雷达导论PART I.2 2020-1-22

大家好!先拜个早年!祝各位读者朋友鼠年大吉!恭喜发财!

今天我们接着讲第一篇的第二章—实现方法,第二章的层次结构,如下图所示。

2. 实现方法

  2.1 非相参脉冲雷达

2.1.1同步器

2.1.2调制器

2.1.3发射机

2.1.4双工器

2.1.5天线

2.1.6接收机防护装置

2.1.7接收机

2.1.8显示系统

2.1.9天线伺服系统

2.1.10供电

2.1.11自动跟踪

  2.2 相参脉冲多普勒雷达

2.2.1激振器

2.2.2发射机

2.2.3天线

2.2.4接收机

2.2.5信号处理器

2.2.6数据处理器

  2.3 相参特性的开发利用

2.3.1电扫雷达系统

2.3.2低截获概率雷达

2.3.3隐身飞机的隐身雷达

2.3.4先进的处理技术

  2.4 总结


第二章作者给出了很多原理框图,对于雷达初学者非常有价值,先上一张古老的雷达系统框图,看看雷达系统最初都是由什么构成的。

大家了解一下即可,这里我解释两个东西,Synchronizer(同步器)和indicator(指示器),可能初学者会比较困惑。图中的indicator对应原文中的2.1.8 节Display system。指示器有3个作用1)显示接收回波;2)实现自动搜索和跟踪功能;3)提取目标的参数。而要实现这些功能必须有同步器的配合,比如使用延时测距时,就得知道什么时候发射的脉冲,才能知道雷达波的传输时间。所以,同步器通过不断产生短暂、间隔平均的脉冲串,对发射机与指示器的工作进行同步。下面介绍一个很有意思的概念—视频信号。

这个概念当初困惑了我很久,首先雷达波处于不可见波段,可以肯定雷达的视频信号和我们生活中电视、摄像头中的视频信号不是一个东西,那它到底是什么东西呢,和实际生活中的视频信号又有什么关系呢?你如果去谷歌百度都不一定能找得到解释,最多知道它在雷达信号处理过程中的哪一环节,可能你去问资深的雷达专家都不一定能给出它的出处。我们先不说它出处,我们先看看它在雷达信号处理过程的哪一环,下图是接收机的信号处理框图。

图中共有3个框框,从左往右依次是包络检波器、中频放大器、本地振荡器,最右边是天线接收到的回波信号,大家结合图2-2看,信号流从右往左,先混频到中频,然后进行放大和滤波,再进行提取包络处理,处理完毕得到了视频信号!所以这里可以得出一个结论—视频信号就是中频信号放大后的包络。我以前对视频信号的理解也就到这里了,够用了,但是我仍然不知道它为什么叫视频信号,直到读了乔治.斯廷森先生的书。

检波器产生了正比于信号包络的输出电压,该信号类似于电视(是老式电视哈)中的图像信号,图像信号改变在显像管上绘出图像的电子束的强度。因此,检波器输出的信号又称为视频信号。在机载雷达、舰载雷达、地面雷达中,雷达系统是包含显示器的,所以如图2-2所示,视频信号最终也的确输出到了雷达显示屏上,视频信号的峰值就变为了屏幕上的亮点。

古老的雷达就介绍到这里,下面进入相参脉冲多普勒雷达。话不多说,先上图,F15战机的机载雷达!

可以看出该雷达还是机扫的,毕竟F15已经服役40多年了,该图可能是没升级前的F15。

图2-17和图2-2最大的不同是指示器不见了,多了信号处理器和数据处理器,并且数据处理器和各个组件之间有通信控制线。天线也变为了平板阵列天线,,这些都是雷达系统的进化,雷达的整体体积进一步缩小了,并且性能上得到了极大的提升,主要得益于数字技术的发展。很多现代雷达的基本框图都是这种形式。这里说明下雷达信号处理与雷达数据处理之间的关系,从图2-17可以看出,首先信号流是有先后关系的,所以雷达信号处理又叫预处理,雷达数据处理又叫后处理。

雷达信号处理主要完成目标的检测任务,如上图所示,对视频信号处理后得到目标的距离、速度、方位等信息;

数据处理则进一步对目标的点迹和航迹进行处理,预测目标未来时刻的位置,形成可靠的目标航迹,实现对目标的实时跟踪。另外数据处理一般还承担着对雷达系统的控制和检测功能。

它们两个共同组成了雷达系统中的核心部分,下图是信号处理器的实物图,由一堆接口和板卡组成,板卡内的核心处理器一般是FPGA和DSP,数据处理器也差不多也长这样,数据处理器的板卡上可能有CPU,用于跑实时操作系统。随着数字技术、计算机和芯片的发展,它们两个的界限越来越模糊,现在好多雷达其实就是一个处理机,完成所有的信号处理、数据处理以及通讯的功能。

最后,提一下电扫雷达,先上图,F117隐形飞机。

大家都知道雷达是飞机的眼睛,但是第一架F117为了隐身,竟然没有配雷达。。。原因就是当年的电扫雷达还不成熟,而机扫雷达的天线旋转起来就是个活靶子,所以索性不装。电扫雷达不用旋转,地面的雷达波可以反射到天上去,现在的隐身飞机上的雷达就都装电扫雷达了。

从这一期开始,开始出现很多缩写的专业词汇,这里附上一张常见的一些英文缩写的全称,也是出自《机载雷达导论》,这里面没有的我再给出解释。

https://download.csdn.net/download/lightninghenry/12117541

 

好了,下面进入章末的问题环节,下图是原书作者给出的扩展阅读。

本章作者提了5个问题,如下:

1. 非相参脉冲雷达和相参脉冲雷达的主要区别在哪里?

答:从上文中的图2-2和图2-17应当可以看出很多了,主要区别如下:

1)增加了雷达数据处理器;

2)增加了激励器,有的雷达叫微波源;

3)去除了同步器(其功能部分由激励器替代,主要由数据处理器替代);

4)去除了调制器(功能合并进发射机中);

5)去除了指示器(功能由信号与数据处理机替代)。

2. 除了发射机、接收机、天线和双工器外,雷达系统还需要哪些组件?

答:见2.2节的子标题和图2-17。

3. 除了上个问题中的组件外,实现自动跟踪还需要哪三个子系统?

答:1)要能识别出目标,最起码要在距离上分离出目标回波,这主要是数据处理机的事,老实雷达可能有一个专门的子系统干这个事;

2)波束要能持续照住目标区域,不能继续大范围扫描,可以使用单脉冲跟踪系统;

3)控制系统。

4.列举组成行波管的四个元件,并描述每个元件的功能。

答:行波管是发射机的核心部件,行波管的介绍在原书中为蓝色背景色内容,为辅助知识,这部分内容我们一概跳过,确有必要再讲。

5. 解释有源相控阵和无源相控阵雷达系统之间的区别。

答:这部分内容本期不作解答,后面会有专门的章节展开介绍,这里就放两张图,大家先有个概念即可。

上图是PESA(无源电扫阵列,又名无源相控阵)的示意图,下图是AESA(有源电扫阵列,又名有源相控阵)的示意图。

 

       本期内容到此结束,希望这次的疫情能够及早控制,肺炎能够快点找到有效的治疗手段。

       外出一定要带口罩,勤洗脸洗手,大家鼠年再见!

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转载自blog.csdn.net/lightninghenry/article/details/104067757