【正文】 的起伏損失 － 505101520情況1和23和4對每一脈沖附加信噪比 /dBPd圖 定的發(fā)現(xiàn)概率 Pd時 , 起伏目標(biāo) 比 不起伏目標(biāo)每一脈沖所需增加的信號噪聲比 。 當(dāng) Pd=90%時 , 一 、 二類起伏目標(biāo)比不起伏目標(biāo)需增加的信號噪聲比約 9dB； 而對三 、 四類目標(biāo)則需增加約 4 dB。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 What is 雷達(dá)中的波導(dǎo) ? 波導(dǎo) 顧名思義就是 傳播無線電波的導(dǎo)體 ， 雷達(dá)中的波導(dǎo)是在雷達(dá)中傳播射頻信號的一種高頻饋線 。 典型的雷達(dá)波導(dǎo)為空腔的金屬體 ，其斷面一般為較扁的矩形 。 在 主振放大式發(fā)射機 中 ， 由固態(tài)功放輸向射頻放大管的微波小功率信號以及射頻放大管輸向雷達(dá)天線饋源的大功率信號用的是波導(dǎo) 。 在接收系統(tǒng)內(nèi) ， 由天線饋源輸送回高頻接收機的回波信號用的也是波導(dǎo) 。 為了防止微波在傳輸過程中發(fā)生打火 ， 常常在波導(dǎo)內(nèi)充上一定壓強的干燥空氣或其他氣體 。 事實上雷達(dá)中的波導(dǎo)還包括天線收發(fā)開關(guān) 、放電管 、 環(huán)行器 、 隔離器等 。 微波在波導(dǎo)中傳輸是有一定損耗的 ，這些損耗要記入雷達(dá)的系統(tǒng)損耗 。 所以一般波導(dǎo)是不允許用力碰撞的 ， 以防連接不良 、 波導(dǎo)漏氣或者造成波導(dǎo)形變 ， 從而增加系統(tǒng)損耗 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 系 統(tǒng) 損 耗 射頻傳輸損耗 當(dāng)傳輸線采用波導(dǎo)時 , 則 波導(dǎo)損耗 指的是 連接 在 發(fā)射機輸出端 到 天線之間波導(dǎo) 引起的 損失 , 它們包括單位長度波導(dǎo)的損耗 、 每一波導(dǎo)拐彎處的損耗 、 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的損耗 、 天線收發(fā)開關(guān)上的損耗以及連接不良造成的損耗等 。 當(dāng)工作頻率為 3000MHz時 , 有如下典型的數(shù)據(jù) : 第 5 章 雷達(dá)作用距離 天線轉(zhuǎn)換開關(guān)的損耗 dB 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的損耗 dB 每 m波導(dǎo)的損耗 (雙程 ) dB 每個波導(dǎo)拐彎損耗 連接不良的損耗 (估計 ) 總的波導(dǎo)損耗 波導(dǎo)損耗與波導(dǎo)制造的材料 、 工藝 、 傳輸系統(tǒng)工作狀態(tài)以及工作波長等因素有關(guān) , 通常情況下 , 工作波長越短 , 損耗越大 。 頻率越高波長越短，饒射 (衍射效果 )能力越弱，但穿透能力 (不變方向 )越強，信號穿透會損失很大能量，所以傳輸距離就可能越近，頻率越高在傳播過程的損耗越大。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 天線波束形狀損失 在雷達(dá)方程中 , 天線增益是采用 最大增益 , 即認(rèn)為 最大輻射方向?qū)?zhǔn)目標(biāo) 。 但在實際工作中天線是掃描的 , 當(dāng)天線波束掃過目標(biāo)時收到的回波信號振幅按天線波束形狀調(diào)制 。 實際收到的回波信號能量比假定按最大增益的等幅脈沖串時要小 。 當(dāng)回波是振幅調(diào)制的脈沖串時 , 可以在計算檢測性能時按調(diào)制脈沖串進(jìn)行 。 我們在這里采用的辦法是利用 等幅脈沖串已得到的檢測性能 計算結(jié)果 , 再加上 “ 波束形狀損失 ” 因子來修正振幅調(diào)制的影響 。這個辦法雖然不夠精確 , 但卻簡單實用 。 m a xm in122 43( 4 )??????????itPGRS第 5 章 雷達(dá)作用距離 設(shè) Pd≈，單程天線功率方向圖可用高斯函數(shù)近似 , ]/ x p [)( 22 BG ??? ??式中 , θ是 從波束中心開始測量的角度 。 θB是 半功率點波束寬度 。又設(shè) mB為半功率波束寬度 θB內(nèi)收到的 脈沖數(shù) 。 m為 積累脈沖數(shù) , 則波束形狀損失 (相對于積累 m個最大增益時的脈沖 )為 ?????? 2/)1(122 )/ xp(21mKBmKm波束形狀損失例如 : 積累 11個脈沖 , 它們均勻地排列在 3 dB波束寬度以內(nèi) , 則其損失為 dB。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 設(shè)備不完善的損失 從雷達(dá)方程可以看出 , 作用 距離 與 發(fā)射功率 、 接收機噪聲系數(shù)等雷達(dá)設(shè)備的參數(shù)均有直接關(guān)系 。 m a xm in122 43( 4 )??????????itPGRS發(fā)射機 中所用發(fā)射管的參數(shù)不盡相同 , 發(fā)射管 在波段范圍內(nèi)也有不同的輸出功率 , 管子使用時間的長短也會影響其輸出功率 , 這些因素隨著應(yīng)用情況變化 , 一般缺乏足夠的根據(jù)來估計其損失因素 , 通常用 2dB的數(shù)量來近似其損失 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 而在 接收系統(tǒng) 中 , 工作頻帶范圍 內(nèi) 噪聲系數(shù) 值也會發(fā)生變化 , 如果引入雷達(dá)方程的是最好的值 , 則在其它頻率工作時應(yīng)引入適當(dāng)?shù)膿p失 。 此外 ， 接收機的頻率響應(yīng)如果和發(fā)射信號不匹配 , 也會引起 失配損失 。 已經(jīng)知道在 白高斯噪聲 作用上 , 匹配濾波器 是雷達(dá)信號的 最佳 線性處理器 , 它可以給出 最大 的 信號噪聲比 , 并且這個 峰值信號噪聲比 等于接收信號的能量 E的 二倍 比輸入單邊噪聲功率譜密度 N0, 即 0m a x2NENSo???????第 5 章 雷達(dá)作用距離 實際接收機不可能達(dá)到 匹配濾波器輸出的信噪比 , 它只能 接近 這個數(shù)值 , 因此 ， 實際接收機比理想的匹配接收機要引入一個 失配損失 , 這個損失的大小與采用的信號形式 、 接收機濾波特性有關(guān) 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 傳播過程中各種因素的影響 大氣傳播影響 圖 大氣衰減曲線 1001010 . 0 0 0 11 2 4 6 10 20 40 60 202200頻率 / G H z衰減 / ( dB / km)第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 (a) 仰角 0176。 時 。 (b) 仰角 5176。 時 10 0005 0003 0002 0001 0009008007006005004003002001000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300雙程衰減 / dB雷達(dá)頻率/ MHz( a )雷達(dá)至目標(biāo)距離 / 海 里第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 (a) 仰角 0176。 時 。 (b) 仰角 5176。 時 10 00 05 00 03 00 02 00 01 00 0900800700600500400300200100020 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300雙程衰減 / dB雷達(dá)頻率 / MHz( b )雷達(dá)至目標(biāo)距離 / 海 里第 5 章 雷達(dá)作用距離 除了正常大氣外 , 在惡劣氣候條件下大氣中的雨霧對電磁波也會有衰減作用 。 各種氣候條件下衰減分貝數(shù)和工作波長的關(guān)系如圖 。 圖 a是微雨 (雨量 )。 b是小雨 (雨量 1mm/h)。 c是大雨 (4 mm/h)。 d是暴雨 (16 mm/h)。 e是霧 , 其濃度為能見度600 m(含水量 g/m3)。 f是霧 , 其濃度為能見度 120 m(含水量 g/m3)。 g為濃霧 , 能見度為 30 m(含水量 g/m3)。 當(dāng)在作用距離全程上有均勻的傳播衰減時 , 雷達(dá)作用距離的修正計算方法如下所述 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 雨霧衰減曲線 1051 .00 .10 .0 10 .5 1 .0 5 10feabgdc衰減 / (dB / km)? ? / c m0 .5第 5 章 雷達(dá)作用距離 考慮衰減時雷達(dá)作用距離的計算方法 : 若電波單程傳播衰減為 δdB/km, 則雷達(dá)接收機所收到的回波功率密度 S2′與沒有衰減時功率密度 S2的關(guān)系為 ReSSRRSSRSSRSS?????239。2239。2239。2239。2102102lg2lg10?????() 第 5 章 雷達(dá)作用距離 考慮傳播衰減后雷達(dá)方程可寫成 m a 4/10032m a x )4(RBnrtt eLCDFkTGGPR ???????????? () 式中 ， δRmax為在最大作用距離情況下單程衰減的分貝數(shù) , 由式()知 δRmax是負(fù)分貝數(shù) (因為 S2′總是小于 S2), 所以考慮大氣衰減的結(jié)果總是降低作用距離 。 由于 δRmax和 Rmax直接有關(guān) , 式()無法寫成顯函數(shù)關(guān)系式 。 可以采用試探法求 Rmax, 常常事先畫好曲線供查用 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 有衰減時作用距離計算圖 (無衰減時) Rmax / km?? / ( d B / k m )1 2 4 6 8 10 20 40 60 100 200 100060040026481020406080100200400600800100010 6 4 2 1 0 .40 .60 .10 .2 0 .0 40 .0 1 0( 有衰減時) Rm a x / k m第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 大氣折射的影響 雷達(dá)無折射時的雷達(dá)射線有折射時的雷達(dá)射線無折射時的雷達(dá)地平線有折射時的雷達(dá)地平線( a )視在目標(biāo)位置雷達(dá)折射線真實目標(biāo)位置角誤差( b )第 5 章 雷達(dá)作用距離 圖 (a) 雷達(dá)直視距離的幾何圖形 。 (b) 雷達(dá)直視距離計算 雷達(dá) 視線（距離 d0) 目標(biāo)hahtae( a )Ah1Bh2Cod0( b )ae第 5 章 雷達(dá)作用距離 電波傳播射線向下彎曲 , 等效于增加視線距離 , 如圖 (a)所示 。 處理折射對直視距離影響的常用方法是用等效地球曲率半徑 ka來代替實際地球曲率半徑 a= km, 系數(shù) k和大氣折射系數(shù) n隨高度的變化率 dn/dh有關(guān) , dhdnak ?? 11 () 通常氣象條件下 , dn/dh為負(fù)值 。 在溫度 +15℃ 的海面以及溫度隨高度變化梯度為 176。 /m, 大氣折射率梯度為 106/m時 , k值等于 4/3, 這樣的大氣條件下等效于半徑為 ae=ka的球面對直視距離的影響 , km8 4 9 034 ?? aa eae為考慮典型大氣折射時等效地球半徑。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 由圖 d0為 )m()m(()km()km((1 3 0)(2)()(2121212222210hhhhhhaahaahadceeee????????????() 計算出的 d0單位是公里。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 雷達(dá)直視距離是由于地球表面彎曲所引起的 , 它由雷達(dá)天線架設(shè)高度 h1和目標(biāo)高度 h2決定 , 而和雷達(dá)本身的性能無關(guān) 。 它和雷達(dá)最大作用距離 Rmax是兩個不同的概念 , 如果計算結(jié)果為 Rmax＞ d0, 則說明是由于天線高度 h1或目標(biāo)高度 h2限制了檢測目標(biāo)的距離 , 相反 ， 如果 Rmax＜ d0, 則說明雖然目標(biāo)處于視線以內(nèi) , 是可以 “ 看到 ” 的 , 但由于雷達(dá)性能達(dá)不到 d0這個距離而發(fā)現(xiàn)不了距離大于 Rmax的目標(biāo) 。 電波在大氣中傳播時的折射情況與氣候 、 季節(jié) 、 地區(qū)等因素有關(guān) 。 在特殊情況下 , 如果折射線的曲率和地球曲率相同 , 這就稱為超折射現(xiàn)象 , 這時等效地球半徑為無限 , 雷達(dá)的觀測距離不受視距限制 , 對低空目標(biāo)的覆蓋距離將有明顯增加 。 第 5 章 雷達(dá)作用距離 地面或水面的反射是雷達(dá)電波在非自由空間傳播時的一個最主要的影響 。 在許多情況下 ， 地面或水面可近似認(rèn)為是鏡反射的平面 , 架設(shè)在地面或水面的雷達(dá) , 當(dāng)它們的波束較寬時除直射波以外 , 還有地面 (或水面 )的反射波存在 , 這樣在目標(biāo)處的電場就是直接波與反射波的干涉結(jié)果 。 由于直接波和反射波是由天線不同方向所產(chǎn)生的輻射 , 以及它們的路程不同