 2 2 2 2 2 4 (4 R ) PG R P S t t = = (5.1.3) 如果雷达接收天线的有效接收面积为Ar , 则在雷达接收处接收回 波功率为Pr , 而 2 2 2 (4 R ) PG A P A S t t r r = = (5.1.4)
第5章雷达作用距离 由天线理论知道,天线增益和有效面积之间有以下关系 4TA G 式中λ为所用波长,则接收回波功率可写成如下形式 PAGo (5.1.5) ′(4)3R 2=24 (5.1.6) 单基地脉冲雷达通常收发共用天线,即G=G=G,A=A,将此 关系式代入上二式即可得常用结果
第 5 章 雷达作用距离 由天线理论知道, 天线增益和有效面积之间有以下关系: 2 4 A G = 式中λ为所用波长, 则接收回波功率可写成如下形式: 3 4 2 (4 ) R PG G P t t r r = 2 4 4 R PA A P t t r r = (5.1.5) (5.1.6) 单基地脉冲雷达通常收发共用天线, 即Gt =Gr =G, At =Ar , 将此 关系式代入上二式即可得常用结果
第5章雷达作用距离 由式(5.14)-(516)可看出,接收的回波功率P反比于目标与 雷达站间的距离R的四次方,这是因为一次雷达中,反射功率经 过往返双倍的距离路程,能量衰减很大。接收到的功率P必须超 过最小可检测信号功率S;m雷达才能可靠地发现目标,当P正 好等于Sm时,就可得到雷达检测该目标的最大作用距离Rnax 因为超过这个距离,接收的信号功率P进一步减小,就不能可靠 地检测到该目标。它们的关系式可以表达为 O PGo (5.1.7) i min 4丌eR1(4丌)3R
第 5 章 雷达作用距离 由式(5.1.4)~(5.1.6)可看出, 接收的回波功率Pr反比于目标与 雷达站间的距离R的四次方, 这是因为一次雷达中, 反射功率经 过往返双倍的距离路程, 能量衰减很大。接收到的功率Pr必须超 过最小可检测信号功率Si min, 雷达才能可靠地发现目标, 当Pr正 好等于Si min时, 就可得到雷达检测该目标的最大作用距离Rmax。 因为超过这个距离, 接收的信号功率Pr进一步减小, 就不能可靠 地检测到该目标。它们的关系式可以表达为 4 max 3 2 2 4 max 2 2 min 4 (4 ) R PG R P A P S t r t r i = = = (5.1.7)
第5章雷达作用距离 或 Ot 4 max 4IS (5.1.8) I min PG2|4 R (4z)3 (5.1.9) 式(51.8)、(5.19)是雷达距离方程的两种基本形式,它表明了作 用距离R和雷达参数以及目标特性间的关系
第 5 章 雷达作用距离 或 4 1 min 3 2 2 max 4 1 min 2 2 max (4 ) 4 = = i t i t r S PG R S P A R (5.1.8) (5.1.9) 式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式, 它表明了作 用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系
第5章雷达作用距离 雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系,但因 未考虑设备的实际损耗和环境因素,而且方程中还有两个不可能 准确预定的量:目标有效反射面积σ和最小可检测信号S:,因此 它常用来作为一个估算的公式,考察雷达各参数对作用距离影响 的程度。 雷达总是在噪声和其它干扰背景下检测目标的,再加上复杂 目标的回波信号本身也是起伏的,故接收机输出的是随机量 雷达作用距离也不是一个确定值而是统计值,对于某雷达来讲, 不能简单地说它的作用距离是多少,通常只在概率意义上讲,当 虚警概率(例如106)和发现概率(例如90%)给定时的作用距离是 多大
第 5 章 雷达作用距离 雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系, 但因 未考虑设备的实际损耗和环境因素, 而且方程中还有两个不可能 准确预定的量: 目标有效反射面积σ和最小可检测信号Si min, 因此 它常用来作为一个估算的公式, 考察雷达各参数对作用距离影响 的程度。 雷达总是在噪声和其它干扰背景下检测目标的, 再加上复杂 目标的回波信号本身也是起伏的，故接收机输出的是随机量。 雷达作用距离也不是一个确定值而是统计值, 对于某雷达来讲, 不能简单地说它的作用距离是多少, 通常只在概率意义上讲, 当 虚警概率(例如10-6 )和发现概率(例如90%)给定时的作用距离是 多大
第5章雷达作用距离 512目标的雷达截面积(RCS) 雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。为了描述 目标的后向散射特性,在雷达方程的推导过程中,定义了“点” 目标的雷达截面积σ,如式(51.2)所示, P2为目标散射的总功率,S1为照射的功率密度。雷达截面积σ 又可写为
第 5 章 雷达作用距离 5.1.2 目标的雷达截面积(RCS) 雷达是通过目标的二次散射功率来发现目标的。 为了描述 目标的后向散射特性, 在雷达方程的推导过程中, 定义了“点” 目标的雷达截面积σ, 如式(5.1.2)所示, P2=S1σ P2为目标散射的总功率, S1为照射的功率密度。雷达截面积σ 又可写为 1 2 S P =
第5章雷达作用距离 由于二次散射,因而在雷达接收点处单位立体角内的散射功率P 为 P△4兀 4丌 据此,又可定义雷达截面积为 返回接收机每单位立体角内的回波功率 O=4丌 入射功率密度 σ定义为,在远场条件(平面波照射的条件)下,目标处每单位入射 功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π
第 5 章 雷达作用距离 由于二次散射, 因而在雷达接收点处单位立体角内的散射功率PΔ 为 4 4 1 2 S P P = = 据此, 又可定义雷达截面积σ为 入射功率密度 返回接收机每单位立体角内的回波功率 = 4 σ定义为, 在远场条件(平面波照射的条件)下, 目标处每单位入射 功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π
第5章雷达作用距离 为了进一步了解σ的意乂,我们按照定义来考虑一个具有良好导 电性能的各向同性的球体截面积。设目标处入射功率密度为S1, 球目标的几何投影面积为A1,则目标所截获的功率为S1A1。由于 该球是导电良好且各向同性的,因而它将截获的功率S1A1全部均 匀地辐射到4π立体角内,根据式(51.10),可定义 S1A1/(4丌) =4兀 A1(5.1.11) 式(51.11)表明,导电性能良好各向同性的球体,它的截面积σ1等 于该球体的几何投影面积。这就是说,任何一个反射体的截面积 都可以想像成一个具有各向同性的等效球体的截面积
第 5 章 雷达作用距离 为了进一步了解σ的意义, 我们按照定义来考虑一个具有良好导 电性能的各向同性的球体截面积。 设目标处入射功率密度为S1 , 球目标的几何投影面积为A1 , 则目标所截获的功率为S1A1。 由于 该球是导电良好且各向同性的, 因而它将截获的功率S1A1全部均 匀地辐射到4π立体角内, 根据式(5.1.10)，可定义 1 1 1 1 /(4 ) 4 A S S A i = = (5.1.11) 式(5.1.11)表明, 导电性能良好各向同性的球体, 它的截面积σi等 于该球体的几何投影面积。这就是说, 任何一个反射体的截面积 都可以想像成一个具有各向同性的等效球体的截面积