雷達導論PART I.2 實作方法 2020-1-22

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大家好！先拜個早年！祝各位讀者朋友鼠年大吉！恭喜發财！

今天我們接着講第一篇的第二章—實作方法，第二章的層次結構，如下圖所示。

2. 實作方法

  2.1 非相參脈沖雷達

• 2.1.1同步器
• 2.1.2調制器
• 2.1.3發射機
• 2.1.4雙工器
• 2.1.5天線
• 2.1.6接收機防護裝置
• 2.1.7接收機
• 2.1.8顯示系統
• 2.1.9天線伺服系統
• 2.1.10供電
• 2.1.11自動跟蹤

  2.2 相參脈沖多普勒雷達

• 2.2.1激振器
• 2.2.2發射機
• 2.2.3天線
• 2.2.4接收機
• 2.2.5信号處理器
• 2.2.6資料處理器

  2.3 相參特性的開發利用

• 2.3.1電掃雷達系統
• 2.3.2低截獲機率雷達
• 2.3.3隐身飛機的隐身雷達
• 2.3.4先進的處理技術

  2.4 總結

第二章作者給出了很多原理框圖，對于雷達初學者非常有價值，先上一張古老的雷達系統框圖，看看雷達系統最初都是由什麼構成的。

大家了解一下即可，這裡我解釋兩個東西，Synchronizer（同步器）和indicator（訓示器），可能初學者會比較困惑。圖中的indicator對應原文中的2.1.8 節Display system。訓示器有3個作用1）顯示接收回波；2）實作自動搜尋和跟蹤功能；3）提取目标的參數。而要實作這些功能必須有同步器的配合，比如使用延時測距時，就得知道什麼時候發射的脈沖，才能知道雷達波的傳輸時間。是以，同步器通過不斷産生短暫、間隔平均的脈沖串，對發射機與訓示器的工作進行同步。下面介紹一個很有意思的概念—視訊信号。

這個概念當初困惑了我很久，首先雷達波處于不可見波段，可以肯定雷達的視訊信号和我們生活中電視、攝像頭中的視訊信号不是一個東西，那它到底是什麼東西呢，和實際生活中的視訊信号又有什麼關系呢？你如果去谷歌百度都不一定能找得到解釋，最多知道它在雷達信号處理過程中的哪一環節，可能你去問資深的雷達專家都不一定能給出它的出處。我們先不說它出處，我們先看看它在雷達信号處理過程的哪一環，下圖是接收機的信号處理框圖。

圖中共有3個框框，從左往右依次是包絡檢波器、中頻放大器、本地振蕩器，最右邊是天線接收到的回波信号，大家結合圖2-2看，信号流從右往左，先混頻到中頻，然後進行放大和濾波，再進行提取包絡處理，處理完畢得到了視訊信号！是以這裡可以得出一個結論—視訊信号就是中頻信号放大後的包絡。我以前對視訊信号的了解也就到這裡了，夠用了，但是我仍然不知道它為什麼叫視訊信号，直到讀了喬治.斯廷森先生的書。

檢波器産生了正比于信号包絡的輸出電壓，該信号類似于電視（是老式電視哈）中的圖像信号，圖像信号改變在顯像管上繪出圖像的電子束的強度。是以，檢波器輸出的信号又稱為視訊信号。在機載雷達、艦載雷達、地面雷達中，雷達系統是包含顯示器的，是以如圖2-2所示，視訊信号最終也的确輸出到了雷達顯示屏上，視訊信号的峰值就變為了螢幕上的亮點。

古老的雷達就介紹到這裡，下面進入相參脈沖多普勒雷達。話不多說，先上圖，F15戰機的機載雷達！

可以看出該雷達還是機掃的，畢竟F15已經服役40多年了，該圖可能是沒更新前的F15。

圖2-17和圖2-2最大的不同是訓示器不見了，多了信号處理器和資料處理器，并且資料處理器和各個元件之間有通信控制線。天線也變為了平闆陣列天線，，這些都是雷達系統的進化，雷達的整體體積進一步縮小了，并且性能上得到了極大的提升，主要得益于數字技術的發展。很多現代雷達的基本框圖都是這種形式。這裡說明下雷達信号處理與雷達資料處理之間的關系，從圖2-17可以看出，首先信号流是有先後關系的，是以雷達信号處理又叫預處理，雷達資料處理又叫後處理。

雷達信号處理主要完成目标的檢測任務，如上圖所示，對視訊信号處理後得到目标的距離、速度、方位等資訊；

資料處理則進一步對目标的點迹和航迹進行處理，預測目标未來時刻的位置，形成可靠的目标航迹，實作對目标的實時跟蹤。另外資料處理一般還承擔着對雷達系統的控制和檢測功能。

它們兩個共同組成了雷達系統中的核心部分，下圖是信号處理器的實物圖，由一堆接口和闆卡組成，闆卡内的核心處理器一般是FPGA和DSP，資料處理器也差不多也長這樣，資料處理器的闆卡上可能有CPU，用于跑實時作業系統。随着數字技術、計算機和晶片的發展，它們兩個的界限越來越模糊，現在好多雷達其實就是一個處理機，完成所有的信号處理、資料處理以及通訊的功能。

最後，提一下電掃雷達，先上圖，F117隐形飛機。

大家都知道雷達是飛機的眼睛，但是第一架F117為了隐身，竟然沒有配雷達。。。原因就是當年的電掃雷達還不成熟，而機掃雷達的天線旋轉起來就是個活靶子，是以索性不裝。電掃雷達不用旋轉，地面的雷達波可以反射到天上去，現在的隐身飛機上的雷達就都裝電掃雷達了。

從這一期開始，開始出現很多縮寫的專業詞彙，這裡附上一張常見的一些英文縮寫的全稱，也是出自《機載雷達導論》，這裡面沒有的我再給出解釋。

https://download.csdn.net/download/lightninghenry/12117541

好了，下面進入章末的問題環節，下圖是原書作者給出的擴充閱讀。

本章作者提了5個問題，如下：

1. 非相參脈沖雷達和相參脈沖雷達的主要差別在哪裡？

答：從上文中的圖2-2和圖2-17應當可以看出很多了，主要差別如下：

1）增加了雷達資料處理器；

2）增加了激勵器，有的雷達叫微波源；

3）去除了同步器（其功能部分由激勵器替代，主要由資料處理器替代）；

4）去除了調制器（功能合并進發射機中）；

5）去除了訓示器（功能由信号與資料處理機替代）。

2. 除了發射機、接收機、天線和雙工器外，雷達系統還需要哪些元件？

答：見2.2節的子标題和圖2-17。

3. 除了上個問題中的元件外，實作自動跟蹤還需要哪三個子系統？

答：1）要能識别出目标，最起碼要在距離上分離出目标回波，這主要是資料處理機的事，老實雷達可能有一個專門的子系統幹這個事；

2）波束要能持續照住目标區域，不能繼續大範圍掃描，可以使用單脈沖跟蹤系統；

3）控制系統。

4．列舉組成行波管的四個元件，并描述每個元件的功能。

答：行波管是發射機的核心部件，行波管的介紹在原書中為藍色背景色内容，為輔助知識，這部分内容我們一概跳過，确有必要再講。

5. 解釋有源相控陣和無源相控陣雷達系統之間的差別。

答：這部分内容本期不作解答，後面會有專門的章節展開介紹，這裡就放兩張圖，大家先有個概念即可。

上圖是PESA（無源電掃陣列，又名無源相控陣）的示意圖，下圖是AESA（有源電掃陣列，又名有源相控陣）的示意圖。

       本期内容到此結束，希望這次的疫情能夠及早控制，肺炎能夠快點找到有效的治療手段。

       外出一定要帶口罩，勤洗臉洗手，大家鼠年再見！