整理经典雷达资料第1章雷 达 概 论.docx
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整理经典雷达资料第1章雷达概论
第1章雷达概论
MerrillI.Skolnik
1.1雷达描述
雷达的基本概念相对简单,但在许多场合下它的实现并不容易。
它以辐射电磁能量并检测反射体(目标)反射的回波的方式工作。
回波信号的特性提供有关目标的信息。
通过测量辐射能量传播到目标并返回的时间可得到目标的距离。
目标的方位通过方向性天线(具有窄波束的天线)测量回波信号的到达角来确定。
如果是动目标,雷达能推导出目标的轨迹或航迹,并能预测它未来的位置。
动目标的多普勒效应使接收的回波信号产生频移,因而即使固定回波信号幅度比动目标回波信号幅度大多个数量级时,雷达也可根据频移将希望检测的动目标(如飞机)和不希望的固定目标(如地杂波和海杂波)区分开。
当雷达具有足够高的分辨力时,它能识别目标尺寸和形状的某些特性。
雷达可在距离上、角度上或这两方面都获得分辨力。
距离分辨力要求雷达具有大的带宽,角度分辨力要求大的电尺寸雷达天线。
在横向尺度上,雷达获得的分辨力通常不如其在距离上获得的分辨力高。
但是当目标的各个部分与雷达间存在相对运动时,可运用多普勒频率固有的分辨力来分辨目标的横向尺寸。
虽然人们通常认为SAR是通过在存储器中存储接收到的信号,从而产生大的“合成”天线,但是用于成像(如地形成像)的合成孔径雷达在横向尺度上获得的分辨力仍可解释为,是由于利用了多普勒频率分辨力的结果。
这两种观点(多普勒分辨力和合成天线)是等效的。
展望用于目标成像的ISAR所能得到的横向分辨力的途径,理所当然应该是多普勒频率分辨力。
雷达是一种有源装置,它有自己的发射机而不像大多数光学和红外传感器那样依赖于外界的辐射。
在任何气象条件下,雷达都能探测或远或近的小目标,并精确测量它们的距离,这是雷达和其他传感器相比具有的主要优势。
雷达原理已在几兆赫兹(高频或电磁频谱的高频端)到远在光谱区外(激光雷达)的频率范围内得到应用。
这范围内的频率比高达109:
1。
在如此宽的频率范围内,为实现雷达功能而应用的具体技术差别巨大,但是基本原理是相同的。
最初,雷达是为了满足对空监视和武器控制的军事需求而研制的。
军事应用使雷达技术的开发得到大量的财政支持。
但是雷达同时也被用于许多重要的民用场合,如飞机、轮船、宇宙飞船的安全飞行;环境遥感,特别是气象遥感;法律的施行及许多其他应用。
雷达框图
雷达系统的基本组成如简化框图1.1所示(在手册中可见到雷达框图的其他实例)。
发射机产生的雷达信号(通常是重复的窄脉冲串)由天线辐射到空间。
收发开关使天线时分复用于发射和接收。
反射物或目标截获并辐射一部分雷达信号,其中少量信号沿着雷达的方向返回。
雷达天线收集回波信号,再经接收机加以放大。
如果接收机输出的信号幅度足够大,就说明目标已被检测。
雷达通常测定目标的方位和距离,但回波信号也包含目标特性的信息。
显示器显示接收机的输出,操纵员根据显示器的显示判断目标存在与否,或者采用电子设备处理接收机的输出,以便自动判断目标的存在与否,并根据发现目标后的一段时间内的检测建立目标的航迹。
使用自动检测和跟踪(ADT)设备时,通常向操纵员提供处理后的目标航迹,而不是原始雷达检测信号。
在某些应用中,处理后的雷达输出信号可直接用于控制一个系统(如制导导弹),而无需操纵员的干预。
图1.1采用功率放大发射机和超外差接收机雷达的简化框图
下面对雷达的工作进行更详细的介绍,从发射机开始。
发射机
图1.1的发射机(参见第4章)是一个功率放大器,例如速调管、行波管、正交场放大器或固态器件(参见第5章)。
磁控管等构成的功率振荡器也能用做发射机,但与功率放大器相比,磁控管的平均功率有限。
而功率放大器(特别是速调管)不仅可产生大的平均功率而且稳定度高(雷达性能的度量标准是平均功率,而不是峰值功率)。
基本波形在送往功率放大器之前是在低功率电平上产生的,因而极易得到脉冲压缩和相参系统(如MTI雷达和脉冲多普勒雷达)所要求的特定波形。
尽管磁控管振荡器也能用于脉冲压缩雷达和MTI雷达,但是采用功率放大器结构的雷达能获得更好的性能。
当雷达对简易性和机动性要求较高,而并不需要大的平均功率、好的MTI性能或脉冲压缩时,雷达也可采用磁控管振荡器。
典型的地面对空监视雷达发射的平均功率可以是几千瓦。
近程雷达的平均功率可以是毫瓦数量级的。
探测空间物体的雷达(参见第22章)和高频(HF)超视距雷达(参见第24章)的平均功率可达兆瓦数量级。
雷达方程(参见1.2节和第2章)说明雷达的探测距离与发射功率4次方根成正比。
所以,为了将探测距离提高1倍,发射功率要提高16倍。
这意味着,为提高雷达探测距离应使用的发射功率总量通常受到实际的和经济的条件限制。
发射机不仅要能产生大功率、高稳定的波形,而且常常还要在很宽的频率范围内高效、长时间无故障工作。
收发开关
它是用于保护接收机免受大功率发射机工作漏能损坏的快速转换开关。
在接收时,发射机关闭,收发开关将接收到的弱信号送入接收机,而不是进入发射机。
它通常是气体放电元件,并可与固态或气体放电接收机保护器共同使用。
有时用固态环流器来进一步隔离发射机和接收机。
天线
发射机能量由方向性天线集聚成一个窄波束辐射到空中。
在雷达中,机械控制抛物面反射面天线(参见第6章)和平面相控阵天线(参见第7章)都得到广泛的应用。
电扫相控阵天线(参见第7章)也有应用。
大多数雷达天线所特有的定向窄波束不仅能将能量集中到目标上,而且能测量目标的方位。
用于探测或跟踪飞机的雷达,天线波束宽度的典型值约为1°或2°。
专用跟踪雷达(参见第18章)一般有一副对称的天线,它辐射笔状波束的波瓣图。
常用的探测目标距离和方位的地面对空警戒雷达,通常采用机械转动的反射面天线,它的扇形波束水平方向窄,垂直方向宽。
机载雷达和三坐标对空警戒雷达(它们在方位上机械转动以测量方位,但在垂直方向上使用电控扫描或波束形成来测量仰角,这将在第20章讨论)经常使用平面阵列孔径。
对于绝大多数的雷达应用来说,雷达天线采用机械扫描是令人满意的。
当波束必须快速扫描而用机械扫描又无法实现,并且可接受高成本时,雷达可使用电扫相控阵天线。
电扫相控阵天线的波束控制可在微秒或更短的时间完成。
无论是地面雷达或车载雷达,天线尺寸都部分取决于雷达的工作频率和工作环境。
由于机械和电气容差与波长成正比,频率越低,制造大尺寸的天线就越容易。
在超高频波段(UHF),一个大型天线(无论是反射面,还是相控阵天线)的尺寸可达100ft或更大;在较高的微波频率(如X波段),雷达天线的尺寸超过10ft或20ft就算是相当大的(曾经建造过比此更大的天线,但不常见)。
尽管有波束宽度窄到0.05的微波天线,但雷达天线波束宽度很少小于0.2,这近似对应于300个波长的孔径。
X波段大约为31ft,UHF波段大约为700ft。
接收机
天线收集的回波信号送往接收机。
接收机几乎都是超外差式的(参见第3章)。
接收机的用途:
(1)将所需的回波信号从始终存在的噪声和其他干扰信号中分离出来;
(2)放大信号,使其幅度足以在阴极射线管之类的显示器中显示或能被数字设备自动处理。
在微波频段,接收机输出端的噪声通常源于接收机自身,而不是从天线进入的外部噪声。
接收机的输入级不能引入过大的噪声,以免干扰信号的检测。
在许多雷达应用中,第一级采用晶体管放大器时,它的低噪声是可接受的。
接收机输入级的噪声系数(定义参见1.2节)的典型值为1dB或2dB。
许多民事应用要求有低噪声接收机前端(第一级),但可达到的最小噪声系数对军用雷达来说并不总是最合适的。
在高噪声环境下,无论是无意的干扰或敌方的人为干扰,采用低噪声接收机的雷达比采用高噪声接收机的雷达更容易受到影响。
并且采用低噪声放大器前端将导致接收机的动态范围更小。
这一点在某些情况下是不希望的,如当雷达面对敌方电子干扰或要利用多普勒效应探测强杂波下的小目标时。
为了避免低噪声接收机的缺点,可不用高放级而只用混频器作为接收机的前端。
混频器较大的噪声系数可通过等效地增加发射功率的方法来弥补。
超外差接收机混频器将射频信号转变为中频信号。
中频放大器的增益使接收机信号电平增大。
中频放大器还有匹配滤波器的功能:
它使输出信噪比最大。
中频输出信噪比最大使信号的可检测性最大。
几乎所有雷达的接收机都近似为匹配滤波器。
接收机的第二检波器是包络检波器,它消除中频载波,并让调制包络通过。
在CW雷达、MTI雷达、PD雷达中,由于使用了多普勒处理,相位检波器代替了包络检波器。
相位检波器通过与一个频率为发射信号频率的参考信号比较,可提取目标的多普勒频率。
接收机还必须包括用于消除固定杂波的滤波器和通过动目标多普勒频移信号的带通滤波器。
视频放大器将信号电平提高到便于显示它所含有信息的程度。
只要视频带宽不小于中频带宽的一半,视频放大器对信号的可检测性就不会产生负面的影响。
在视频放大器的输出端建立一个用于检测判决的门限。
若接收机的输出超过该门限则判定有目标。
判决可由操纵员作出,也可无需操纵员的干预而由自动检测设备得出。
信号处理
雷达的信号处理由哪些部分构成,一直没有得到普遍的认同,但通常认为,信号处理是消除不需要的信号(如杂波),并通过所需的目标信号。
信号处理在作出检测判决的门限检测前完成。
信号处理包括匹配滤波器、MTI以及脉冲多普勒雷达的多普勒滤波器。
脉冲压缩在检测判决前实现,尽管它并不符合上述的定义,但有时仍被认为是信号处理。
数据处理
检测判决之后的处理称为数据处理。
自动跟踪(参见第8章)是数据处理的主要实例。
目标识别则是另一实例。
最好在能滤除大部分无用信号的优良雷达中使用自动跟踪系统,这时跟踪系统只需处理目标数据而不涉及杂波。
而当雷达不能消除所有的有害回波时,在跟踪系统的输入端必须有维持CFAR电路。
接收机的CFAR部分通常正好位于检测判决之前。
当杂波和(或)噪声背景发生变化时,它能保持虚警率恒定。
其目的是为了防止外部杂乱回波使自动跟踪系统过载。
CFAR电路从邻近目标的噪声或杂波中感知杂波回波的大小,并利用这一信息建立门限,从而使噪声或杂波的回波被门限滤除而不至于被自动跟踪系统误认为目标。
令人遗憾的是,CFAR降低了检测概率,并导致信噪比的损失和距离分辨力的降低。
当自动跟踪计算机不能处理大量的回波信号时,CFAR或其等效物是必要的,但如果有可能应尽量避免采用CFAR。
若由操纵员来完成门限判决,则在有限容量的自动跟踪系统中无需CFAR,因为操纵员通常能识别由杂波或增强了的噪声(如干扰)造成的回波,而不致使它们与所需目标回波相混淆。
显示器
警戒雷达的显示器通常是PPI(平面位置显示器)格式的阴极射线管。
PPI提供亮度调制、地图形式的图像。
它用极坐标(距离和方位)来标识目标的位置。
旧式雷达直接显示接收机的视频输出(称为原始视频),但现代雷达一般只显示处理后的视频信号,也就是自动检测装置或自动检测跟踪装置(ADT)处理后的视频信号。
因为噪声和背景杂波已被消除,所以有时称为廓清显示。
雷达控制
为了使雷达在不同环境条件下的性能达到最佳,现代雷达能工作在不同的雷达参数下,这些参数包括频率、发射波形、信号处理和极化方式。
根据当地的天气、杂波环境(在距离和方位上都很少是均匀的)、是否受其他电子设备的干扰或干扰了其他电子设备等条件,以及敌意ECM(电子干扰)环境(军用雷达),雷达参数要随之改变。
在特定的条件下雷达性能要达到最佳,上述的参数是不同的。
这些参数可以按预期的环境预先编程送入,或者由操纵员根据环境条件实时地选择。
另一方面,雷达控制能自动识别环境条件的变化,并自动选择适当的雷达参数,使雷达性能最优,而这一切都不需操纵员的辅助。
波形
重复窄脉冲串是最常见的雷达波形。
当脉冲串不能实现要求的特殊功能时,雷达使用其他波形。
在利用多普勒频移来测量目标的径向速度的专用雷达中,使用连续正弦波。
而当CW雷达要测距时,采用频率调制连续波(FM-CW)(参见第14章)。
当要得到窄脉冲的分辨力和宽脉冲的能量时,采用脉冲压缩波形(参见第10章)。
对低PRFMTI雷达(参见第15和16章)和高PRFPD雷达而言,为了消除距离和(或)多普勒模糊,波形采用多个脉冲重复周期参差工作的脉冲串。
1.2雷达方程
雷达方程是描述影响雷达性能诸因素的惟一并且也是最有用的方式。
它根据雷达特性,给出雷达的作用距离。
一种给出接收信号功率Pr的雷达方程形式为
(1.1)
为了描写所发生的物理过程,上式右侧写成三个因子的乘积。
第一个因子是在距辐射功率为Pt、天线增益为Gt的雷达R处的功率密度。
第二个因子的分子是以平方米表示的目标截面积σ。
分母表示电磁辐射在返回途径上随距离的发散程度,如同第一因子的分母表示电磁波在向外辐射途径上的发散程度一样。
前两项的乘积表示返回到雷达的每平方米的功率。
有效孔径为Ae的天线截获功率的一部分,其数量由上述三个因子的乘积给出。
如果雷达的最大作用距离定义为,当接收功率Pr等于接收机最小可检测信号Smin时的雷达作用距离,则雷达方程可写为
(1.2)
当同一天线兼作发射和接收时,发射增益Gt与有效接收孔径Ae的关系式为Gt=4πAe/λ2。
式中,λ表示雷达电磁能量的波长。
将该式代入式(1.2)得到雷达方程的另外两种形式为
(1.3a)
(1.3b)
上面给出的雷达方程可用于粗略计算雷达测距性能,但由于过于简化,故不能得到实用的结果。
估算的作用距离往往过于乐观。
至少有两个主要原因可用于解释简化的雷达方程不能精确估算实际雷达的作用距离。
首先,方程不包括雷达的各种损失;其次,目标截面积和最小可检测信号在本质上是统计量。
所以,作用距离必须用统计值来规定。
第2章将详细叙述关于从简化雷达方程中得出有意义的距离估算结果的方法。
虽然在式(1.3)中作用距离为4次幂,但在特定的条件下,它也可以是3次幂、2次幂或1次幂。
本节的后面和其他章节将叙述这些情况。
雷达方程除了用于估算作用距离外,还可以指导如何在和雷达性能相关的各种参数中选择可行的折中方案,从而为初始的雷达系统设计打下良好的基础。
方程中的最小可检测信号Smin是个统计量,它必须用检测概率和虚警概率来描述。
这将在第2章详细叙述;目前只需说明,为了在接收机检测判决点上信号能被可靠地检取,Smin必须大于噪声(通常为10~20dB)。
最小可检测信号可表示为可靠检测所需的信噪比与接收机噪声的乘积。
接收机噪声用相对于理想接收机产生的热噪声来表示。
热噪声等于kTB,其中,k是玻耳兹曼常数;T是热力学温度;B是接收机带宽。
接收机噪声为热噪声与接收机噪声系数Fn的乘积。
接收机噪声系数是相当于基准温度(T0=290K,接近室温)测定的,此时,kT0=4×10-21W/Hz。
雷达方程中最小可检测信号可写为
(1.4)
有时,因子T0Fn用系统噪声温度Ts代替。
上面根据信号功率讨论了雷达方程。
虽然功率是由矩形脉冲组成的常用雷达波形的一种为人熟知的特性,但对于更复杂的波形,总信号能量通常是波形可检测性的更方便的测量标准。
从理论上看,它也更恰当。
基于统计检测理论的理论分析,信号能量与噪声能量的比值(记为E/N0)是一个比信号功率与噪声功率之比更基本的参数。
无论接收波形如何,只要接收机被设计为一个匹配滤波器,匹配滤波器输出端信噪(功率)比的峰值为2E/N0。
对于宽度为τ的矩形脉冲,信号功率是E/τ,噪声功率是N0B,其中,E为信号能量;N0为噪声能量或单位带宽的噪声功率(假设噪声在频域内是均匀分布的);B为接收机带宽。
用这些变量表示,Smin就等于kT0Fn(E/N0)/τ,代入式(1.2)得到
(1.5)
式中,Et=Ptτ是发射波形的能量。
虽然式(1.5)假定发射波形是矩形脉冲,但是只要Et是发射波形所包含的能量及噪声系数为Fn的接收机被设计成匹配滤波器,它也适用于任何波形。
某些已发表的雷达检测理论给出检测概率和虚警概率时用S/N,而不用E/N0。
当这些结论假定是在最佳(匹配滤波器)处理条件下取得的,雷达方程所要用的E/N0值可由S/N的表达式或第2章描述的可见度系数中获得。
雷达方程根据具体的用途可演化成多种形式。
以下给出几个实例。
跟踪
在这种情况下,假定雷达连续跟踪或在时间间隔t0内“照射”目标。
于是可由式(1.5)导出跟踪或“照射”雷达方程为
(1.6)
式中,Pavt0=Et。
因此,当跟踪雷达必须“看”远距离时,雷达的平均功率必须高,目标的照射时间必须长,天线的电尺寸Gt和物理尺寸Ae必须大。
在此方程中,频率没有以显函数的形式引入。
由于小型天线比大型天线更容易做机械运动,所以跟踪雷达通常工作在较高的频率,此时小孔径可得到高增益和足够大的Gt和Ae乘积。
跟踪雷达方程是以检测能力为基础的。
跟踪雷达还必须按良好的角精度来设计。
窄波束(大Gt)和高E/N0(大Ae)值可获得好的角精度。
所以,大GtAe乘积和好的跟踪精度及好的检测能力是一致的。
立体空域搜索
假设雷达必须在时间ts内完成对立体角为Ω的空域的搜索。
如果天线波束所张的立体角为Ωb,则天线增益Gt约为4π/Ωb。
如果天线在波束对着的每个方向上逗留的时间为t0,则总的扫描时间ts为t0Ω/Ωb。
将这些表达式代入式(1.5),并注意到Et=Pavt0,
(1.7)
因此,对立体空域搜索雷达来说,获得最大作用距离的两个重要参数是平均发射机功率和天线孔径。
任何搜索时间的减少或搜索范围的增大都必然伴随着乘积PavAe的相应增大。
注意,频率没有明显写在式内。
干扰
当雷达信号的检测受到人为的噪声干扰机等外部干扰源的限制,而不是受到接收机噪声的限制时,决定测距性能的重要参数与上面的略有不同(参见第9章)。
单位带宽的接收机噪声功率现在由干扰机而不是由接收机噪声系数决定。
当雷达执行空域搜索,而干扰功率由特定的方向沿天线副瓣进入时,则雷达的最大的作用距离可写为
(1.8)
式中,gs为相对于主瓣的副瓣电平(值小于1);RJ为干扰机距离;BJ为干扰机带宽;PJ为干扰机功率;GJ为干扰机天线增益;E/N0为可靠检测必需的信号功率和单位带宽噪声功率的比值。
平均功率是重要参数,天线副瓣也很重要。
用进入天线副瓣的单位带宽干扰噪声功率代替式(1.7)中的kT0Fn,可得到式(1.8)。
只有当接收机正常噪声与干扰噪声相比可忽略不计时,才能用上述方程。
当雷达集中照射携带有干扰机的目标(有时称为烧穿工作模式)时,作用距离变为
(1.9)
重要的雷达参数是平均功率、观察目标的时间和发射天线增益。
最大作用距离是2次幂,而不像雷达方程的其他形式一样是4次幂。
注意,上述两个例子都没有明确写明天线孔径的面积。
大孔径接收更多的信号,但同时它也收集到更多的干扰。
在此,由于假设干扰噪声远大于接收机噪声,方程中没有考虑接收机噪声系数。
所以在噪声背景下,设计具有最大灵敏度的接收机并不一定有益。
上述两个干扰雷达方程是简化式,可能还有其他形式。
杂波
当雷达必须检测在海面或地面上的小目标时,不需要的干扰杂波会严重限制雷达检测目标的能力。
并且当杂波功率显著大于接收机噪声功率时,作用距离方程简化为信杂比的表达式。
信杂比等于目标截面积和杂波截面积之比。
如果杂波或多或少呈均匀分布,则杂波回波由雷达分辨单元所照射的面积确定。
地面和海面杂波可用杂波与雷达照射面积的比值来表示。
这个归一化的杂波系数记为σ0。
考虑脉冲雷达以低入射余角照射目标和杂波。
若假定是单脉冲检测,则信杂比为
(1.10)
或
式中,R为雷达到杂波区的距离;θb为方位波束宽度;c为传播速度;τ为脉冲宽度;φ为入射余角(擦地角)。
假定杂波区域在方位上由天线波束宽度决定,在距离坐标上由脉冲宽度决定。
比值S/C的作用与热噪声下的比值E/N0类似。
必须有足够大的信杂比才能确保可靠检测。
杂波的统计特性与热噪声的统计特性不同,但是当无其他信息可用时,作为初始推测可以将所需S/C值取为E/N0。
在式(1.10)中,作用距离的函数关系是线性的,而不是4次幂形式,这一点是非常重要的。
因此,在杂波中检测目标,雷达必须具有窄的波束和窄的脉冲宽度。
如改变上述假设,则杂波中检测目标的重要雷达参数可能是不同的。
如果每次扫描接收到n个回波,并且脉冲间杂波是相关的,则在限制条件为热噪声而非杂波时,S/C将得不到应有的改善。
1.3从雷达回波可获取的信息
尽管雷达一词源于无线电探测和测距(Radiodetectionandranging),但雷达所能提供的信息超出其名称的含义。
“探测”目标意味着发现目标的存在。
可以将“探测”与信息的提取分别考虑,但是仅对目标是否存在感兴趣,而对目标在空间的位置和特性不感兴趣是不常见的。
因此,提取目标的有用信息是雷达工作的重要组成部分。
“探测”与信息的提取相互独立并不意味着二者之间没有联系。
为实现最优处理,信息的提取通常要求采用匹配滤波器或其等效措施。
目标信息事先了解得越多,则检测效率就越高。
例如,如果目标的位置已知,则天线可先指向合适的方向,而不必在空间搜索中浪费能量和时间。
又如,如果目标的相对速度已知,则接收机可先调谐至正确的接收频率,而不必在多普勒频移可能出现的整个频率范围内搜索。
常规雷达提供目标的方位和距离。
通过测量目标距离和方位随时间的变化可得到目标位置的变化率,并由此可建立目标的航迹。
在许多雷达应用中,只有建立了航迹才可称为探测到目标。
在一维或多维坐标中,当雷达具有足够的分辨力时,它就能识别目标的大小和形状。
由极化可得到目标的对称性。
原则上说,雷达可检测目标表面的粗糙度及某些与电介质特性方面有关的性质。
距离
通过测量雷达信号往返目标的时间,雷达可测出距目标的距离。
这可能是常规雷达突出的也是最重要的特性。
在远距离上和不利气候条件下测量目标的距离,其他传感器都达不到雷达的测量精度。
在仅受视线限制的距离上(通常为200~250nmile),地面雷达测量飞机的距离精度可达几十米。
已经证明,雷达测量行星间距获得的精度仅受传播速度精度的限制。
在适中的距离上,测距精度可达几厘米。
窄脉冲是测距的常用雷达波形。
脉冲越窄,测距精度越高。
窄脉冲具有宽的频谱。
宽脉冲也能达到窄脉冲的效果,只是用相位调制和频率调制使宽脉冲的频谱扩展。
已调制宽脉冲通过匹配滤波器后,其输出是压缩后的脉冲,并且压缩脉冲的宽度等于已调制宽脉冲频谱宽度的倒数。
这就是脉冲压缩,它具有窄脉冲的分辨力和宽脉冲的能量。
频率调制或相位调制的连续波也能进行目标距离的精确测量。
通过比较两个或多个连续波频率的相位,也可测量单个目标的距离。
连续波测距已广泛用于机载雷达高度计和勘测仪器。
径向速度
对目标距离的连续测量可获得距离变化率或径向速度。
动目标回波的多普勒频移也能用来测量目标的径向速度。
但是在许多脉冲雷达中,多普勒频率测量是高度模糊的,因此降低了直接用它测量径向速度的有用性。
连续波距离测量法能在较短的时间得到更精确的测量,所以在允许应用这种方法时,通常优先采用它来测量目标的径向速度。
无论是测量距离变化率还是测量多普勒频移,速度测量都需时间。
观察目标的时间越长,测速的精度越高。
(观察目标的时间加长,也可增大另一个提高测量精度的因素——信噪比。
)虽然在某些实际应用中,多普勒频移用于测量目标的径向速度(例如各种警用测速计和卫星监视雷达),但是它被广泛地用做分选固定杂波和动目标的基础,例如在MTI雷达、AMTI雷达、PD雷达和CW雷达中那样。
角方向
通过测量回波波前到达雷达的角度,雷达可测出目标的方向。
雷达的测角通常用方向性天线来实现,即窄辐射波瓣图天线。
当接收到的信号最大时天线所指的方向就是目标方向。
和其他测角方法相同,上述测角法假设大气层不扰乱电磁波的直线传播。
入射波方向也可通过测量两个分立的接收天线相位差来得出,如干涉仪中的那样。
测量两个天线中信号的相位是比相单脉冲雷达测角的基础。
比幅单脉冲雷达则是比较同一天线产生的两个倾斜波束所接收到的信号幅度来测量到达角。
天线孔径的尺寸决定到达角的测量精度
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