脉冲雷达
最常见的一种雷达信号由一个重复序列的短期脉冲。的显示了一个简单的表示可能产生的正弦波脉冲雷达发射机的中程为飞机设计的检测。正弦波图代表了随时间变化的发射机的输出电压。图中括号中的数字是说明性的,不一定是任何特定的雷达。然而,它们类似于地面雷达系统可能会与一系列约50到60海里(90到110公里),如用于空中交通管制在机场。给出了脉冲宽度在图1微秒(10−6秒)。应该注意的是,脉冲显示为只包含几个周期的正弦波;然而,在雷达系统的值表示,1000年周期内的脉冲。图中给出了连续脉冲之间的时间为1毫秒(10−3第二),对应1赫兹的脉冲重复频率(赫兹)。脉冲的力量,被称为峰值功率,这里是1兆瓦。脉冲雷达不辐射不断以来,平均功率远低于峰值功率。在这个例子中,平均功率为1千瓦。而非峰值功率,平均功率的测量是雷达系统的能力。雷达平均权力从几毫瓦至一个或多个兆瓦,这取决于应用程序。
弱回波信号从一个目标可能会低至1皮瓦(10−12瓦特)。简而言之,功率在一个雷达系统可以非常大(发射机)和非常小的(接收者)。
另一个极端的例子遇到在雷达系统的时机。一个空中侦察雷达(一个用于搜索飞机)可能扫描它天线在几秒钟360度方位,但脉冲宽度可能持续时间约1微秒。一些雷达脉冲宽度甚至纳秒(10−9秒)持续时间。
在大约300000雷达电波穿过大气层公里每秒(光速)。目标范围是由测量雷达信号需要旅行的时间和目标。目标=范围cT/2,在那里c=速度传播的雷达能量,T=往返时间的雷达。从这个表达式,往返旅行的雷达信号通过空气的速度是每秒150000公里。例如,如果需要信号的时间旅行的目标和背部被雷达测量0.0006秒(600毫秒),那么目标的范围是90公里。能够准确的测量范围目标在长距离和不利天气条件下雷达最独特的属性。没有其他设备可与雷达的竞争测量的范围内。
一个简单的脉冲雷达精度范围取决于脉冲的宽度:脉冲越短,精度越好。然而,短脉冲需要宽带宽在接收机和发射机(因为带宽等于互惠脉冲宽度)。雷达脉冲宽度的一个微秒范围可以测量的精度几十米或更好。一些特殊的雷达可以测量一个几厘米的准确性。最终的精度最好的雷达范围是有限的已知电磁波传送的速度的准确性。
定向天线和目标方向
几乎所有的雷达使用指令antenna-i.e。,指导它的能量在一个狭窄的光束。(的波束宽度天线固定大小的雷达频率成反比)。可以找到一个目标的方向从天线指向的方向当接收到的回波最大。精确的方法确定目标的方向是单脉冲方法获得目标的角度信息,比较信号的振幅同时收到两个或两个以上的接收光束,每个稍微抵消(看)从天线的中心轴。一个专门的跟踪雷达——之后自动单个目标,确定其trajectory-generally狭窄,对称梁“铅笔”。(一个典型的波束宽度可能约1度。)这种雷达系统可以确定目标的位置在方位角和仰角。一个战机上的侦察雷达通常采用天线,辐射“风扇”梁,窄方位角(大约1或2度)和广泛的高度(海拔波束宽度从20到40度或更多)。风扇梁只允许方位角的测量。
多普勒频率和目标速度
雷达可以提取多普勒频移回波产生的移动目标的注意收到的频率多少信号不同的频率信号传输。(多普勒效应在雷达类似于声音音调的变化当火车汽笛或经验塞壬紧急车辆移动过去的侦听器)。一个移动的目标将导致回波信号的频率增加如果接近雷达或减少雷达如果它正在消退。例如,如果一个雷达系统运行在3000 MHz的频率和飞机正朝着它的速度400节(每小时740公里),接收到的回波信号的频率会比约4.1 kHz的传输信号。多普勒频移赫兹等于3.4f0vr,在那里f0兆赫和雷达频率vr是径向速度的变化率范围)在海里。
由于多普勒频移与径向速度成正比,雷达系统,测量这种转变的频率可以提供一个目标的径向速度。多普勒频移也可以用来区分移动目标与静止目标即使从干扰杂波回波信号是更强大的比期望的移动目标的回波。一种脉冲雷达使用多普勒频移,消除固定杂波被称为一个运动目标指示雷达(MTI)或者一个脉冲多普勒雷达,这取决于特定的参数信号的波形。
以上的测量范围、角度和径向速度假设目标是“point-scatterer。“实际目标,然而,规模有限,并且有独特的形状。概要的范围——的尺寸目标可以确定如果雷达的距离分辨率与目标相比是小范围的大小尺寸。(一个雷达的距离分辨率,在单位的距离,是衡量能力的雷达分离两个紧密间隔的回声。)一些雷达可以比一个决议要小得多米,非常适合确定径向大小和许多感兴趣的目标的轮廓。
角的决议,或交叉范围,可以获得与常规天线相比还是差,可以获得的范围。这是有可能的,然而,实现良好的分辨率的角度解决多普勒频率(即。多普勒频率之间相隔的)。如果雷达相对于移动目标(当飞机上的雷达和目标是地面),将不同的多普勒频移的不同部分的目标。因此,多普勒频移可以允许目标的各个部分解决。该决议在交叉范围派生的从多普勒频移远比,实现窄束天线。这不是不寻常的横向距离分辨率得到多普勒频率范围内获得与维度。