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雷达系统全面解析：从信号发射到距离测量的每一个步骤

泰然健康网
2025-08-12 11:51

01雷达系统概述

雷达系统具备探测目标并精准测量其距离、速度和角度等多项参数的功能。其核心处理流程包括信号的产生、发射、接收以及最终的显示。具体来说，雷达发射机会生成特定信号，经过放大后，这些信号会通过天线以电磁波的形式向四周辐射。当这些电磁波遇到目标物体时，它们会发生反射，反射的回波会被天线捕获。值得注意的是，雷达所希望探测的特定目标被称为“目标”，而其他物体产生的回波则被统称为“杂波”。

> 信号产生与发射

雷达发射机会生成特定信号，经过放大后，这些信号会通过天线以电磁波形式辐射。这些电磁波会遇到目标物体并发生反射，其回波将被天线捕获。

> 信号接收与目标检测

天线捕获到的回波信号，经过放大和一系列的信号处理，最终提取出目标的相关信息。这些信息随后被呈现在屏幕上，以多维度的形式展示目标的距离、速度以及方向等关键参数。

02测距与相关技术

> 距离计算与盲区问题

由于电磁波在真空中的传播速度恒定为c=3×10^8m/s，因此，通过测量接收目标回波与发射时刻的时间差t，我们可以利用公式R=ct/2来计算目标与探测点的距离。同时，脉冲宽度也是一个关键参数，它直接影响着系统能够探测到的最小距离。脉冲宽度影响最小探测距离，存在测距盲区。

然而，通过采用收发分置技术或连续波雷达，虽然能解决距离盲区问题，但可能会面临其他挑战，如隔离度的问题。

> 脉冲重复频率与距离模糊

脉冲重复频率（PRF）是脉冲雷达的重要参数，它直接影响最大不模糊距离。PRF是脉冲重复间隔（PRT）的倒数，而PRT则决定了目标回波在当前脉冲后多久能返回雷达。如果目标的雷达回波信号在下一个或下几个脉冲回波中才返回，那么就可能出现距离模糊的问题。

> 解决距离模糊的方法

为了解决距离模糊的问题，我们可以采用参差PRF的方法。这种方法利用回波在不同PRF脉冲中位置的不稳定性来消除模糊现象。此外，相控阵雷达也提供了另一种解决距离模糊的途径。通过其灵活的波束指向控制功能，相控阵雷达可以选择性地避免接收先前脉冲的回波，从而有效地消除距离模糊现象。

03雷达性能优化

> 脉冲串与频谱特性

从雷达方程中，我们可以清晰地看到雷达的最大探测距离与发射机的输出功率之间存在直接的联系。同时，这些因素也会直接影响到雷达的距离分辨力。通过观察上图，我们可以清晰地看到脉冲串的脉宽、周期与其频谱特性之间的紧密联系。

> 时延分辨常数与脉冲压缩技术

引入时延分辨常数，通过脉冲压缩技术提高分辨力与精度。通过将距离自相关函数的主峰、旁瓣或噪声基底的全部能量进行整合，并除以主峰最高点的功率，从而得到的时间宽度。该常数越小，意味着主峰越窄、旁瓣或基底越小，这将对目标的精确分辨产生积极影响。

> 测距精度与脉冲压缩雷达

脉冲压缩雷达具备发射宽脉冲信号并接收处理回波以输出窄脉冲的能力，这使得其能够获得更远的探测距离和极高的距离分辨力。脉冲压缩技术是匹配滤波理论与相关接收理论的完美结合，该技术通过在发射端发射具有大时宽和带宽的信号，有效提升了信号的速度测量精度和速度分辨力。而在接收端，该技术则能将宽脉冲信号压缩为窄脉冲，从而显著增强雷达对目标的距离分辨精度和距离分辨力。