关于雷达作用距离的研究论文

1. 雷达作用距离 雷达的最基本任务是探测目标并测量其坐标，因此，作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达能在多大的距离上发现目标。作用距离的大小取决于雷达本身的性能，其中有发射机、接收系统、天线等分机的参数，同时又和目标的性质及环境因素有关。 通常噪声是检测并发现目标信号的一个基本限制因素。由于噪声的随机特性，使得作用距离的计算只能是一个统计意义上的量。再加上无法精确知道目标特性以及工作时的环境因素，从而使作用距离的计算只能是一种估算和预测。然而，对雷达作用距离的研究工作仍是很有价值的，它能表示出当雷达参数或环境特性变化时相对距离变化的规律。雷达方程集中地反映了与雷达探测距离有关的因素以及它们之间的相互关系。研究雷达方程可以用它来估算雷达的作用距离，同时可以深入理解雷达工作时各分机参数的影响，对于雷达系统设计中正确地选择分机参数具有重要的指导作用。雷达方程 本节先集中研究最常用的一次雷达，它是依靠目标后向散射的回波能量来探测目标的。下面推导基本雷达方程，以便确定作用距离和雷达参数及目标特性之间的关系。首先讨论在理想无损耗、自由空间传播时的单基地雷达方程，然后再逐步讨论各种实际条件的影响。基本雷达方程： 设雷达发射功率为  ，雷达天线的增益为  ，则在自由空间工作时，距离雷达天线  的目标处的功率密度  为 目标受到发射电磁波的照射，因其散射特性而将产生散射回波。散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度  ；以及目标的特性有关。用目标的散射截面积  来表征其散射特性。若假定目标可将接收到的功率无损耗地辐射出来，则可得到由目标散射的功率（二次辐射功率）为 又假设  均匀地辐射，则在接收天线处收到的回波功率密度为 如果雷达接收天线的有效接收面积为  ，则在雷达接收处回波功率为  ，而 由天线理论知道，天线增益和有效面积之间有以下关系： （） 式中， 为所用波长，则接收回波功率可写成如下形式： （） 单基地脉冲雷达通常是收发共用天线，即 ，将此关系式带入以上两式即可得到常用结果。 由式()~式(）可看出，接收的回波功率  反比于目标与雷达站间的距离  的四次方，这是因为一次雷达中，反射功率经过往返双倍的距离路程，能量衰减很大。接收到的功率  必须超过最小可检测信号功率  ，雷达才能可靠地发现目标，当 正好等于 时，就可得到雷达检测该目标的最大作用距离。因为超过这个距离，接收的信号功率  进一步减小，因此不能可靠地检测到该目标。它们的关系式可以表达为   （） （） 式()、式()是雷达距离方程的两种基本形式，它表明了作用距离  和雷达参数以及目标特性间的关系。在式(）中， 与  成反比，而在式()中， 却和 成正比。这是由于当天线面积不变时，波长  增加时天线增益下降，导致作用距离减小；而当天线增益不变时，波长增大时要求的天线面积亦相应加大，有效面积增加，其结果是作用距离加大。雷达的工作波长是整机的主要参数，它的选择将影响到诸如发射功率、接收灵敏度、天线尺寸、测量精度等众多因素，因而要全面权衡。 雷达方程虽然给出了作用距离和各参数间的定量关系，但因未考虑设备的实际损耗和环境因素，而且方程中还有两个不可能准确预定的量：目标有效反射面积  和最小可检测信号，因此它常用来作为一个估算的公式，考察雷达各参数对作用距离影响的程度。 雷达总是在噪声和其他干扰背景下检测目标的，再加上复杂目标的回波信号本身也是起伏的，故接收机输出的是随机量。雷达作用距离也不是一个确定值，而是统计值，对于某雷达来讲，不能简单地说它的作用距离是多少，通常只在概率意义上讲，当虚警概率（如）和发现概率（如90%）给定时的作用距离是多大。2. 雷达干扰距离 干扰机的基本组成干扰机的基本组成： 遮盖式干扰资源的基本组成： 转发式干扰资源的基本组成：

怎么算 ？

给出一个例子，若雷达峰值功率为1KW，波束宽度为1°的笔形波束天线位于X波段（10GHz），距离10km处有一架RCS为100m²的大型喷气机飞机，我们可以利用下面给出的式子计算雷达的接收功率。

首先计算雷达的天线增益：

波长

假设大气损耗和系统损耗可以忽略不计，则雷达接收信号功率为：

可以看到，接收信号的功率只是纳瓦数量级，与发射功率之前差了12个数量级，雷达发射信号功率同接收信号功率之间存在着较大的动态范围差异。

为什么要这样算 ？

既然是反射功率同回波功率的确定性模型，那么就从雷达的发射开始说起，先发出一个功率为Pt (W)的波形，为了容易理解，我们认为其发射无方向性，而且这个波形在传播的过程中没有功率上的损耗。

该波形到距离R处，该处功率密度为总辐射功率除以半径为R球体的表面积4π R²，也就是

实际应用中，考虑到雷达天线的方向性，天线的增益，其中天线的增益G等于最大功率密度和无方向功率密度之比，因此，在天线的最大辐射方向上，雷达在距离R处的最大发射功率密度为：

如果目标正好在天线的最大增益方向上，上式就是雷达照射到目标的功率密度。

理解了雷达的发射功率密度后，需要了解雷达的发射波对于距离R处的散射体或点目标的一种现象，“后向散射”。

在计算后向散射功率时需要考虑目标的接收面积σ，即可得到目标将自身接收到的全部电磁波辐射出去的后向散射功率为

上面提到的σ即为雷达信号处理中经常遇见的雷达截面积（RCS）。

若RCS是在后向散射功率无方向性的辐射前提下定义的，可以得到雷达接收到的后向散射功率密度为

其中，该后向功率密度是按照半径为R的球体的表面积进行计算。

再考虑雷达天线的有效孔径面积Ae m²，其总的后向散射功率为

而天线有效孔径，天线增益和工作波长的关系

可以得到雷达总的后向散射功率为

上述的雷达接收功率时在不加任何信号处理时的接收功率，而实际应用下，我们不得不考虑传播过程中的损耗，因此，需要通过信号处理引入一些损耗因子和增益因子。

若每km的单程损耗值为α,单位为dB，距离R (m)处的目标，大气损耗的值为

大气损耗对于高频段的雷达十分重要，例如10GHz左右雷达的大气损耗可以忽略不计，但是60GHz的雷达其短短几千米的大气损耗就可以达到数十dB,这也是60GHz不是雷达常用工作频率的原因。同时也可以看到， 大气损耗同系统损耗一样，都有随雷达工作频率变化而变化的特性 。

考虑大气损耗和系统损耗的影响，可以得到最终的雷达的接收功率为

需要注意的是，上式总包括的几个变量如大气损耗，天线增益，RCS等常用作分贝为单位，该式中则需要采用线性单位，而非分贝。另外Pr为瞬时接收功率，不是平均功率。

根据雷达的接收信号功率计算公式，也就是雷达的距离方程，其中的一个重要结论就是 点目标其接收功率按照雷达到目标距离的4次方下降 。

因此，雷达检测一个给定RCS目标的能力随距离增加而快速下降，增加发射功率可以增加雷达的作用距离，考虑到R^{4}的关系，功率必须增加到原来的16倍，也就是12dB，可以将雷达的作用距离增加至1倍。或将雷达天线增益增加到原来的4倍（6dB）同样可以将雷达的作用距离增加至1倍。另外，对于隐形战机可以将RCS减小到1/16，这样可以将雷达最其检测距离下降一半。

题图：padrinan

雷达重复周期决定着距离分辨率和探测距离。重复周期是指卫星相对地球而言，两次轨道完全重合所需时间间隔，即人造卫星第一次经过某个星下点和第二次经过同一个星下点的时间间隔。雷达作用距离作用距离是雷达的重要性能指标之一，它决定了雷达能在多大的距离上发现目标。作用距离的大小取决于雷达本身的性能。