雷达目的检测性能权衡参数次要有哪些呢？

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楼主

各人好，那里是本问题的题主。在知乎窥屏大佬们的答复也有将近一年了，那是头一次正经的提出一个问题。感激 @山青入我梦的答复，我感应收获颇丰，同时也产生了论述我的一些概念的的设法。PS：我进到那位伴侣的知乎看了一下，觉得他答复此外问题也是很认实负责的。

先说下发问动机吧，我是某不出名大学大二通信工程在读学生，出于兴趣参加了本校的雷达尝试室，然后我的导师给了我那个问题：雷达目的检测的性能权衡参数次要有哪些呢？

想了半个暑假，我小我的谜底是，信噪比（广义）。

雷达的领受信号，从底子上说只要四种：信号（signal），噪音（noise），干扰（jamming）和杂波（clutter）。由此呈现了权衡雷达领受信号量量的单元——信噪比（SNR）。在那里指信号强度和表里部噪声的信号强度之比。当然，严酷来说还会有信干比和信杂比，但广义的信噪比在大大都情况下能够包罗那两种，统称信噪比。无论如何的雷达系统，其内部计算所依赖的任何数据的准确性，根本都依赖于回波的准确性。所以我一起头觉得，不论是发射机也好，领受机也好，仍是其他的一切硬件软件，没有信噪比高的回波数据做为支持，他的一切成果都要打上一个大大的问号。究其底子，信噪比高不高，才是权衡一个雷达的目的检测性能能否强大的底子参数。

但是很显然，如许的成果不克不及让我的导师满意。但是我也犯难啊，雷达又不是游戏王，一张卡厉不凶猛看攻击力防御力，效果联系关系，能否限造数量等几个互相之间毫不联系关系的尺度就行了。曲到看了那位答主的谜底，我有了全新的设法。

接下来，我将从优化信噪比的角度动身，阐发一些我小我认为的比力重要的参数。可能在此中会有我小我的误读，烦请列位大佬海涵并指出，谢谢指教！

一．旁瓣电平

一个凡是的雷达发射的电磁波在其标的目的图上不是一个简单的圆周，而是一个花瓣状的图像。那申明雷达电磁波的发射具有标的目的性，雷达在停止扫描的时候，会将电磁波射向一个料想的区域，在那个标的目的上的信号强度更大，在标的目的图上表现为更大最长的那“一瓣花瓣”，称之为主瓣。而其他标的目的上的信号（小花瓣）称之为旁瓣。旁瓣显然不是我们想要的，因为他分离我们主瓣信号的功率，使得料想标的目的上的发射功率削弱。同时，在现实操做中，旁瓣也是杂波的来源之一（旁瓣和其他标的目的上的物体碰碰产生回波，污染一般信号）。而彻底消弭旁瓣效应的办法是削减物体的尺寸，使其小于或者等于波长的一半，此时将不会产生旁瓣效应。那关于电磁波而言显然是不成能的。于是降生了一个参数——旁瓣电平，权衡旁瓣大小和关于主瓣的影响。旁瓣更大值与主瓣更大值之比称为旁瓣电平，记以FSLL，凡是以分贝暗示。

主瓣和旁瓣二．雷达天线尺寸

凡是，雷达天线尺寸是其工做波长的四分之一。在前面我们提到，雷达在发射信号的时候具有标的目的性。而关于信号自己来说，在其他前提必然的情况下，大尺寸的雷达天线有助于降低波瓣的宽度，提拔信号的标的目的性，使得回波信号量量上升。同时，大尺寸的雷达天线能够进步承受信号的有效面积（大要是天线几何大小的50%到90%），增加雷达天线聚集波束的才能，其大小为雷达天线在更大辐射标的目的所辐射的功率与各个标的目的都平均辐射的天线在统一标的目的上辐射的功率之比(在两天线输入功率不异的前提下)。在雷达工做波长固按时，天线口径面积越大，天线增益越高；若是天线口径面积固定，则工做波长越短，增益越高。

雷达理论最远探测间隔，Gt是天线增益三．三分贝裂痕桥的性能参数

在一些雷达里，发射机和领受机是连体的。但是一般来说，回波的功率远远低于发射信号的功率。于是大功率的发射信号常常会对领受信号产生干扰。于是T/R收发转换开关（我学的时候说的是转换，收集上说的是软换，存疑）应运而生，在本安装中，起到过滤发射信号感化的重要构造就是三分贝裂痕桥。因为在收集上没有找到相关的图片（以至连相关材料都没有），我手绘了一个，比力粗拙。详细原理过几天逃加更新的时候详细写写。

三分贝裂痕桥（咋歪了）四．主动频次控造（Automatic Frequency Control）性能参数

因为题主关于超外差领受器比力熟悉，故以超外差领受器为例，超外差领受器是指将领受信号与本机振荡电路的振荡频次，经混频后得到一个中频信号，并将得到的中频信号再经中频放大器放大的领受器。中频信号经检波后得到视频信号。而在一个现实电路中，本振频次可能发作漂移，承受的射频信号也可能不不变。而那类领受器的中频信号是领受信号频次和本振频次相减的绝对值，故在现实情况中需要针对本振频次停止负反应或者主动调理。调理过程如下：

混频期环路的输入量为输入信号uR(t)的角频次ωR，输出量是VCO的振荡角频次ω0，它们之间的关系可按照要求而定。按照通信系统的要求，它们之间的关系应满足：

ω0-ωR=ωe0 (1)

ωR-ω0=ωe0 (2)

式中ωe0为固定角频次，差频放大器的中心频次ωI=ωe0。

当ω0与ωR的关系满足(1)或(2)时，因鉴频器的中心频次选在ωe0，则其输出误差电压为零，AFC效应器VCO（压控振荡器）不受控造，环路没有控造感化。

当ωR必然，ω0因某种不不变因素发作变革，其变革值比未加控造时的振荡角频次ω0大△ω0。由(1)知，混频器输出电压ue(t)中角频次比ωe0增加△ωe0=△ω。，经限幅鉴频后输出误差电压ud(t)，在经放大器放大并加到VCO上，使VCO的振荡频次减小。那个减小量使得角频次由△ωe0小到△ω′e0，在新的误差角频次感化下，再经限幅鉴频放大，使VCO的振荡频次继续减小。如斯屡次轮回，与锁相环路类似，最初环路到达锁定形态。因环路传输的是频次，故锁定后环路存在误差角频次，称为剩余角频次误差，用△ωe∞暗示。现实上，主动频次控造电路是将大的起始角频次误差△ωe0通过环路的调理感化减小到较小的剩余角频次误差△ωe∞（负反应调理）。

同理，当ω0必然，ωR变革△ωR时，通过环路的主动调理，也能使使VCO的振荡角频次跟从ωR变革（主动调理），使误差角频次|ωe0|减小到|△ωe∞|。剩余角频次误差△ωe∞的大小除了与起始角频差△ω。有关外，还决定于鉴频特征和VCO的调整特征。

五．主动增益控造（Automatic Gain Control）性能参数

在前面我们提到，雷达发射信号具有标的目的性，在特定的标的目的上信号功率大，表示为主瓣。但因为一些原因，回波却往往事与愿违。就像你拼了命的去逃求你们班上的班花，勤奋让本身变得更好。成果给班花递的情书对方不睬不理，反而班上其他的女生对你暗送秋波。因为间隔远近的问题，可能探测标的目的上比力近的物体反射了比力强的回波，反而你所想要的目的回波微弱。又或者旁瓣信号碰到较近的目的反射较强回波，比你探测标的目的上的信号还强。那些城市形成目的回波的误判和丧失，从而干扰目的数据的判断。而主动增益控造系统将会恰当加强在探测标的目的上的回波，使得其进入你雷达领受机的灵敏度阈值内被你探测到。而关于那些功率较大的非目的回波，则会降低增益，使其被忽略。例如，大电路的输出信号u0 经检波并经滤波器滤除低频调造重量和噪声后，产生用以控造增益受控放大器的电压uc 。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变革量显著小于输入信号的变革量，到达主动增益控造的目标。

主动增益控造（AGC）环框图六．更低失配损耗(Minimum Mismatch Loss)

在通信系统中，滤波器是此中重要部件之一，滤波器特征的选择间接影响数字信号的恢复。在数字信号领受中，滤波器的感化有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强；按捺信号外带噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，削减噪声对信号判决的影响。对更佳线形滤波器的设想有两种原则此中一种是是滤波器输出信噪比在某一特按时刻到达更大，由此而导出的更佳线性滤波器成为婚配滤波器。在数字通信中，婚配滤波器具有普遍的应用。因而婚配滤波器是指滤波器的性能与信号的特征获得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声均匀功率的比值更大。而在现实前提下，不存在完美的婚配滤波器，即无法完全实现其理论上的功用，现实的婚配滤波器一般被称之为准婚配滤波器。而其尽可能拟合之后仍然丧失的能量称之为更低失配损耗。

更低失配损耗部门对照表七．最小可检测信噪比(Minimum Detectable Signal-Noise Ratio)

若是只要信号而没有噪声，任何微弱信号在理论上都能够颠末肆意放大之后被检测到，因而，雷达检测才能现实上取决于信号噪声比。而雷达的检测极限就是信噪比为最小可检测信噪比的信号。

最小检测信噪比

M称为识别系数，又叫检测因子 D0 。定义为领受机婚配滤波器输出端（检波器输入端）丈量的信号噪声功率比。

将Simin带入雷达方程，得到：

抱负雷达公式八．目的雷达截面积（Radar Cross section）

雷达的目的探测不只取决于我们前面讲到的信号自己和期间收到的干扰，噪声和杂波污染，还与目的在雷达探测中的有效面积有关。关于雷达现实领受到的返回雷达功率方程如下

此中Pt是雷达发出的功率，Pr是雷达现实领受到的功率，Gt是我们前面提到过的天线增益（详见第二个），而Aeff就是我们所提到的目的雷达截面积。再按照第七个要点中提出的雷达公式可知，此雷达的探测间隔和目的的“雷达反射截面RCS、雷达功率、天线增益、天线领受面积”那四项参数的大小的乘积的四次方根成反比。显然，在其中RCS饰演了重要的感化。

部门常见物体的RCS对照表九．系统损耗L

在第七个要点中我们晓得了雷达的抱负探测间隔公式，但现实中的雷达是没有如斯之远的探测间隔的。譬如在一般情况下大气中的氧气和水蒸气是产生雷达电波衰减的次要原因。一部门照射到那些其他微粒上的电磁波能量被它们吸收后酿成热能而丧失。

水蒸气的衰减谐振峰发作在 22.4 GHz ( λ\lambda = 1.35 cm ) 和大约 184 GHz，而氧的衰减谐振峰则发作在 60 GHz ( λ\lambda = 0.5 cm ) 和118 GHz，当工做频次低于 1GHz ( LL 波段）时，大气衰减可忽略。而当工做频次高于 10 GHz 后，频次越高，大气衰减越严峻。在毫米波段工做时，大气传布衰减非常严峻，因而很少有远间隔的空中雷达工做在频次高于 35GHz ( Ka 波段）的情况。

于是为了适应于现实的探测情况，我们引入了系统损耗L，L一般大于1，模仿实在的损耗情况，于是我们的根本雷达方程由