雷达原理详解：测距、测角与多普勒频移

"电子科大雷达课件" 这篇资料主要涵盖了雷达的基本原理，包括雷达的定义、雷达坐标系、雷达的工作原理、测距、测角、测速以及目标的尺寸和形状测量等方面的知识。 1. 雷达的定义：雷达是Radio Detection and Ranging的缩写，主要用于测量目标的距离、方位、仰角以及速度，还能获取目标的其他信息，如形态和表面信息等。它通过发射电磁波并接收目标反射回来的回波来实现这些功能。 2. 雷达坐标系：雷达通常使用球（极）坐标系来描述目标的位置，包括斜距R（雷达到目标的直线距离）、方位角α（目标斜距在水平面上的投影与参考方向的夹角）和仰角β（目标斜距与其在水平面上投影在铅垂面上的夹角）。 3. 雷达的基本工作原理：单基地脉冲雷达系统中，发射机发出电磁波，通过天线发射出去，经过大气传播，被目标反射，再由天线接收，通过收发开关传给接收机。根据回波时延和光速可以计算目标的距离。 4. 测距：测距基于电磁波往返时间，公式为R = ct/2，其中c是光速，t是回波时延。例如，回波时延为1μs对应的目标距离是150米。测距精度与发射信号的时宽（或处理后的脉冲宽度）有关，时宽越小，精度越高。 5. 测角：雷达利用天线的方向性来测量目标的方位角α和仰角β。天线尺寸增大，波束变窄，测角精度和角分辨力提高。此外，两个分离接收天线的相位差也能用来确定角位置。 6. 测速：通过检测回波的多普勒频移来测量目标的相对速度，公式为v = fd/2rλ，其中v是径向速度，f是多普勒频移，λ是载波波长，d是目标距离。径向速度也可以通过距离变化率求得。 7. 目标尺寸和形状：雷达的分辨率（距离分辨力和角分辨力）影响对目标尺寸和形状的探测能力。距离分辨力取决于脉冲宽度τ和信号带宽B，而角分辨力与天线半功率宽度β0、信号波长λ和天线孔径D有关。 在实际应用中，雷达技术广泛用于军事、航空、气象预报、交通监控等多个领域，理解这些基本原理对于掌握雷达系统的运作至关重要。通过解决习题，学生可以进一步巩固对雷达原理的理解，例如计算特定条件下的目标距离、速度等。