设计警戒雷达系统参数:L/S波段,作用距离210km

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"该文档是北京理工大学的一份雷达系统导论大作业,要求设计一个针对RCS=2平方米飞机的警戒雷达系统,目标作用距离至少210km,距离和方位分辨率分别为100m和8°。作业涵盖了工作频率、信号带宽、脉冲参数、发射功率、天线参数、接收机性能等多个关键设计参数。" 在设计雷达系统时,首先要考虑的是工作频率。根据描述,雷达可选择L或S波段,工作频率范围需大于等于200MHz。L波段的频率范围通常为1-2GHz,S波段为2-4GHz。选择较高频率可以提供更好的角度分辨率,但可能会受到大气吸收的影响;较低频率则有利于远距离传输,但角度分辨率较差。考虑到警戒雷达的需求,选择合适的频率平衡远距离探测与分辨率至关重要。 方位分辨率要求优于8°,这意味着雷达的方位波束宽度应小于8°,以便在方位方向上区分两个相距8°的目标。俯仰波束宽度则可以根据实际情况设定,通常会较宽,以适应不同高度的目标。天线增益和方向性系数的计算需要结合方位和俯仰波束宽度来确定,同时考虑天线口径效率。 距离分辨率要求优于100m,这需要设计合适的信号带宽。对于远距离探测,通常采用线性调频连续波(LFMCW)信号,其瞬时频率随时间线性增加,从而提供较大的带宽。带宽B的计算与所需距离分辨率和最小探测距离有关,一般取值为: \[ B = \frac{2c}{R_{min}} \] 其中c是光速,\( R_{min} \) 是最小探测距离。这里,我们可以将\( R_{min} \) 设置为210km,然后计算出信号带宽。 脉冲触发间隔(PRI)和脉冲宽度(PW)的设计需兼顾探测距离和距离分辨率。通常,PRI为发射脉冲之间的间隔,而PW是脉冲持续的时间。为了满足远距离探测,PW应较大,以提供足够的能量;而为了保持良好的距离分辨率,带宽应足够宽。PRI一般选取为PW的10%-15%,以保证雷达在每次发射后有足够的时间接收回波。 发射功率直接影响雷达的作用距离,需要根据其他参数进行适当选择,以确保在给定的距离上能接收到足够的回波信号。接收机噪声系数影响了信号的检测能力,它需要尽可能低,以减少噪声对信号检测的影响。中心频率(IF)指的是中频信号的频率,它是在混频器之后的频率,通常低于发射频率,有助于减小系统复杂性。 中频信号采样率和基带数据采样率与信号处理和数字化有关。中频采样率应至少为信号带宽的两倍,遵循奈奎斯特定理,而基带数据采样率则取决于信号的数字化处理需求。积累脉冲数是指雷达在做出目标检测决策前接收和处理的脉冲数量,通常用于提高信噪比和检测性能。 检测因子,或称为检测概率与虚警概率的比值,是衡量雷达性能的重要指标,需要通过理论分析和实验测试来确定。 这个大作业涵盖了雷达系统设计的关键要素,涉及频谱选择、信号处理、天线设计、发射与接收系统的性能优化等多个方面,旨在让学生深入理解雷达系统的工作原理及其参数设计的重要性。