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雷達揭秘：從基礎概念到信號處理的深度解析

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年08月12日 11:51

01雷達原理和應用

◇ 雷達基礎概念

雷達，這一神奇的電子設備，其英文名為RADAR，源自于無線電探測與測距（Radio Detection And Ranging）的縮寫。通過發(fā)射和接收電磁波進行目標探測，雷達能夠實現(xiàn)對目標的精準探測與定位。通過天線發(fā)射電磁波，這些電磁波在空中傳播并遇到目標時發(fā)生反射。部分反射的電磁波被天線接收后，雷達會對比發(fā)射與接收的電磁波，從而提取出目標的信息。這些信息包括：通過時延計算目標距離、通過天線主瓣方向確定目標方位、通過反射電磁波的幅度估算目標大小（即雷達截面RCS），以及通過多普勒頻移判斷目標速度。進一步的處理還能實現(xiàn)對目標的成像。

雷達的簡化框圖如下所示。

雷達的工作原理可以簡要概括為：通過發(fā)射和接收電磁波，雷達系統(tǒng)各參數(shù)的優(yōu)化可以幫助提高其探測能力與精度。

◇ 雷達的信號處理

雷達信號處理包括脈沖雷達和連續(xù)波雷達。脈沖雷達在發(fā)射一個脈沖后，會關閉發(fā)射機，轉而開啟接收機以接收目標的反射信號。值得注意的是，脈沖長度，即發(fā)射機開啟的時間，是脈沖雷達中的一個關鍵參數(shù)。脈沖信號的占空比，即發(fā)射機開啟時間與脈沖周期的比值，是脈沖雷達工作原理中的一個核心要素。它直接影響著雷達性能和探測能力。在脈沖雷達中，通過合理調(diào)整占空比，可以優(yōu)化雷達的工作狀態(tài)，提高探測效率和準確性。

發(fā)射機所發(fā)射的平均功率，這一關鍵指標，直接受到脈沖信號占空比的影響。在脈沖雷達的工作過程中，占空比的調(diào)整不僅關乎雷達的性能表現(xiàn)，更對探測結果的準確性和效率有著至關重要的影響。通過合理優(yōu)化占空比，可以進一步改善雷達的工作狀態(tài)，從而提升其整體的探測效能。脈沖重復頻率，這一核心參數(shù)，在雷達探測中扮演著舉足輕重的角色。它不僅影響著雷達的探測范圍和分辨率，還是評估雷達性能的重要依據(jù)。通過精心調(diào)整脈沖重復頻率，可以顯著提升雷達的探測能力，進而增強其在實際應用中的效能。

◇ 雷達方程和距離測量

雷達距離方程描述了雷達系統(tǒng)在發(fā)射電磁波后，如何通過上述參數(shù)來計算接收機所接收到的能量。在雷達系統(tǒng)中，若雷達的發(fā)射功率為PT，天線有效孔徑面積為A，目標與雷達之間的距離為R，目標的雷達散射截面（RCS）為σ，空間損耗為L，且接收機在目標上停留的時間為τ，那么接收機所接收到的能量可表示為以下公式：

接收到的能量 = (PT A τ) / (4πR^2 L σ)

其中，4πR^2代表雷達與目標之間的距離平方的調(diào)整因子。