本篇博客简单介绍单基地雷达的功能、结构及工作原理（流程、测距、测速）

一、雷达功能

1.雷达的含义

Radar(Radio Detection and ranging)，意为“无线电探测和测距”

2.雷达的任务

(1)发现目标
(2)目标定位和测速：定位可用测距和测角实现，测速可用多普勒效应进行测距
(3)目标识别：对目标进行成像，提取特征

3.常见应用

(1)军用

超远程预警雷达
搜索警戒雷达
炮控雷达
制导雷达
战场监视雷达
…

(2)民用

气象雷达
测地雷达
航空交管雷达
船舶导航雷达
汽车防碰雷达
道路测速雷达

(3)研究用

天文雷达（用于探测宇宙天体）
宇宙舴雷达（用于精准测量飞船位置）

单基地雷达结构及工作原理

1.雷达主要部件

发射机
接收机（包括信号处理机）
收发转换开关
显示器
天线（单基地雷达的天线收发共用）

2.雷达工作的主要流程

发射机产生的电磁能，经收发开关传给天线，天线将此能量以电磁波的形式定向辐射到大气中。电磁波在大气中以光速传播(约3∗108m/s3*10^8m/s3∗108m/s)，若目标恰好位于定向天线的波束内，则它截取部分能量并向各方向散射，其中部分散射的能量会朝向雷达接收方向。天线接收其中的一部分，经传输线和收发开关到达接收机。接收机将微弱信号放大，进行信号处理后获取所需信息，将结果送至终端显示。

3.测距原理、范围及精度

(1)测距原理

雷达工作时，雷达向空间发射一串周期高频脉冲。设发射信号后，接收该信号回波的时延为tr，目标与天线的直线距离为R，电磁波传播速度为c，那么

2R=ctr2R=ctr2R=ctr
R=ctr/2R=ctr/2R=ctr/2

可由此公式计算出目标与雷达的空间斜距。

(2)测距精度

距离分辨率：ΔR=cτ/2ΔR=cτ/2ΔR=cτ/2 ，其中τ为雷达发射的单个脉冲的持续时间
解释：假设两物体与雷达天线处于同一直线，若小于等于ΔR则两物体回波信号在时域上会重叠，难以分辨。

实际上有更多因素影响雷达的距离分辨率，比如接收机通频带

(3)测距范围

设τ为发射脉冲时间宽度，t0为收发开关转换，Tr为脉冲的发射周期，则

注：

脉冲雷达收发共用天线，在发射脉冲宽度τ时间内，接收机“断开”，不能接收目标回波，发射脉冲后收发开关恢复到接收状态，需要一段时间t0
当信号发射与接收之间的时间延迟大于Tr时，不能分辨接收到的信号是之前发生的哪一个信号的回波，故发生测距模糊

4.测速原理

雷达测速主要是利用电磁波的多普勒效应。由于目标在移动，因此雷达的发射信号与目标反射回波信号的频率不同。两者的频率差称为多普勒频移，记作fd。我们可以通过fd计算出目标相对于雷达的速度。计算速度的公式为：

vr=λfd2v_r = \frac{\lambda f_d}{2}vr=2λfd

多普勒效应科普视频（时长2分钟）

此外，也可以不用多普勒效应测速。简单的方法是根据雷达两次探测到目标的位置算出这段时间内目标走过的距离，再用距离除以时间。

5.测角原理

可以根据天线的方向性进行测角。（称为振幅法）

原理：方向性天线在某一方向发射的信号强度最大，将这一方向对准目标，反射回波的强度基本也是最大的，因此可以根据反射回波的强度进行测角。

另一种方法是相位法。使用这种方法时，雷达系统至少需要两根接收天线。

原理：
假设目标比较远，那么可以认为两天线接收到的回波是平行的。我们知道两天线之间的距离d，雷达波长λ。根据下面的原理图和公式我们即可求出角度的正弦值 sinθ，进一步得到角度θ。

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