第一篇：微波雷達系統介紹

微波雷達系統介紹

摘要：首先介紹了雷達的基本工作原理，對雷達的基本參數進行了簡單的說明，而后對雷達中用到的微波器件做了說明，主要介紹了兩種雷達結構，最后對雷達系統進行了簡單總結。

關鍵詞：雷達；微波 0前言

20世紀40年代，電磁波被用于發現目標和測量目標的距離，稱之為“無線電探測和測距”（radio detecting and ranging），取這幾個英文字母便構成radar（雷達）一詞。按照IEEE的標準定義[1]，雷達是通過發射電磁波信號，接收來自其威力覆蓋范圍內目標的回波，并從回波信號中提取位置和其他信息，以用于探測、定位，以及有時進行目標識別的電磁波系統。由于微波具有頻帶寬、穿透電離層能較強、似光性等優點，雷達就是利用了微波這些特性的典型代表。

1雷達的基本工作原理[2][4]

雷達的基本工作原理是，發射機通過天線向空間定向發送探測信號，信號被遠距離的目標部分反射后，由天線接收并傳送到接收機接收檢測和信號處理，觀測人員可以在接收機輸出端顯示屏上觀測有無目標以及目標的性質和距離。如果發射和接收共用一副天線，叫做單站雷達；如果收、發系統各有自己的天線，則叫做雙站雷達，分別如圖1和圖2所示。

GRPt雙工器目標

圖1單站雷達圖

GtPt接收機/處理機GrR目標

圖2雙站雷達圖

以單站雷達為例。發射功率Pt，發射天線增益G，傳輸距離R，則目標處的功率密度為

S1?PGt（W/m2）24?R目標將在各個方向散射入射功率，在某個給定方向上的散射功率與入射功率密度之比定義為目標的雷達截面?，表征目標的電磁散射特性，即

??Ps（m2）S1因此雷達截面具有面積的量綱，是目標本身的特性，它還依賴于入射角、反射角和入射波的偏振態。若把散射場看作二次源，二次輻射的功率密度為

S2?PG2t?（W/m）22(4?R)PRM?2Gt由天線的有效面積定義式Aeff?，PRM最大接收功率。可得，接收功率為 ?Si4?22PGtt??Pr?(4?)3R4

這就是雷達方程,接收功率單位W。接收功率按1/R減小，這意味著為了檢測遠距離目標，需要高功率發射機和高靈敏度接收機。

由于天線接收噪聲和接收機噪聲，存在接收機能夠識別的最小監測功率。若這一功率是Pmin，則得到最大可探測距離為

Rmax22?PG?tt?????（m）3?(4?)Pmin?1/44信號處理技術能夠有效降低最小可檢測信號，從而增加了可測量距離。

2雷達的基本參數[3]

2.1分辨率

分辨率可嚴格定義為分辨具有不同對比度的相隔一定距離的相鄰目標的能力。一般習慣使用一個不太精確的定義，既對微波系統來說，分辨率通常是指測量系統響應的半功率寬度。2.2角度分辨

毫米波雷達及輻射計通常都采用窄波束天線來提高角度分辨率。角度分辨一般采用半功率點的波束寬度來表示。其半功率點的波束寬度可表示為

??h?Kh

DKh—取決于天線類型和加權函數的系數；?—波長；D—天線口徑。

2.3距離分辨

大多數雷達都采用距離分辨概念。距離的分辨率由測量信號從雷達發至目標，并返回雷達所需的這一有限時間間隔決定。

當忽略大氣對微波傳播速度的影響（一般只有十萬分之幾的數量級），電波從雷達傳播到目標往返引起的時間延遲，就是電波傳播從雷達到目標的兩倍距離的時間，可由下

第二篇：微波(雷達)感應模塊原理以及應用調試

雷達感應開關原理調試

一、原理簡介：

1.主要功能與原理：如上圖所示，上圖是雷達感應開關模塊的感應板的電路原理圖，由集電極外PCB兩層銅箔間的電容、三極管內阻、寄生電容等構成RC震蕩電路，該震蕩電路震蕩產生高頻信號，經過三極管放大，再經過圍繞PCB三邊的天線發射出去。發射的2.4-3.2GHz的微波信號如果遇到移動物體，則反射波相對發射波就會有相位變化，回型天線接收到反射信號，反射波與發射信號的相位移頻就會以3-20MHz左右的低頻輸出（P4）,該信號再由后級運放放大，驅動繼電器，從而由繼電器控制燈光。另外，中間也可以加上光敏二極管檢測晝夜光線，作為夜間條件下控制輸出的前提條件。

2.發射頻率：RC振蕩電路的頻率f=1/2πRC，公式中的R是原理圖中三極管的輸入阻抗，C是PCB上三極管集電極基極引線正反面銅箔之間的電容以及三極管寄生電容組成的總電容。該電容量公式為C=εS/d，式中ε為介質（在這里就是指的PCB板材的介電常數），S為PCB極板面積，d為極板間距也就是PCB厚度。

3.接收：通過回型天線接收反射回來的雷達波，如果發射與接收波之間有相位移頻，則輸出低頻信號P4。

4.發射避開公共頻段又不能過高：因為3G和4G手機信號和WIFI信號的頻率范圍在1.8-2.4GHz，模塊的工作頻率盡可能避開這個頻段，避免相互干擾。一般的發射頻率2.5GHz左右最佳，頻率過高，則高頻三極管增益降低，感應距離近。發射頻率同天線部分PCB線路板尺寸大小、厚度、布線、三極管輸入阻抗與電容等有關。

5.發射頻率與發射信號強度：如果有頻譜儀測試發射天線端的發射信號，可以測試到發射頻點及其發射信號幅度。發射信號強度越大，感應距離越遠。但是，高頻三極管來說，隨著頻率的增加，其增益逐漸降低，發射的信號強度也就降低。另外，同一個頻率，三極管的特征頻率fT越大，其高頻增益就越高，感應距離也就越遠，所以，最好設計調整PCB，將頻點做到2.4GHz。6.接收靈敏度：同樣頻率，高頻三極管對高頻信號的fT越大，高頻增益越高，接收的移頻信號輸出幅度越大，感應靈敏度就越高，感應距離就越遠。適當調整后級運放的放大倍數也可以調整感應距離，但是，如果單純的提高后級運放的倍數，雖然感應較遠距離，但會將小幅度的其它干擾信號也放大輸出，造成誤報。

影響感應距離的幾個因素：A.發射天線板的尺寸，該尺寸越大，天線越長，則感應距離越遠。B.高頻三極管的特征頻率越高，其高頻增益越大，感應距離也就越遠。C.后級運放的放大倍數適當的高，其對輸出的移頻信號放大的幅度大。D.發射頻率最好在標準規范的2.4GHz。高頻三極管的增益會隨著頻率的增大而降低降低，頻點太高，發射信號功率降低、接收靈敏度也降低。

如果調試得當，使用9GHz的高頻三極管的，天線板尺寸在20*30mm左右時，感應距離會在3-5米。天線尺寸在30*40mm左右，感應距離會到8-10米。天線尺寸到40*50mm最遠感應距離會達到20米左右。如果你想在此基礎上降低感應距離，可以調整降低后面放大板上的運算放大器的增益，或者改變輸入的驅動電平，來滿足不同感應距離的要求。

7.發射天線：圍繞天線板3邊，用于將本振頻率信號發射出去，天線板尺寸越大，該天線越長，則發射信號越強，發射距離越遠，感應距離也就越遠，但是，這個發射天線又不能形成四邊閉環。天線對電源之間的4個電容主要是對與發射頻率相同、從電源串擾進來的其它模塊的信號與WIFI信號屏蔽濾波,如果出現串擾，請調整電容容量或者數量，使得濾波頻點同本板發射頻率相同。8.感應信號放大燈光控制：原理圖中，通過P4輸出感應信號SING OUT到后面的放大電路，將該信號通過運放放大，再去控制光源。為了避免被干擾誤報，建議在后級放大電路中采用帶有運放功能的CPU，植入信號判斷程序，從而將其它非感應信號濾除并加入不同狀態的燈光控制，提高抗干擾能力。

9.回型天線：發射極外的回型天線接收反射信號，為了使反射信號有效穿過回型天線，回型天線后面不敷設覆銅板。另外，回型天線只需要一個正弦波形就可以。還可以通過適當加寬回型天線線寬、加大波形幅度，并且在線上密布過孔來提高感應信號強度和靈敏度（注意：PCB三邊和回型天線上的過孔一定要滿鍍錫或者鍍化學金，以加強發射接收信號的強度）。

10.基極外去耦合銅箔天線：基極B外那個長方形天線（基極與R3之間的矩形銅箔天線）用作與其背面的PCB覆銅板形成的電容退耦合。該去耦尺寸太小，則退耦沒做好，感應距離很差并不穩定，如果尺寸過大，又會持續輸出感應信號，一般24*33mm的天線板的去耦合天線尺寸在3*8mm，如果天線尺寸大于或者小于24*33mm，則該去耦天線同比例增加或者縮小面積。這個去耦天線的形狀還與感應方向性（水平還是垂直）有關系，設計成長條形狀，則是垂直于PCB板的感應距離近，水平于PCB方向的感應距離遠。如果想水平與垂直的感應距離相等，則可以設計成方形的，但是面積不要變。

11.發射極引出的線條要適當寬長一些，這個線條以及基極外去耦合銅箔與背面銅箔之間的電容，是發射振蕩電路的電容，電容大小調整，也會調整發射頻點。

12.高頻三極管：最好采用特征頻率f T為9GHz以上的高頻三極管，f T越高，其在高頻微波頻段的高頻增益就越高，具體到使用中，f T越高，其發射信號幅度就越強、接收感應微弱微波信號越靈敏，感應的距離就越遠BFS520-SOT323-N2t與PRF947-SOT323-7N是9GHz的高頻三極管，BFR370F、BFR360F、BFG340F是f T為12GHz的高頻三極管。另外，盡可能的采用SOT323封裝的芯片。因為SOT323同SOT23相比較，SOT323封裝的芯片固定在引線框架的背面（見右圖），可以屏蔽正面過來的干擾波。并且，在PCB布線時，在高頻三極管的背面要敷設覆銅板，擋住背面進來的反射波，提高三極管的抗干擾能力。

13.下雨受潮報警：該產品發射的是厘米波，波長較短，任何微波雷達在下雨時都容易被雨折射反射，所以，下雨時，檢測信號有可能有輸出。另外，PCB受潮也會造成板材的介電常數變化，板間電容變化，發射頻點變化，因而PCB正反面要涂油防潮。

14.PCB板材：最好采用高頻板材的介電常數適當穩定的普通板材（高頻板材成本價格太高），開始做實驗投板時，最好多選用厚度1.2mm、1.0mm的板材，從而可能得到不同分布電容的PCB，也會得到不同的發射頻率和感應距離，最終從中選用最佳的。另外，PCB板材要用品質因數高，并且一定要穩定（否則頻率漂移并逐漸感應距離近）。

二、調試建議： 1.發射頻率過低（低于2.4GHz以下的話，抗干擾能力就差，反射能力差，感應距離會時遠時近，產生誤報。請調節發射信號震蕩電路集電極與基極外銅箔面積和接收信號電路或者PCB的板材厚度，改變發射頻率。（用3GHz以上的頻譜儀可以直觀的測試發射接收信號的頻譜與幅度）。2.感應距離近：發射天線太短、線寬太窄、過孔沒有金屬化，接收天線尺寸小，其相應的發射信號強度和接收靈敏度就低，感應距離就近。

3.振蕩電路中的阻容器件的均勻性、一致性、溫度穩定性要好一些，建議使用優質溫飄小的精密電阻、電容。

4.一點也不感應：A.可能是你的振蕩電路沒有起振，調整發射頻率震蕩電路，滿足起振條件。B.可能是高頻三極管的f T太低，對高頻信號的放大增益太小，至少要使用f T大于9GHz的高頻三極管。C.天線板尺寸太小，天線太短，發射信號太弱。D.三極管的偏置電路有問題，進入截止區或者飽和區。

5.相互串擾：直流的電源對微波波段的濾波不好，造成其它信號源以及間隔近的模塊之間的微波信號通過電源串進來，產生周圍雜波的干擾，會誤感應而持續亮燈、感應距離近。不要用整流二極管簡單整流供電，而要采用電源穩壓器芯片穩壓后供電，并且要調整四個濾波電容對外來同本板發射頻點相同的高頻信號濾波。

6.后級運放放大：大家大多使用的之前紅外聲光控開關上的運放BISS0001。最好使用帶有運放的單片機，并在單片機里面植入對感應信號判斷的程序，這樣，就會判斷去除串擾雜波信號和非感應信號，還能通過感應信號幅度變化來判斷人體與汽車是由遠及近再由近到遠，還是由遠及近到燈下不走，這樣可以更人性化的延時控制燈光。7.3.3V供電：使用3.3V供電，就要將高頻三極管的偏置做調整，提高基極與集電極的偏置壓降，以盡可能提高高頻三極管的工作點，避免因為電壓降低而造成的發射功率降低。

大家使用的原理圖都一樣，做出來的產品的感應距離卻不同，原因就是：PCB的布線產生的分布參數、元器件板材的采用、電源濾波、PCB尺寸、厚度等因素對產品的影響非常大。

五、設計經驗總結

1、天線長度

理論和實踐證明，當天線的長度為無線電波長的1/4時，無線的發射和接收轉換效率最高。因此，天線的長度將根據所發射和接收的頻率即波長來決定。只要知道對應發射和接收的中心頻率就可以用下面的公式算出對應的無線電信號的波長，再將算出的波長除以4就是對應的最佳天線長度。

頻率余波長的換算公式為：波長=300000000/頻率

2、PCB注意事項 天線版背面不能鋪銅 天線中增加過孔增加阻抗

注意器件布局，應當原理高頻三極管和天線。

3、距離調節電阻選擇

距離調節電阻即為放大倍數的調節,該電阻的大小應該根據你天線實際輸出信號大小而定，需要經過大量測試來判定你天線板信號的大小好壞,一般正常的信號在0.5v左右(天線長短粗細決定其質量)。

第三篇：微波水處理技術介紹

微波水處理技術介紹

微波水處理技術介紹在11月10日杭州召開的“全國城鎮排水管網及污水處理廠技術、改造、運營高級研討會”上，中國城鎮供排水協會副會長聶梅生做了題目為“重新認識水處理技術發展”的精彩發言。其言語間對新的水處理技術的期待溢于言表。縱觀水務市場發展近20年來，除了傳統的生物法處理工藝外，還沒有其他工藝能夠以更低的運營成本及投資額在城市污水處理中得到大規模的應用。不過最近幾年，由我國自主研發的，并已在多種工業廢水實際處理工程中成功應用，相同處理規模但占地面積僅為傳統工藝1/6的微波水處理工藝，已經開始準備進軍城鎮水務市場。

1、目前傳統工藝存在的問題目前國內已建的城市生活污水處理廠，無論處理規模大小，絕大多數都在使用傳統生物處理工藝：A2O、SBR、氧化溝或者這些生物工藝的改良工藝。雖然目前傳統工藝基本上能夠滿足國家相關排放標準的要求，但筆者認為隨著水務市場的競爭激烈化和土地資源的緊缺化，傳統工藝過大的占地面積、過長的施工建設期、臃腫的運營機構、過高的投資額及對水質水量波動較差的適應性，已使其日益遠離我國盡快改善水環境的要求。

2、微波水處理技術簡介圖2.1 微波水處理工藝流程圖 微波水處理工藝流程如圖2.1所示，經過簡單的預處理后，城市生活污水中的有機物在敏化劑與微波的共同作用下，發生劇烈催化、物化反應，轉化成不可溶物質或氣體從水中分離出來。水中的有機污染物分子鏈在微波催化的作用下斷開，被分解為小分子并與敏化劑結合生成速沉絮體被去除；金屬離子直接與敏化劑結合生成速沉絮體沉淀；氨氮轉化為氨氣逸出，濃度超出標準時，可用后續的吸收裝置吸收去除；水中磷轉化為不可溶磷酸鹽沉淀去除。

3、微波水處理工藝的優勢與傳統工藝相比，微波水處理工藝的主要特點如下：（1）投資額低：由于涉及商業機密，不便過多透露信息。但是可以肯定的是，無論傳統工藝以怎樣低的投資額報價競標任何規模的城市生活污水處理廠，微波工藝都可以報出比傳統工藝至少低10%的價格。（2）建設工期短：由于該工藝目前已經完全設備化，新建污水廠基本不需要土建動工，只需要蓋一個能夠遮雨的棚子即可，微波處理設備即裝即用，6萬噸的污水處理廠2-3個月即可安裝試運行完畢，基本沒有施工風險。能夠滿足應屆政府各部門對水污染治理效果立竿見影的期望。（3）運行成本低：微波處理工藝的噸水運營成本在0.5-0.65元/噸的范圍內。該成本為運營成本，包括：電費、藥劑費、人工費、污泥處置費、設備年維修及大修費、固定資產折舊。后文將以6萬噸的城市生活污水處理廠的實例來具體說明其運營成本明細。（4）運營人員少：微波法處理系統操作簡單，所需操作人員較少。6萬噸的污水處理廠工藝流程需管理人員2名，化驗員2名，操作人員8名，維修人員5名，共需工作人員17名。筆者認為單就這一點就值得將該工藝大范圍推廣應用，將勞動者的雙手解放出來，才符合技術革新和產業革命真正的本質。

（5）占地面積小：2400m3/d城市生活污水的處理工程，用傳統方法需占地約2000 m2；如果使用微波工藝，占地面積不到300m2，其中微波水處理設備占地僅64 m2；大約是傳統工藝占地面積的1/6。（6）抗沖擊能力強：微波水處理工藝受進水質、水量變化的影響不大，只需調整工藝參數即可；目前城市生活污水處理廠日常運營時遇到的水質超標、水量超額時不能正常運行的風險將不再成為問題。（7）固液分離快：該工藝特有的敏化劑，能夠使微波反應后生成的大量絮體迅速沉淀并與水分離。所以該工藝后續處理的停留時間也較短，沉淀構筑物占地面積相應較小。

4、案例說明以6萬噸的城市生活污水處理廠為例，通過具體數據來說明該工藝的優勢：（1）進水水質西部某省會城市生活污水廠進水水質如表5.1所示,要求達到國家一級B的出水標準。不夸張的說，該城市生活污水進水水質對于目前的生物法傳統工藝而言，在政府規定的污水處理費0.78元/噸的前提下，還能夠穩定的獲得相當的利潤空間，難度是比較大的。而對微波工藝而言，則算不上什么問題。表5.1：進出水水質指標項目 CODcr BOD5 SS NH3-N P 進水水質/（mg/l）560 275 265 6.0～9.0 11.3（2）運行成本微波工藝總投資額屬于商業機密，不方便透露，折舊項由于也涉及到總投資額，故

在下表中也沒有列出，由讀者自己推算。運營成本組成如表5.2所示，出于保密起見，表5.2中的成本明細僅提供最后總運行成本的大概參考數值，且該運營成本仍有很大幅度的壓縮空間。表5.2：噸水運營成本項目電費藥劑費人工成本污泥處理費大修及日常修理費合計 0.45元/M3（3）占地面積6萬噸污水處理廠總占地面積50 x 60平方米左右

6、進軍水務市場的遇到的阻力正如該項技術的專利持有人，北京潤澤東方環保工程有限公司董事長—孫憲彬所言，如果該工藝能夠在全國范圍內得到廣泛的應用，則是一場水務界的盛宴，稱的上是21世紀水業的技術革命。但是該項革新除了能帶來技術上的進步，國家自然環境的快速改善，土地資源的節約外，也給目前水務市場看似穩定的格局帶來一定的震蕩，同時將面對來自外界的重重壓力。（1）來自設計院的壓力當城市污水處理廠甚至城市給水廠的建設模式由工程化向設備化轉化時，以市政水處理設計為主要業務的各大國有設計院的收入恐怕要大打折扣了。目前僅能由具有市政公用事業甲級設計資質才能承接設計的城市給、污水處理工程，將來任何能做設備系統集成的環保公司都可參與其中。但是由于目前方案、可研甚至標書的評審工作都是由各大設計院的老專家把關，其對新生技術的接受程度，將很大程度上影響該技術的推廣進程。（2）招標制度的障礙就BOT新建項目而言，目前大多數的水務項目招標文件評分細則中，明確規定投資額報價僅占60分、工程經驗和業績占20分、投資人財務能力占10分。（在資格預審文件中投資人的財務能力+業績經驗項分值占90分）僅此而言，擁有微波水處理工藝的環保公司如果不依靠實力稍強的水務公司，即使報價在低也很難勝出，或者說根本沒有進入城鎮水務市場的機會。（3）知識產權保護如果采取聯合體的方式進行投標，微波公司是以設備供應商的身份出現，還是也參與日后的水廠運營，如果參與運營怎樣分配利潤，并且在我國目前知識產權保護體系并不完善的情況下，雙方合作后期怎樣保證專利持有人的利益，都是尚需仔細研究的問題。

7、微波水處理工藝的工程實例多數業內人士可能還不了解該項技術的應用情況，對該技術的實際應用還抱有懷疑態度。其實該工藝在2000年就已經走出了實驗室，至今已成功應用在多項實際工業及生活污水處理工程之中。北京潤澤東方環保工程有限公司詳細的工程業績如表7.1所示。表7.1 微波水處理工藝—工程業績（潤澤東方）序號項目單位時間處理量處理類型 1 蘭州石化集團 2001.1 2000T/d（一期）生活水回用處理工程 2005.2 10000T/d（二期）生活污水處理工程 2 北京和田寬食品有限公司 2003.7 6000T/d（一期）食品污水處理工程 2003.8 4000T/d（二期）3 內蒙古發電有限公司 2002.10 2000T/d（一期）回用水處理工程 2004.3 10000T/d（二期）4 山東德州紙業有限公司 2003.9 2400T/d（一期）造紙污水處理工程 2004.4 15000T/d（二期）5 廣東中山電鍍有限公司 2004.12 2000T/d 電鍍污水處理工程 6 廈門化纖有限股份公司 2006.5 500T/d 化纖污水處理工程 7 高碑店城市污水處理廠 2006.8 500T/d 城市污水處理工程 8 海口螺旋藻生物有限公司 2007.1 1000T/d 化工污水處理工程 9 Hyderabad pharma Infrastrncture a technologies Ltd（印度市政府工業污水處理項目）2007.3 100T/d 工業污水處理工程 10 臺灣新竹寶山水庫 2007.4 150000T/d 水庫水處理工程 11 大興生活污水工程 2001.6 2000T/d 生活污水處理工程 12 廈門邁克制藥工程 2006.3 2000T/d 制藥污水處理工程 13 廣東江門彩艷工程 2005.3 3000T/d 印染污水處理工程 14 廣東黃埔電鍍水工程 2005.3 5000T/d 電鍍污水處理工程 15 河南三金公司工程 2007.3 2000T/d 食品污水處理工程 16 河南高速公路工程 2007.7 3000T/d 生活污水處理工程 17 北京鶴望蘭工程 2004.2 100T/d 造紙污水處理工程 18 上海曹橋鎮工程 2005.8 2000T/d 河道水處理工程 19 廣西淀粉工程 2005.6 2000T/d 食品水處理工程 20 泰安電鍍廠工程 2007.1 100T/d 電鍍污水處理工程 21 山西臨汾工程 2006.5 3000T/d 印染污水處理工程 22 大連工業生活用水工程 2007.6 10000T/d 工業、生活水混合水處理工程

8、期待與展望一項新的技術從誕生到被公眾接受再到被廣泛的應用，必然要經歷曲折的過程,微

波水處理工藝的普及和推廣同樣也要有很長的路要走。筆者讀研期間，曾經接觸過微波水處理技術，可以肯定的是該技術對水中污染物的去除能力是目前的傳統工藝不可比擬的，對很多高難度處理的工業廢水，微波水處理技術都展現了良好的應用前景。但是，是否如該技術的持有人孫憲彬（北京潤澤東方環保集團的董事長）所宣稱的，在改良了敏化劑的組成和配比之后，在城鎮市政水處理領域，微波技術能以較低的成本運營及潤澤東方能否在不久的將來也在國內城鎮水務市場中占有一席之地，我們拭目以待。

第四篇：雷達陣列天線介紹

■開課目的

“陣列天線分析與綜合”是電子信息工程專業電磁場與微波通信方向的專業選修課程。課程的任務是使學生掌握陣列天線的基本理論、基本分析與綜合方法，掌握單脈沖陣列、相控陣掃描天線的基本理論和概念、以及陣列天線的優化設計思想，培養學生分析問題和解決問題的能力，為今后從事天線理論研究、工程設計和開發工作打下良好的基礎。

■課程要求

● 約有五次作業 ● 考核

平時成績占20％。包括平時作業，出勤情況。期末考試成績占80％(一頁紙開卷)

雷達陣列天線簡介

1、“AN/SPY—1”S波段相控陣雷達

是海軍“宙斯盾”(Aegis)武器系統中的一部分，由RCA公司研制。它有四個相控陣孔徑，提供前方半空間很大的覆蓋范圍。

接收時它使用帶68個子陣的饋電系統，每個子陣包含64個波導輻射器，總共有68×64＝4352個單元。

發射時，子陣成對組合，形成32個子陣，每個子陣128個單元，總共32×128＝4096輻射單元。

移相器為5位二進制鐵氧體移相器，直接向波導輻射器饋電。為了避免相位量化誤差引起的高副瓣電平，后來移相器改為7位二進制移相器，合成的相控陣由強制饋電功分網絡饋電，輻射單元也改為4350個，單脈沖的和、差波瓣及發射波束均按最佳化設計。

AN/SPY—1天線正在進行近場測試(RCA公司電子系統部提供)目前該系統安裝在導彈巡洋艦上

導彈巡洋艦上的AN/SPY—1系統

2、愛國者(PATRIOT)多功能相控陣雷達

是Raytheon公司為陸軍研制的一種多功能相控陣雷達系統。其天線系統使用光學饋電的透鏡陣列形式。和差波瓣分別通過單脈沖饋源達到最佳。孔徑呈圓形，包含大約5000個單元，采用4位二進制鐵氧體移相器和波導型輻射器單元。它安裝在車輛上，并可平疊以便于運輸。

愛國者多功能相控陣雷達天線(Raytheon公司提供)

3、機載預警和控制系統(AWACS)世界上第一個具有超低副瓣的作戰雷達天線是由西屋電氣公司為AWACS系統研制的。它取得成功后，便有很多產品緊隨其后，而且常常得到比規定的副瓣電平還要低的副瓣。AWACS雷達天線是波導窄邊縫隙陣列，有4000多個縫隙單元。該系統可用于空中監視的預警機，如下圖所示。它在可一起轉動的圓形天線罩內做機械旋轉，在垂直面上用28個鐵氧體精密移相器實現相控掃描。

AWACS預警機雷達天線波導窄邊縫隙陣列(西屋公司提供)

4、電子捷變雷達

西屋電氣公司以前為機載應用研制了這種X波段相控陣雷達。后來此系統演化為B1－B轟炸機上的AN/APQ—164雷達，如下圖所示。該圖顯示正在裝配的這種雷達天線，它有1526個圓波導口輻射單元，組成的陣列為橢圓形孔徑，每個單元都帶有可逆鐵氧體移相器，可以實現空間二維掃描。該系統有形成波束變化的靈活性，其口徑相位的變化可以實現尖銳的筆形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。極化可從垂直極化改變為圓極化。這是通過每個單元的可開關的法拉第旋轉器結合鐵氧體?/4薄片來實現。天饋系統還包括故障定位和隔離系統，還有檢測、校驗系統，這可通過合成信號的變化來確定合適的相位分布(校正饋電系統的誤差)，檢驗激勵幅度，并檢查極化分集的功能。

正在裝配的AN/APQ—164相控陣雷達天線(西屋公司提供)

5、多功能電掃描自適應雷達(MESAR)

這是一部具有挑戰性的S波段固態相控陣雷達，它由英國海軍部研究中心和Plessey雷達公司共同研制。陣面為1.8m×1.8m孔徑，共有918個波導型輻射單元，如下圖所示。采用4位二進制移相器，功率放大器為分立器件，有22％的帶寬，2W輸出功率。接收時信號在模塊中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16個子陣，每一子陣都有各自的接收機，這些接收機的輸出用8位A/D轉換器數字化，提供強大的自適應置零能力。

MESAR固態相控陣雷達天線(Plessey公司提供)

6、AN/TPS-70多波束陣列雷達

這是一種不用移相器相控掃描的低副瓣陣列，在方位上為低副瓣波束并采用機械旋轉掃描，在俯仰面上實現多個波束以覆蓋空間較大的范圍。天線使用36根水平波導管，每根波導管上有94個縫隙以形成主瓣寬度為1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，發射時激勵22根波導管，產生20o的俯仰波束，該波束為賦形波束，低仰角時的增益高，高仰角時的增益低；接收時來自全部36根波導的能量結合在一起產生6個同時波束以覆蓋0～20o的仰角范圍。6個波束的仰角寬度從最低波束的2.3o變化到6o。這6個波束均有自己的接收機，通過比較這些波束中的能量可提供仰角的單脈沖信息。

同時多波束的優點是，在強雜波環境中它能提供實現信號處理功能所需的時間。該雷達可運輸。其作用距離240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。該雷達及其改型已在全世界廣泛使用。

AN/TPS-70多波束陣列雷達天線(西屋公司提供)

7、AN/TPQ-37武器定位雷達

又稱火力搜索雷達，為美軍陸軍裝備，由休斯(Hughes)飛機公司研制。用來探測炮彈彈道，并反向尋找其發射點。該雷達使用有限掃描相控陣，它能在方位上提供寬掃描角，在仰角上提供有限的掃描角，有限掃描范圍將大大減少移相器數目。系統只使用360個二極管移相器，每個移相器控制陣列垂直線上的6個輻射單元。其峰值功率為4KW，平均功率為165W。

該雷達為單脈沖體制，其饋電網絡可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束，饋電網絡由空氣帶狀線和波導功分器組成。天線尺寸8×12×2(ft)3。在美國和其他國家和地區，以裝備了數十套這種雷達。

AN/TPQ-37武器定位雷達(Hughes公司提供)

8、鋪路爪(Pave Paes)雷達

該雷達由Raytheon公司研制。它用于提供彈道導彈的預警，也可實現對衛星的跟蹤，它是超高頻(UHF)固態相控陣雷達。一套系統包含孔徑相互傾斜120o的兩部雷達，可提供240o的總觀察范圍，它可檢測到3000英里處的10m2的目標。

鋪路爪超高頻固態相控陣雷達天線(Raytheon公司提供)

9、丹麥眼鏡蛇(Cobra Dane)雷達

是Raytheon公司研制的一部龐大的L波段相控陣雷達，它是為收集國外洲際導彈試驗情報而研制和部署的，其雷達天線如下圖所示。它有一些與眾不同的特性，它是一種稀疏陣列，直徑為95ft，共有34768個單元，其中15360個單元是有源單元，其余是無源單元。有源單元分成96個子陣，每個子陣有160個輻射器。發射時由行波管饋電，加到天線上的總峰值功率為15.4MW，其頻帶寬度為200MHz，有2.5ft的距離分辨能力，以探測目標的尺寸和形狀。

丹麥眼鏡蛇L波段相控陣雷達天線(Raytheon公司提供)

10、“朱迪”眼鏡蛇雷達

是一種獨特的大型相控陣雷達，由Raytheon公司為美國空軍研制。用以收集國外彈道導彈實驗的數據。他安裝在美國艦船“膫望島”的轉臺上，如下圖所示。陣列直徑為22.5ft，包含12288個單元，由16個行波管饋電

美國艦船“膫望島”上的“朱迪”眼鏡蛇大型可旋轉相控陣雷達天線

(Raytheon公司提供)

11、空中預警機雷達

又叫機載搜索雷達。最初是為遠程偵察機探測艦艇研制的，第二次世界大戰后期美海軍研制了幾種機載預警雷達，用來探測艦艇雷達天線探測不到的低空飛行的飛機。在增大對空、對海面目標的最大探測距離方面，機載雷達的優勢是顯而易見的。因為海面上高度為100ft的天線，其雷達視線距離只有12英里，而高度為10000ft的飛機，雷達視線距離為123英里。

日本神風突擊隊的襲擊造成美國多艘哨艦的損失，激發了機載預警雷達的設想，后來這種系統發展成為一種用于洲際防空的邊界預警巡邏機。

下圖為航空母艦的艦載E－2C預警機。

E－2C預警機 12、3D雷達概念

又叫三坐標雷達，這種雷達可同時測量目標的3個基本位置坐標(距離，方位和仰角)。3D雷達是一種警戒雷達，其天線在方位上機械旋轉，以測量目標的距離和方位，在仰角上掃描一個或多個波束，或者通過鄰接的固定仰角波束來獲得目標的仰角。

按照怎樣形成仰角波束和怎樣在仰角上的掃描波束，3D雷達可分為堆積多波束雷達，頻掃雷達、相掃雷達，機械掃描雷達和數字波束形成雷達。

13、S713Martello堆積多波束3D雷達

它是L波段可移動的包含8個波束的堆積多波束雷達，如下圖所示。其平面陣列高10.6m，寬6.1m，共有60行，每行32個輻射單元，裝有60個接收機用以把接收到的射頻信號下變頻為中頻。方位波束寬度為2.8o，機械旋轉，轉速為3圈/秒。仰角上，發射時為余割平方方向圖，覆蓋范圍30 o，接收時形成并處理8個堆積窄波束。發射峰值功率為3MW，平均功率8KW。這種雷達為警戒雷達。對100英里處的小型戰斗機，其測高精度達1000ft(約300m)。

S713Martello堆積多波束3D雷達(Marconi公司提供)

14、AN/SPS－52C頻掃3D雷達

頻率掃描雷達是指天線輻射波束指向隨頻率改變而改變的雷達。應用于空中監視任務的3D雷達技術之一是頻率掃描。頻掃陣列是利用一段波導傳輸線的相位頻率相關特性來掃描筆形波束。饋電波導在陣列的一側折疊成蛇形狀，對波導行波陣進行耦合饋電，如下圖所示。改變發射或接收頻率在口徑上產生不同的相位變化剃度，從而使天線輻射波束指向發射偏轉。實際應用的頻掃陣列天線如下圖所示的AN/SPS-52C雷達天線。

頻掃雷達的測量精度比不上堆積多波束雷達和相掃單脈沖雷達。其原因之一是為了控制波束指向需要改變系統工作頻率，從而導致目標回波幅度的波動，降低了多波束目標回波中可用的目標角度信息的質量。

具有蛇形波導饋電的波導窄變縫隙陣列及AN/SPS-52C艦載頻掃3D雷達

(Hughes公司提供)

15、AN/FPS－117相掃3D雷達

方位上采用機械旋轉掃描，仰角上采用相控掃描來進行目標的三坐標定位，是3D雷達測高技術中最為靈活的雷達。可以和相掃陣列一起使用的測高技術包括各種相參同時波束轉換技術(單脈沖、和相位干涉等)，以及幅度比較順序波束轉換技術。相控陣雷達在當今武器市場中變得越來越普遍，這要歸因于目標和環境的威脅不斷地升級和變化。

AN/FPS－117固定站固態相掃3D雷達(通用電氣公司提供)AN/FPS－117是典型的S波段相掃3D雷達，如上圖所示。其天線為平面陣列，共有44行帶狀線饋電的水平振子，每行有30個單元。44行中的每一行包含它自己的固態收發組件。該收發組件由峰值功率為1KW的固態發射機、集成電源、低噪聲接收機、移相器、收發開關和邏輯控制單元組成，且全部安裝在天線上。平面陣列的饋源結構在接收時可產生雙軸單脈沖波束集，即一個和波束與兩個差波束。一個附加的列饋為最低角波束位置提供了特殊的低仰角測高能力。饋源產生一對和波束被小心地放置在某仰角上并作為單脈沖對其進行處理，采用此技術使多路徑的影響為最小。

16、其他雷達天線

波導寬壁縱縫陣

低副瓣的波導窄壁斜縫陣(機載預警雷達天線)

機載雷達天線及饋電網絡

機場監視雷達天線及饋電網絡形式

圓環陣列天線

多普勒角度掃描縫隙陣列

圓柱形頻率掃描陣列

俯視圖

A方向側視圖

B方向側視圖

圓錐共形陣列(單元為直縫、斜縫和橫縫)

俯視圖

A方向側視圖

B方向側視圖

圓錐共形陣列(單元為“十”字縫)

彈頭錐體上的“十”字縫隙陣，及單元形式

球形開關陣列

雙極化C波段微帶貼片天線

八木天線陣列

對稱振子天線陣列

第五篇：雷達系統仿真個人總結

第一章

1、雷達的基本任務可以概括為：探測、定位、成像、識別。

2、系統仿真的定義: 系統仿真就是進行模型試驗，通過系統模型的試驗去研究一個已經存在的或正在設計中的系統的過程。這個模型是對系統的簡化提煉，能反映問題的本質或主要矛盾，這種建立在模型系統上的試驗技術稱之為仿真技術。

3、系統模型：是系統某種特定性能的一種抽象形式。

系統模型實質是一個由研究目的所確定的，關于系統某一方面本質屬性的抽象和簡化，并以某種形式來描述。

模型可以描述系統的本質和內在的關系，通過對模型的分析研究，達到對原型系統的了解。系統模型的建立是系統仿真的基礎。

4、計算機仿真的步驟：1）模型建立階段：系統分析與描述、建立系統的數學模型

2）模型轉換階段：數據收集、建立系統的仿真模型、模型驗證、模型確認

3）模型試驗階段：試驗設計、仿真運行研究、仿真結果分析

清楚仿真每一步步驟，知道關鍵步驟。

請簡述系統仿真、系統模型的概念以及系統仿真的步驟。

第二章

1、蒙特卡洛方法，也叫隨機抽樣法或統計試驗方法，又稱計算機隨機模擬方法，其基本原理是事件發生的“頻率”來決定事件的“概率”。

2、蒙特卡洛（Monte Carlo）方法實現步驟：構造或描述概率過程、實現從已知概率分布抽樣、建立各種估計量。

3、蒙特卡洛方法的理論基礎是概率論中的基本定律——大數定律。

4、重要抽樣技術——小概率事件仿真。重要抽樣技術的基本思想：通過尺度變換（Change of Measure，CM）來修改決定仿真輸出結果的概率測度，使本來發生概率很小的稀有事件頻繁發生，從而加快仿真速度，能夠在較短的時間內得到稀有事件。

5、重要抽樣技術利用修改了的概率密度函數進行抽樣，得到以較高概率出現的樣本，然后通過對其輸出結果加權來補償由修改密度函數帶來的偏差。按以上思路，可以在較短的時間內得到稀有事件。

6、請按照蒙特卡洛方法的步驟計算下面的積分，并用數學公式解釋重要抽樣技術的思想。

清楚蒙特卡洛定義。仿真是蒙特卡洛的應用，給題目，怎么用蒙特卡

洛實現。概念、實施過程，定積分

第三章

1、均勻分布白噪聲的產生：物理方法——真隨機數；數學方法——偽隨機數，包括：線性同余法、聯合法（組合發生器）、反饋位移寄存器法。

2、非均勻分布白噪聲的產生：理論方法：反變換法、舍選抽樣法、復合法、變換法、查表法。

3、反變換法：由已知的分布函數r = F(x)反過來求x = F-1(r)。

4、變換法：利用變換關系從一種分布的隨機數產生另一種分布的隨機數。反變換法是此法特例。

請解釋一下變換法與反變換法的區別與聯系。

第四章

1、隨機矢量的定義

2、隨機矢量抽樣

隨機矢量用協方差陣描述各變量之間的相關性。若視隨機矢量的一次抽樣為一隨機序列，則它可以仿真相關隨機序列。

缺點：當N很大時其計算量非常大，一般情況僅具有理論意義。

3、線性濾波法（產生高斯色噪聲）：理論基礎——概率分布要求、功率譜密度要求

4、概率分布要求的物理解釋：由高斯隨機變量性質知：n維高斯隨機變量的線性組合仍為高斯分布，因此Y(t)是高斯分布的。顯然Y(t)在任意m個時刻取值構成的m個隨機變量都可看成輸入隨機過程X(t)的n(無窮)維高斯變量線性變換所得，這樣m個隨機變量間僅存在線性相關關系，故它們服從m維高斯分布，即輸出Y(t)是高斯過程。只要求得系統的輸出均值及相關函數集合，即可得到輸出隨機過程的多維概率密度函數。

5、功率譜密度要求的解釋：輸出隨機過程的功率譜形狀主要取決于系統的幅頻特性，這樣為產生特定相關特性(特定功率譜密度)的隨機過程，可將白噪聲通過一個特定的線性系統來產生

4、ARMA模型——產生實高斯色噪聲

5、復高斯白噪聲線性濾波法——產生復高斯色噪聲

6、功率譜密度逆變換——產生復色噪聲

請解釋線性濾波法的原理并畫出框圖，解釋一下兩個約束條件。

第五章

1、相關傳遞法：可以使一個隨機序列的相關特性傳遞給另一個隨機序列。

具體過程：只要使第一個序列具有所要求的振幅分布，第二個序列具有規定的相關特性，通過使第一個序列按第二個序列的大小次序排列就可使前者同時具有規定的概率密度函數和相關特性。

解釋：概率分布是隨機序列值大小的總體描述而與其排列次序無關，而自相關特性不僅與隨機序列值大小有關，更取決于序列值的相對位置，因此概率分布特性與自相關特性是兩個截然不同、完全無關的概念，可以分別單獨考慮實現。

2、ZMNL方法的思想：首先通過線性濾波產生相關高斯隨機過程，然后經過某種非線性變換得到所要求的相關隨機序列。

3、ZMNL中線性變換產生特定的PSD，非線性變換產生特定的PDF

4、SIRP方法是一種外生模型，它允許對雜波的邊緣概率密度函數和自相關函數獨立進行控制，從而克服了ZMNL方法中非線性變換對相關函數的影響。基本思路是：將高斯白噪聲序列w?k?經過一個線性系統H?z?，得到一個相關高斯隨機序列y?k?，然后用特定的概率密度函數的隨機序列s?k?進行調制即得到所需的序列x?k?。其產生框圖為： w?k?s?k?H?z?yx?k?

請解釋zmnl 方法的原理以及框圖

第六章

1、正交雙通道處理的定義：中頻回波信號經過兩個相似的支路分別處理，其差別僅是其基準的相參電壓相位差900，這兩路稱為： 同相支路(Inphase Channel)——I支路 正交支路(Quadrature Channel)——Q支路

2、正交雙通道處理框圖

3、復非高斯色噪聲的產生：零記憶非線性變換法(ZMNL)、球不變隨機過程法(SIRP)、幅相分離法(APSM)請解釋復色噪聲產生的難點

對數正態不能由球不變法產生，原因:對數正態的PDF不滿足SIRP隨機過程PDF性質(積分表達式)

第七章

了解概念

第八章

1、概率分布的三種基本參數：位置參數、比例參數、形狀參數。

2、做直方圖的步驟如下：

1、將數據x1,x2,?,xN分組 先求數據的xmax、xmin，再取邊界點a??xmin?和b??xmax?。將?a,b?k等分得分界點a?a0?a1?a2???al???ak?b，其中ai?ai?1?

2、統計落入每一子區間的數據頻率fi?b?a,i?1,2,?,k。kMi，Mi為落入每一子區間數據的個數。N3、據區間分界點及每個子區間數據個數畫出直方圖。

3、參數點估計的基本要求：無偏估計、有效估計

4、參數估計方法：矩估計法（優點是方便，但大樣本下其精度不如極大似然估計）、極大似然法（一致、不變、漸近無偏估計）

5、直方圖的改進：核函數估計、近鄰估計

公式不做要求，概念要知道。無偏估計、有效估計舉例子、結果

第九章

1、由樣本尋找T及其漸近分布的兩個基本方法：概率論中的中心極限定理、概率統計中的皮爾遜卡方檢驗。

2、3、擬合性檢驗——概率密度函數——PDF（1）卡方檢驗

*（2）柯爾莫哥洛夫—斯米爾諾檢驗（K-S檢驗）：小樣本，只適用于連續分布函數

*（3）正態性檢驗——特殊方法

4、?2檢驗是關于試驗頻數與理論頻數有無顯著差異的檢驗，即檢驗直方圖與所擬合的理論密度函數之間的差異是否顯著。將所擬合的分布的取值范圍分為k個區間：[a0,a1]、[a1,a2]、…、[ak?1,ak]。若取值范圍為(??,?)，則取第一區間為(??,a1]，最末區間為[ak?1,?)。設N點數據x1，x2，…，xN落入第i個區間的頻數為Mi，所選擇的理論分布在第i個區間取值的概率為pi，即理論頻數Ti?Npi，則 k(Mi?Ti)2(Mi?Npi)2????? TiNpii?1i?12k當N??時?2~?2(k?l?1)，l為用數據估計參數個數。此法關鍵在于選擇子區間數，它與數據、樣本容量、所擬合的概率分布等有關。

5、獨立性檢驗——白噪聲——PSD 自相關函數估計：定義法（時域法）、間接法（頻域法）

功率譜密度估計：直接法（周期圖法）、間接法（按定義）、現代譜估計方法

6、不相關性檢驗針對白噪聲進行的，而相關性檢驗則是針對色噪聲而言的，一般意義上講，不相關性檢驗可視為相關性檢驗的一種特例。

7、相關性檢驗——色噪聲

功率譜比值法、自相關求差法、白化法——待深入研究。請敘述直方圖估計和卡方檢驗的步驟，并解釋相關性檢驗的目的 和方法。

第十章

1、等間距線性陣列模型

2、陣列信號的空時等價性

將空域陣列對單目標回波的采樣序列amexp[jmψr]=amexp[j2π(cosφr)(md/λ)]與時域單頻信號的采樣序列形式snexp[j2πfsn?t]相比較，得到如下空時對偶特性：

3、請解釋陣列信號的時空等價性以及幅度加權和相位加權。

第十一章

1、雷達系統仿真：類比模擬（物理仿真）、數字計算機模擬（數字仿真）

2、數字仿真分為：功能仿真——實信號、相參視頻信號仿真——復信號(目標回波+雜波+噪聲)

請敘述雷達系統仿真、雷達系統數字仿真的分類以及常用的目標 散射特性

各種分布的噪聲的產生方法

1、均勻分布白噪聲的產生：物理方法——真隨機數；數學方法——偽隨機數，包括：線性同余法、聯合法（組合發生器）、反饋位移寄存器法。

2、非均勻分布白噪聲的產生：反變換法、舍選抽樣法、復合法、變換法、查表法。

3、高斯色噪聲的產生：線性濾波法

4、實高斯色噪聲的產生：ARMA模型

5、復高斯色噪聲的產生：復高斯白噪聲線性濾波法；時域濾波法、頻域逆變換法（后兩個是第六章的）

6、復色噪聲的產生：功率譜密度逆變換

7、非高斯色噪聲的產生：相關傳遞法、零記憶非線性變換法ZMNL、球不變隨機過程法SIRP

8、復非高斯色噪聲的產生：零記憶非線性變換法(ZMNL)、球不變隨機過程法(SIRP)、幅相分離法(APSM)