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雷达在陆地、空中和海上的应用

2019-07-30 15:11
来源: 与非网

脉冲压缩

采用不同的调制技术可以实现脉冲压缩,它是一种可以用来克服距离和分辨率之间的权衡技术。脉冲压缩使长脉冲能够传输,然后在接收端进行压缩,从而使雷达系统同时实现远程和高分辨率。

单脉冲压缩技术基于线性频率调制(图4)。使用这种技术,脉冲从某个射频载波频率开始,在整个脉冲持续时间内线性增加频率,接收端的匹配滤波负责压缩接收到的信号。线性调频脉冲也称为调频啁啾。此外,另一种脉冲压缩技术是基于非线性调频。

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4、脉冲压缩的线性调频方法

脉冲压缩也可以基于相位调制。其中一种技术采用二进制相移键控调制,使用巴克码序列。这种方法用于产生可压缩脉冲。

天线和相控阵系统

雷达系统中还有一个方面没有详细讨论,那就是天线。适当的天线性能对任何雷达系统都至关重要。前面介绍的雷达方程显示了雷达系统的性能是如何取决于天线增益的。天线增益越大,雷达系统的射程就越远。此外,缩小天线的波束宽度也会增加其增益。

在雷达应用中,天线波束通常是动态控制的,以覆盖整个感兴趣的区域。使用这种动态波束控制是因为静态波束不具备覆盖整个区域的能力。传统上,可控光束通过机械定位系统完成。然而,现代雷达系统通常利用相控阵天线系统来控制电子波束。

相控阵天线系统可定义为天线阵列或辐射元件(图5)。这些元件可以在矩形网格中相邻放置,最简单的情况下甚至仅在一条直线上。根据施加到各个天线元件的信号相位,独立的天线束会有建设性和破坏性地相互干扰,因此,天线波束可以组合成一个特定方向的窄波束,而在其他方向发生抵消。波束的方向可以通过调整应用于天线元件的信号相位来改变。

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5、相控阵天线系统的简化框图

相控阵系统可以改变波束方向,而无需物理移动天线。此外,这些系统可以有数百甚至数千个单独的天线元件组成。与机械系统相比,相控阵系统具有几个优点。首先,它们更快,此外,相控阵系统消除了机械故障的可能性。

雷达测试仪器

雷达系统测试可以通过各种测试仪器进行信号生成和分析。随着雷达系统变得越来越复杂,现代测试仪器的功能也能满足这些需求。可用于生成和分析雷达信号的不同类型的仪器包括矢量信号发生器、任意波形发生器、示波器、功率表、频谱分析仪和矢量信号分析仪。

雷达信号产生

产生雷达信号可以通过几种不同的方法来实现。在雷达测试方面,垂直地面雷达无疑是一种重要的仪器。它们可以产生调制信号,例如雷达应用中使用的脉冲射频信号。

AWG也是雷达信号产生的重要测试仪器。传统的雷达信号产生方法是利用AWG产生基带信号,然后将其应用于射频调制器。该方法产生的调制信号可用于雷达测试环境。然而,更新的AWG可以直接生成用于雷达测试的射频信号。

频谱分析仪和矢量信号分析仪

频谱分析仪用于分析频域中的脉冲射频信号。图6是脉冲射频信号频谱分析仪示意图,光谱分量之间的距离由脉冲重复频率决定。主瓣和旁瓣的宽度与脉冲宽度有关。当使用频谱分析仪测量脉冲射频信号时,分辨率带宽必须低于脉冲重复频率,以便区分每个频谱分量。

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6、脉冲射频信号频谱分析仪示意图

VSA提供了频谱分析仪以外的测量功能,因为它们可以捕获信号的幅度和相位信息。除频域分析外,还可以在时域和调制域中显示测量结果,对于分析当今复杂的脉冲雷达信号也非常有效。

功率计

功率计是另一种可以用来测量雷达信号的仪器。平均功率计可以测量脉冲射频信号的平均功率。如果已知占空比,也可以确定峰值功率。但是,任何脉冲异常都会导致测量结果不准确,只有理想脉冲才能进行精确测量。因此,平均功率计并非是用于测量脉冲射频信号峰值功率的最佳仪器。

峰值功率计可直接测量脉冲射频信号的峰值功率电平。峰值功率计通常具有跟踪显示功能,使人们可以看到脉冲射频信号的包络。视频带宽也是一个重要参数,它必须足够精确地跟踪脉冲射频信号的包络。

示波器

示波器测量可以追溯到早期的雷达脉冲,今天的一些示波器提供了毫米波频率的测量能力。最后,虽然VSA和示波器都具有许多相同的测量功能,但在每个测量能力方面也存在权衡。

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