第1章　雷達(dá)工作原理

1.1　雷達(dá)的組成

雷達(dá)，英文為Radar，是Radio Detection and Ranging（無線電檢測與測距）的縮寫。雷達(dá)通過發(fā)射和接收電磁波，利用物體對電磁波的散射，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的檢測、跟蹤、成像、識別等。與光學(xué)、紅外等其他感知手段相比，雷達(dá)具有全天時(shí)、全天候工作的優(yōu)勢，不易受到光照、云雨等環(huán)境因素的影響。

圖1-1以一種單基站脈沖雷達(dá)為例，給出了雷達(dá)的基本組成框架［1］。本地振蕩器（本振）的作用是產(chǎn)生正弦信號，其頻率為雷達(dá)載頻。波形發(fā)生器用于產(chǎn)生基帶脈沖波形。發(fā)射機(jī)將基帶信號調(diào)制到雷達(dá)載頻上，產(chǎn)生射頻信號。射頻信號通過發(fā)射天線輻射出去。輻射的電磁波在空間中傳播，經(jīng)物體散射后被接收天線接收。接收到的射頻信號經(jīng)過射頻放大器放大后進(jìn)入混頻器，產(chǎn)生中頻信號。中頻信號經(jīng)過中頻放大器放大，再經(jīng)過解調(diào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐?shù)字信號進(jìn)入信號/數(shù)據(jù)處理器，用于后續(xù)的信號/數(shù)據(jù)處理。根據(jù)雷達(dá)功能的不同，雷達(dá)信號/數(shù)據(jù)處理器的輸出可以是目標(biāo)的距離與速度、目標(biāo)檢測結(jié)果點(diǎn)跡、目標(biāo)運(yùn)動航跡、目標(biāo)圖像、目標(biāo)特征及類別等。需要說明的是，圖1-1給出的雷達(dá)基本組成框架并不是唯一的。例如，有些雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射和接收共用一組天線，這種收發(fā)模式稱為雙工，天線收發(fā)功能的切換通過雙工器實(shí)現(xiàn)。又如，模數(shù)轉(zhuǎn)換所處的位置在不同雷達(dá)中有所區(qū)別，早期雷達(dá)的信號處理在模擬域?qū)崿F(xiàn)，而現(xiàn)代雷達(dá)更多地在數(shù)字域進(jìn)行信號處理，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的位置更靠近雷達(dá)的前端。

圖1-1　雷達(dá)的基本組成框架

按照發(fā)射和接收的電磁波波形不同，雷達(dá)通常可以分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。脈沖雷達(dá)發(fā)射的信號是間歇式的，在脈沖的發(fā)射間隔內(nèi)接收目標(biāo)散射的回波信號，即發(fā)-收交替進(jìn)行。脈沖雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是可以避免雷達(dá)發(fā)射機(jī)對雷達(dá)接收機(jī)的干擾。連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射的是連續(xù)的波形，通常需要發(fā)射、接收兩個(gè)天線，在利用發(fā)射天線發(fā)射波形的同時(shí)，利用接收天線接收回波信號。連續(xù)波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)工作，更有利于信號能量的長時(shí)間積累，從而提高接收端的信噪比。對于脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)將分別在1.4節(jié)和1.5節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。