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雷達作用距離

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在某種觀測環境及一定虛警概率P和發現概率Pd條件下,雷達能檢測到目標的距離,是雷達的重要性能參數之一。

1 雷達作用距離 -雷達作用距離

 

2 雷達作用距離 -正文

   在某種觀測環境及一定虛警概率P雷達作用距離和發現概率Pd條件下,雷達能檢測到目標的距離,是雷達的重要性能參數之一。雜訊干擾、雜波干擾以及有時出現的人為電子干擾和目標回波信號在空間環境並存,影響雷達對信號的檢測。因此,雷達作用距離實際上決定於經雷達系統處理后的信號雜訊比或信號干擾比。
  雷達距離方程  描述雷達性能參數和目標環境對作用距離影響的表達式,可用以估算雷達作用距離,對於正確選擇雷達性能參數具有重要意義。在雷達系統無損耗、收發天線共用和自由空間傳播情況下,雷達回波信號的平均功率為

雷達作用距離  (1)

式中等號右邊第一項為雷達發射功率輻射到空間時在距離R處的功率密度;雷達作用距離為發射機平均功率;Gt為天線發射增益;第二項中的σ為雷達目標截面積;4πR2為回波返回途徑的散度。前兩項乘積為反射回波在雷達處的功率密度;第三項Ar是天線有效接收面積。三項的乘積表示雷達天線所收到距離為R處的目標回波信號的平均功率。
  雷達作用距離實際上取決於經接收機處理后的信號雜訊比,所以常以信噪比表示雷達距離方程。根據統計判決理論,不論雷達信號波形如何,在白雜訊條件下接收機匹配濾波器輸出最大信噪比等於接收回波信號能量E與接收系統雜訊能量N0之比。由於現代雷達採用了各種形式的信號波形,雷達距離方程用能量比表示較之用功率比表示更為合適。N0等於玻耳茲曼常數k(1.38×10-23J/K)與接收系統雜訊溫度Ts之乘積。E等於回波信號平均功率雷達作用距離與雷達天線波束掃過目標的觀測時間t0之乘積。把這兩個值代入(1)式,則得到以能量比表示的雷達距離方程

雷達作用距離   (2)

  如果用可見度係數V0表示匹配接收機在一定P雷達作用距離Pd條件下雷達檢測目標所需的信噪比,用L修正實際雷達的各種損失(包括目標起伏損失、天線掃描損失、天線饋線系統損失、接收系統信號處理損失等),用雷達收發天線至目標方向傳播因子雷達作用距離修正非自由空間傳播的介質吸收、多徑效應等影響,則得雷達距離方程為

雷達作用距離    (3)

  這一雷達距離方程適用於各種類型的雷達,包括脈衝雷達、脈衝多普勒雷達和連續波雷達等。受雜訊限制的雷達作用距離在方程中出現四次冪的關係,表示要增大雷達作用距離必須付出巨大的代價。在一定雜訊條件下增大作用距離的根本途徑,是增大接收機信號能量,即增大發射機平均功率與天線有效口徑的乘積。
  雜訊影響  雷達內部和外部均產生雜訊干擾,相對於接收機的窄頻帶而言,雜訊干擾的頻帶很寬(稱為白雜訊,它的功率譜均勻分佈),因此雷達信號檢測受到信號能譜佔有頻帶內雜訊能量的限制。雜訊屬於隨機過程,檢測微弱信號時,不論信號是否有起伏,信號加雜訊都具有統計的特性。檢測信號時,往往設置一個門限電壓。無信號時,雜訊偶爾超過門限而被誤為信號。這種情況出現的概率稱為虛警概率,它由雜訊特性、雜訊功率和門限電壓決定。在有信號時,信號加雜訊超過門限則判定為發現目標。這種檢測到信號的概率稱為發現概率,在一定虛警概率下它隨信噪比的增大而提高。信噪比這一參數,決定著作為雷達作用距離的函數的發現概率和虛警概率。為滿足實際雷達所允許的虛警概率和發現概率,要求經接收機處理后的信號雜訊功率比一般為10~100左右。
  雜波干擾影響  在地物、海浪、雲雨或箔條等分佈目標所產生的雜波干擾背景中觀測目標時,雷達檢測能力受到雜波的限制。若雷達未採用反干擾措施,在雜波超過接收機系統雜訊時,作用距離方程表示為信號雜波比的關係式,作用距離R在此方程中成一次或二次冪關係。在這種情況下,為保證雷達作用距離,提高雷達分辨力和採取適當的反雜波干擾措施是必要的。
  人為雜訊干擾影響  在人為雜訊干擾環境中觀測目標時,干擾雜訊能量遠大於接收機系統雜訊能量。因此,雷達距離方程 (2)中應以接收到的單位帶寬內的干擾雜訊功率代替N0。這時,增大雷達發射機平均功率、觀測時間和天線發射增益以及改善天線副瓣水平和採取反電子干擾措施便十分重要。
  參考書目
 M.I.斯科爾尼克主編,謝卓譯:《雷達手冊》,國防工業出版社,北京,1978。(M. I. Skolnik, Radar Handbook,McGraw Hill,New York,1970.)

 

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