10.1雷达系统10.2微波通信系统10.3微波遥感系统10.4射频识别系统习题10.1雷达系统图10–1雷达系统的基本组成框图传统的雷达主要用于探测目标的距离、方位、速度等尺度信息，但随着计算机技术、信号处理技术、电子技术、通信技术等相关技术的发展，现代雷达系统还能识别目标的类型、姿态等或实时显示航迹甚至实现实时图像显示。所以现代雷达系统一般由天馈子系统、射频收发子系统、信号处理子系统、控制子系统、显示子系统及中央处理子系统等组成，其原理框图如图10-2所示。图10–2现代雷达系统的组成框图(1)测距电磁波在自由空间是以光速这一有限速度传播的。设雷达与目标之间的距离为s,则由发射机经天线发射的雷达脉冲经目标反射后回到雷达,共走了2s的距离。若能测得发射脉冲与回波脉冲之间的时间间隔Δt,则目标距雷达的距离可由下式求得:2)测向传统雷达是利用尖锐的天线波束瞄准目标，从而来确定目标的方位。天线波束越尖锐，则测向就越精确。由天线理论可知，在工作频率一定时，波束越窄要求天线的口径越大，反之，天线口径一定，则要求的频率越高，因此雷达一般在微波波段工作。为了实现窄波束全方位搜索，传统的雷达系统必须使天线波束按一定规律在要搜索的空间进行扫描以捕获目标，当发现目标时，停止扫描，微微转动天线，使接收信号最强时，天线所指的方向就是目标所在方向。从原理上讲利用天线波束尖端的最强方向指向目标从而测定目标的方位是准确的，但由天线方向图可知，波束最强的方向附近，对方向性是很不敏感的，这给测向带来了较大的误差，因此这种方法适合搜索雷达而不适合跟踪雷达。(3)测速由振荡源发射的电磁波以不变的光速c传播时,如果接收者相对振荡源是不动的,那么它在单位时间内所收到的振荡数目与振荡源产生的相同;如果振荡源与接收者之间有相对接近运动,则接收者在单位时间内接收的振荡数目比它不动时要多一点,也就是接收到的频率升高,当两者相反方向运动时接收到的频率会下降。这就是多卜勒效应。可以证明,当飞行目标向雷达靠近运动时,接收到的频率f与雷达振荡源发出的频率f0的频差为(4)目标识别原理所谓目标识别就是利用雷达接收到的飞行目标的散射信号,从中提取特征信息并进行分析处理,从而分辨出飞行目标的类别和姿态。目标识别的关键是目标特征信息的提取,这涉及到对目标的编码、特征选择与提取、自动匹配算法的研制等过程。2.几种典型的雷达系统(1)单脉冲雷达前面在探测原理中讲到,用尖锐的方向图的最大值来测向的误差是较大的,对跟踪雷达来说是不合适的。单脉冲技术是提高测向误差的有效手段。由此技术构成的雷达称为单脉冲雷达。下面简单分析其中一种单脉冲雷达的工作原理。图10-3馈源口面不对称照射激起TE10、TE20模单脉冲雷达采用的天线一般为卡塞格伦天线,其馈源为矩形多模喇叭。当天线完全对准目标方向时,接收的电磁波在喇叭馈源中激发的电磁场只有主模TE10模,当天线偏离目标方向时,除主模外还会产生高次模,其中TE20模会随着天线角度的变化而变化。对如图10-3所示的矩形喇叭馈源,当目标在喇叭中心线右面时,使喇叭右侧的能量较大而左侧较小,这时等效为主模TE10和高次模TE20按图中相位关系叠加,即右侧是两个模式分量的相加,而左侧是两个模式分量的相减;当目标在喇叭中心线左面时,激起的TE20模极性与上述情形相反。于是只要设法从喇叭馈源中取出TE20模,它的幅度随目标偏离天线轴而增加,相位取决于偏离方向而相差180°,从而为单脉冲接收机提供了方向性。检测到的角度误差信号去控制驱动机构使天线转动,改变其方位和俯仰,当误差为零时天线瞄准目标,从而实现自动跟踪的目的。这就是单脉冲雷达的工作原理。(2)相控阵雷达一般雷达对目标的搜索是用机械扫描来实现的,但这种搜索的速度有限,而且一旦发现目标进入跟踪状态,就不能顾及来自不同方向的其他目标。相控阵雷达就能实现多个目标的同时跟踪,而且采用自动波束扫描方式实现快速搜索。相控阵雷达实际上是阵列天线的一种应用,它由为数众多的天线单元组成的阵列,在计算机的控制下对各天线单元的射频功率和相位进行控制，从而实现波束的扫描。由前面阵列天线的原理可知：当馈送给阵列天线单元的微波载波幅度与相位不同时,就得到不同的天线阵列辐射方向图,当随着时间的变化连续不停地改变单元之间的相位时,便能使形成的波束在一定的空间范围内扫描。这就是称其为“相控阵雷达”的原因。相控阵雷达的组成原理与其他雷达一样,但相对要复杂一些,实质上它是由多部“子雷达”组成的“母雷达”,天线波束的扫描、组合和赋形以及雷达工作状态的选择、转换、目标的识别等均由计算机来完成。它能在几微秒之内,使波束从一个方向变换到另一个方向,其扫描速度之快是机械扫描雷达望尘莫及的。(3)合成孔径雷达要提