雷达通常有两种基本类型:连续波雷达和脉冲雷达。连续波雷达在发射的同时发射连续波,并能接收反射回波信号,即能同时发射和接收。雷达间歇地发射脉冲周期信号,并在发射间隔,即发射和接收间隔接收反射回波信号。
1.脉冲雷达的优点在雷达工作过程中,发射信号的泄漏会对接收机造成干扰。主要有两种情况:一是大信号干扰可能造成接收机压缩增益或饱和,甚至造成接收机堵塞,通常可以通过物理隔离收发天线来解决;二是发射信号的边带噪声会淹没微弱的回波信号,影响接收机的目标检测。
直接信号泄漏通常可以通过结合收发器天线隔离和频率分离来解决。在多普勒导航仪中,多普勒频移可以提供足够的频率间隔,保证发射信号不干扰接收机。
对于机载雷达来说,每个发射机都不可避免地会产生噪声,这些噪声会被调制到发射机的输出端,产生调制边带噪声,覆盖发射频率周围的一个较宽的频带。尽管这些边带噪声的功率极小,但它们仍然比来自目标的回波信号强许多数量级。
为了防止发射机边带噪声干扰接收信号,接收机必须与发射机隔离。采用独立的发射机和接收机,发射机和接收机使用各自独立的天线,实现了发射机和接收机的隔离。和地基连续波雷达。
然而,由于空间有限,机载雷达通常共用一对天线进行发射和接收。因此,来自发射机的边带噪声将不可避免地通过天线进入接收机。脉冲雷达可以有效避免发射机干扰接收机的问题。
2.脉冲波形参数如果雷达采用脉冲系统,发射和接收不同,发射信号的泄漏就不再是问题。
脉冲工作模式的另一个优点是可以简化距离测量。如果脉冲间隔足够宽,可以通过测量发射脉冲和接收脉冲的回波脉冲之间的时间差来精确测量目标的距离。
载波频率
载波频率通常不是常数,而是以不同的方式变化,以满足特殊系统或操作的需要。载波频率可以从一个脉冲到下一个脉冲增加或减少。在一个脉冲内,载波频率也可能随机或以一种特殊的方式变化,这被称为脉冲内调制。
脉冲宽度
脉冲宽度是指脉冲的持续时间,根据雷达的不同应用,其范围可以从微秒到几千毫秒。
雷达使用未调制脉冲区分两个目标时,两个目标之间的距离间隔必须满足以下条件:发射脉冲下降沿离开较短目标的时间早于较长目标回波脉冲上升沿到达较短目标的时间。
脉冲内调制
脉冲采用频率或相位调制,利用脉冲压缩技术有效解决了信号脉宽对距离分辨率的限制。
脉冲重复频率
脉冲重复频率(PRF)是雷达脉冲传输的速度,即雷达每秒传输的脉冲数。机载雷达的脉冲重复频率可以在几百赫兹到几百千赫兹之间,并且可以在雷达工作过程中改变。
测量脉冲重复频率的另一种方法是测量其倒数,即从一个脉冲的开始沿到下一个脉冲的开始沿的周期,称为脉冲重复间隔(PRI),有时也称为脉冲周期。例如,如果PRF是100赫兹,那么PRI是1/100=0.01秒,或者10,000。
PRF的选择非常重要,因为它决定了雷达是否会产生距离模糊和多普勒频率模糊,以及模糊的程度。上图显示,当雷达无法直接确定回波脉冲对应哪个发射脉冲时,就会出现距离模糊。
3.输出功率和发射能量在讨论脉冲发射对输出功率和发射能量的影响之前,我们先来看看功率和能量的关系。简单来说,功率就是单位时间的能量,能量就是功率在时间上的积分。雷达脉冲发射的能量等于输出功率乘以发射脉冲的持续时间。
一般来说,对于脉冲雷达的输出功率,有两种不同的测量方法来获得两种不同的功率:峰值功率和平均功率。
峰值功率
指单个脉冲的功率。也就是说,如果脉冲是方波,那么每个脉冲的功率值从其上升沿到其下降沿都是一个常数,也就是说,当发射机开启或发射时,其峰值功率就是输出功率。峰值功率由p表示。单个传输路径(如波导)上的峰值功率有上限。
峰值功率和脉冲宽度决定了发射脉冲传输的能量。如果脉冲是方波,每个脉冲的能量等于其峰值功率乘以脉冲。
宽度。平均功率
雷达的平均发射功率,是指在一个PRI内发射脉冲功率的平均值。如果雷达脉冲是方波,平均功率等于峰值功率乘以脉冲宽度与PRI的比值。
例如,一个雷达的峰值功率为100kW,脉冲宽度为1,在PRI为2000内的平均功率为100=0.05kW或50W。
脉宽与周期的比被称为发射机的占空比,表示雷达工作过程中发射持续时间所占的比例。举例来说,如果一个雷达的脉冲宽度为0.5,而PRI为100,那么占空比为0.5雷达发射时间即为其工作时间的5/1000,就可以说雷达发射机的占空比为0.5%。
雷达平均输出功率之所以重要,是因为它可决定雷达潜在的可探测距离。在给定的周期内,雷达发射的总能量等于平均功率乘以脉冲周期。
为了使探测距离最大化,可以通过三种途径来提高平均功率:提高PRF、加大脉冲宽度以及增加峰值功率。
平均功率还关系到其他的一些因素。它与发射机效率一起,决定了因为发射机发热损耗所必须消散的能量,反过来说,这也决定了所需的冷却量。因此,平均功率越高,发射机就会越大、越热。
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