炮瞄雷達天線點頭搜索機構的設計

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黃河科技學院本科畢業(yè)設計任務書 工 學院 機械 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 08 級 機電三 班 學 號 學生 指導教師 畢業(yè)設計（論文）題目 炮瞄雷達天線點頭搜索機構的設計 畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數據）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） 一、目標、任務及設計要求 某炮瞄雷達天線重0.5噸，為了提高發(fā)現(xiàn)目標的概率，需要雷達天線點頭搜索，請設計點頭搜索機構，點頭頻率4赫茲，點頭范圍±30密位. 要求：應用所學的機械知識，完成該裝置的設計，選型結合現(xiàn)行主流配置進行整體設計；設計出主要零部件。 通過完成方案設計、參數計算、元器件的選擇、等環(huán)節(jié)，使學生綜合運用四年來所學到的知識提高解決實際問題的能力，學會科學研究的方法、程序，培養(yǎng)嚴謹的科學態(tài)度，為其即將走向工作崗位奠定良好基礎。 二、主要設計內容 1.查閱文獻資料12種以上，外文資料不少于兩種。寫出3000字以上文獻綜述，單獨裝訂成冊。 2.翻譯外文科技資料，不少于3000漢字，單獨裝訂成冊。 3.完成開題報告，填寫開題報告表。 4.完成設計方案選擇與論證，完成該產品的主要零件圖。 5.繪制裝配圖及主要零件圖（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計算機繪圖） 6.編寫摘要，英中文完全對照，中文不少于300字。 7、包含本次設計的所有內容的光盤一張。 8.編寫設計說明書，不少于8000字符。 三、主要參考資料 機械設計手冊，電子線路設計，機械原理，機械制圖，機械工程手冊，自動控制原理，CAD繪圖及相關資料等。 四、時間安排 1、第1-3周：對課題進行調研，完成文獻綜述、開題報告及英文資料翻譯，掌握CAD軟件應用功能。完成開題報告。 2、第4-5周：閱讀資料，搞清基本原理，畫出原理圖，完成該產品的主要零件圖。 3、第6-8周：通過各部件的選型設計畫出裝配圖。 4、第9-11周：完成文獻綜述、設計說明書。 5、第12-13周：修改論文與圖紙，準備答辯。 畢業(yè)設計（論文）時間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日 計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 05 月 19 日 專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人簽名： 單位代碼 0 2 學 號 分 類 號 TH6 密 級 秘密 畢業(yè)設計說明書 炮瞄雷達天線點頭搜索設計 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 2012年 5 月 15 日 黃河科技學院畢業(yè)設計（開題報告表） 課題名稱 炮瞄雷達天線點頭搜索機構的設計 課題來源 教師擬訂 課題類型 AX 指導教師 學生姓名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 一、調研資料的準備 根據任務書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關的資料有：模擬電子線路，電子線路設計，脈沖電路，機械制圖，機械工程手冊，自動控制原理，CAD繪圖，畢業(yè)設計指導等以及與設計相關的手冊。 二、設計的目的與要求 畢業(yè)設計是大學教學中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該設計過程，可以檢驗學生所學的知識，同時培養(yǎng)學生處理工程中實際問題的能力，因此意義特別重大。 應用所學的機械和電氣方面的知識，完成該裝置的設計，選型結合現(xiàn)行主流配置進行整體設計；設計出主要零部件并完成裝配。 三、設計的思路與預期成果 1、設計思路 ①根據任務書要求制定合適的機械結構 ②通過計算選擇能夠完成要求動作的動力機構、傳遞機構和控制機構 ③校核機械強度 ④整理數據完成零件圖、裝配圖并編寫任務書 2、預期的成果 （1）完成文獻綜述一篇，不少與3000字，翻譯外文科技資料，不少于3000漢字 （2）編寫設計說明書，不少于8000字符。 （3）繪制裝配圖及主要零件圖（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計算機繪圖） （4）編寫摘要，英中文完全對照，中文不少于300字 （5）刻錄包含本次設計的所有內容的光盤一張 四、任務完成的階段內容及時間安排 1周——2周 收集設計資料并完成開題報告 3周——4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述 5周——6周 進行總體設計和部分零部件的選擇與設計 7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫畢業(yè)設計說明書 11周 修改整理，準備答辯 五、完成設計（論文）所具備的條件因素 本人已修完機械設計、機械制圖、液壓與氣壓傳動、金屬工藝學、機械制造技術基礎、沖壓成型工藝與模具設計、冷沖模課程設計與畢業(yè)設計指導等課程，借助圖書館的相關文獻資料，以及相關的網絡等資源。 指導教師簽名： 日期： 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設計（藝術設計）；B—技術開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調研報告 （2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 6 頁 畢業(yè)設計 文獻綜述 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 2012年 03 月 15 日 摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，雷達的應用也愈加廣泛。如果說雷達是其他設備的眼睛，那么天線就是雷達的眼睛。本文通過介紹雷達的作用、工作原理、發(fā)展過程及發(fā)展現(xiàn)狀等凸顯雷達在現(xiàn)代技術行業(yè)的重要性以及雷達性能改進的必要性，增強對雷達整體的了解，為后邊的設計做好鋪墊 關鍵詞：雷達 點頭搜索 俯仰角 前言：雷達所起的作用和眼睛相似，但它已經不是大自然的杰作，同時，它的信息載體是無線電波。 事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C,差別在于它們各自占據的波段不同。其工作原理是雷達設備的發(fā)射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。 雷達的優(yōu)點是白天黑夜均能探測遠距離的目標，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，并有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應用于社會經濟發(fā)展(如氣象預報、資源探測、環(huán)境監(jiān)測等)和科學研究(天體研究、大氣物理、電離層結構研究等)。星載和機載合成孔徑雷達已經成為當今遙感中十分重要的傳感器。以地面為目標的雷達可以探測地面的精確形狀。其空間分辨力可達幾十米到幾米，且與距離無關。雷達在洪水監(jiān)測、海冰監(jiān)測、土壤濕度調查、森林資源清查、地質調查等方面顯示了很好的應用潛力。 一、雷達的簡述 雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設備。英文radar原是“無線電探測與定位”的英文縮寫，其基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方位、速度等狀態(tài)參數。主要由天線、發(fā)射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。 雷達工作是通過發(fā)射機產生足夠的電磁能量，經過收發(fā)轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發(fā)轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。 為了測定目標的距離，雷達需要準確測量從電磁波發(fā)射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發(fā)射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為： S=CT/2 其中S：目標距離 T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間 C：光速 雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現(xiàn)的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線轉向要探測的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標，雷達讀出天線轉過的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。 測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，雷達測速利用了物理學中的多普勒原理。當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，多用于確定目標的相對徑向速度。具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復雜得多。 二、雷達的分類及應用簡述 雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區(qū)分。這里就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。 ⒈雙/多基地雷達 普通雷達的發(fā)射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達是將發(fā)射機和接收機分別安裝在相距很遠的兩個或多個地點上，地點可以設在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設計主要是不讓入射的雷達波直接反射回雷達，這對于單基地雷達很有效。但入射的雷達波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達中的一個接收機接收到。 ⒉相控陣雷達 我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制反饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被反饋入不同的相位電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。 相控陣雷達的優(yōu)點如下： （1）波束指向靈活，能實現(xiàn)無慣性快速掃描，數據率高； （2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現(xiàn)搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能； （3）目標容量大，可在空域內同時監(jiān)視、跟蹤數百個目標； （4）對復雜目標環(huán)境的適應能力強； （5）抗干擾性能好。 相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統(tǒng)、機載和艦載防空系統(tǒng)、機載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。隨著微電子技術的發(fā)展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰(zhàn)術防空、監(jiān)視、火控雷達。 ⒊寬帶／超寬帶雷達 工作頻帶很寬的雷達稱為寬帶／超寬帶雷達。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達發(fā)射的脈沖極窄，具有相當高的距離分辨率，可探測到小目標。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達，已完成動目標顯示技術的研究，將要進行雷達波形的試驗。 ⒋合成孔徑雷達 合成孔徑雷達通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達與目標間的相對運動，將雷達在每個不同位置上接收到的目標回波信號進行相干涉處理，就相當于在空中安裝了一個“大個”的雷達，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標方位分辨率，再加上應用脈沖壓縮技術又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標。合成孔徑雷達在軍事上和民用領域都有廣泛應用，如戰(zhàn)場偵察、火控、制導、導航、資源勘測、地圖測繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。 ⒌毫米波雷達 工作在毫米波段的雷達稱為毫米波雷達。它具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標。毫米波雷達還具有能力，特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器，已獲得了各國的高度重視。 ⒍激光雷達 工作在紅外和可見光波段的雷達稱為激光雷達。它由激光發(fā)射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在軍事上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、精確制導、綜合火控、直升機防撞、化學試劑監(jiān)測、局部風場測量、水下目標探測等。 三、雷達天線點頭技術 隨著雷達技術應用的越加廣泛，雷達系統(tǒng)的不足也越加凸顯。其中掃描范圍的不足就是雷達技術的一個嚴重缺陷。傳統(tǒng)的雷達已經不能滿足日益增長的要求，如何解決這些問題已經迫在眉睫。 雷達是通過天線輻射電磁波搜尋目標的，天線的性能會直接影響雷達的工作性能。通過增大雷達天線的輻射面積是擴大搜索范圍的一個途徑。但受到安裝空間及環(huán)境等因素的影響，雷達天線的面積不可能無限制的增大。因此要通過其他方法解決這一問題。 本次設計就是通過另一途徑改善雷達天線的工作模式，實現(xiàn)天線的點頭技術，擴大電磁波的輻射范圍，增大雷達發(fā)現(xiàn)目標的概率。所謂的天線點頭技術就是在雷達天線周向掃瞄的同時以一定的頻率作俯仰運動，將雷達波束以天線面為基礎整體以一定的頻率震動，從而增大天線在垂直方向上的掃描范圍。應用雷達天線的點頭搜索機構增大雷達的掃描面積不會受到空間等因素的限制，更加利于實現(xiàn)。 四、雷達點頭技術的發(fā)展動態(tài)及發(fā)展趨勢 早期廣泛運用的測量目標高度的雷達是點頭式雷達。這種雷達通過整個天線結構擺動或“點頭”，使具有窄垂直波束寬度的扇狀水平波束在仰角上實現(xiàn)機械掃描，如圖4.1所示。當雷達天線連續(xù)不斷地向目標發(fā)射脈沖時，主瓣返回的目標回波通過距離——高度顯示器（RHI）顯示給操縱員，并通過被稱為“波束分層”的處理，即通過測量顯示的目標視頻信號的中心，操縱員可精確地直接測量目標的高度。盡管一些點頭式天線測高雷達有一種慢方位旋轉搜索模式，但大多數仍依靠操縱員的方位指示。操縱員通過兩坐標監(jiān)視雷達觀察探測對象，同時由測高雷達測量高度。測高雷達旋轉到所需的方位從而得到高度和距離的測量值。和3D雷達相比，這種操作方法速度較慢且在多方位目標跟蹤能力上受到限制，從而嚴重限制了人工點頭式天線的測高雷達在軍事上的使用。 4.1點頭天線示意圖 有幾種采用點頭式天線的測高雷達，如著名的英國13型雷達（AMES 13型雷達）和得到廣泛應用的美國AN/TPS—10雷達出現(xiàn)在20世紀40年代的中后期，且高頻技術也開始出現(xiàn)[6]。AN/TPS—10 X波段點頭式天線測高雷達系列被AN/FPS—6，即一種專為美軍設計的S波段點頭式天線雷達所取代。AN/MPS—14雷達是這種雷達的移動型，AN/FPS—89是其改進的固定型。AN/FPS—6雷達的仰角波束寬度是0.9°，方位波束寬度是3.2°，整個天線以每分鐘20～30次的速率點頭。這種雷達能以每秒45°的速率進行方位掃描，以300～400Hz的重復頻率發(fā)射2ms的脈沖，其峰值功率為4.5MW。 后繼型號的點頭式雷達數據率比它的先輩有了明顯的提高。例如，S600系列C波段點頭式天線測高雷達由計算機控制和管理，以便最大限度地提高數據率，每分鐘能夠獲得22個高度測量值。 當然，利用機電手段代替通過機械擺動的整個天線結構，也可使得在仰角上快速掃描水平扇狀波束成為可能。許多使用巧妙的波束掃描方法的點頭波束測高雷達已經成功地應用了許多年。兩個著名的例子是二戰(zhàn)中使用的SCI雷達和AN/SPS—8艦載雷達，它們都運用Robinson型的機電方式來實現(xiàn)仰角上波束的快速掃描。 五、參考文獻 [1] 丁鷺飛, 張平編. 雷達系統(tǒng)[M]. 西安：西北電訊工程學院出版社, 1984 [2] 劉永坦. 雷達成像技術[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 1999. [3] 張直中, 合成孔徑、逆合成孔徑和成像雷達. 現(xiàn)代雷達編輯部, 1986 [4] http://wenku.baidu.com/view/32f10d7202768e9951e738f8.html [5] 林瑞平，火控雷達搜捕目標的方式. 桂林空軍學院，2003 [6] S.A. 霍凡尼斯恩, 合成陣與成象雷達導論[M]. 北京: 宇航出版社, 1986 [7] 保錚, 邢孟道, 王彤. 雷達成像技術[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005 黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻翻譯) 第 3 頁 畢業(yè)設計 文獻翻譯 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 2012年 03 月 10 日 雷達概述 雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設備。英文radar原是“無線電探測與定位”的英文縮寫，其基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態(tài)參數。主要由天線、發(fā)射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。那么，雷達具體是怎么工作的呢，下面來做簡單地介紹。 雷達是通過比較發(fā)射信號和目標產生的反射信號來獲取信息的。反射信號只能說明目標的存在，但僅僅知道這些是不夠的，有時候還必須了解更多關于目標的信息。所以就要求雷達不僅能夠提供目標的位置，還應該反映出更對的關于目標的信息。如目標物體的樣式、方向、速度等。 測量距離或范圍也是雷達的一個重要功能。雷達主要是通過測定發(fā)射的信號和接收到的反射波的時間延遲來進行距離或是范圍的測量。到目前為止，還沒有其它的任何一種傳感器能夠像雷達一樣測定到遠距離目標的動態(tài)范圍。一些專用的特殊雷達能夠精確的測定千米以外的目標范圍，其精確度可達厘米。小到交通測速大到測量臨近星球的距離都可以用雷達來實現(xiàn)，雷達的應用廣泛由此可見一斑。 幾乎所有雷達都帶有定向天線。定向天線不僅為微弱信號提供傳遞增益和必要的接收孔徑，而且它的窄波束寬度能夠確定目標的方位。一個典型的雷達波束寬度一般為1~2度。波束寬度還決定了角坐標分辨率，但后者具有更高的準確度。對一個典型的雷達來說，出現(xiàn)波束分裂是很正常的。一些雷達還能更精準的檢測角坐標的準確度，最好的追蹤雷達甚至可能達到0.1毫拉德的均平方根誤差。 由于多普勒效應，雷達所發(fā)射的波束從一個移動的目標反射所產生的回波會產生電子頻移——多普勒效應用于測定相對速度。相對速度還可以通過變動率的范圍來確定。追蹤雷達通常就是用這種方法來確定目標的相對速度，而不是多普勒頻移。但是，用來監(jiān)測和追蹤地球以外的目標，例如衛(wèi)星和飛船的雷達通常直接利用多普勒頻移來測量目標的相對速度，但是這一方法很少被用于飛行器的監(jiān)視雷達。在飛行器監(jiān)視雷達中，多普勒頻移被用于區(qū)分所需的運動目標和不需要的固定雜波回波，如活動目標指示雷達。 如果雷達可以從多個方位對目標進行觀測，就可以確定它的形狀?？臻g物體識別雷達就是能夠提取目標形狀信息的例子。另外一個例子就是能夠描繪地形的合成孔徑雷達。能夠確定目標形狀的雷達有時也稱成像雷達。 通過確定距離分辨力和角分辨力可以得到目標大小和形狀。好的距離分辨率通常比同等的角分辨率更容易獲得。在一些雷達應用中，如果監(jiān)測分散式或是與雷達之間有相對運動的物體時，可以用多普勒頻率分辨率代替角分辨率。這是因為一小部分的分散目標有不同的相對速度，所以測得的分辨率是不可用的。這一原理被用于合成孔徑雷達地面測繪，逆SAR地面成像，空間物體識別，星體成像和根據入射角測量地表和海洋回波散射。 目標探測雷達是一種專用監(jiān)視雷達，通常與控射雷達緊密相連。這種雷達主要用于監(jiān)控一個相當有限的掃描區(qū)域并且為射控雷達或者武器本身提供打擊目標的指定數據。 目標探測雷達既可以單獨使用，又可以多功能雷達的模式使用。這兩種方法都有人使用，就目前來說更趨向于多功能雷達，即雷達同時執(zhí)行目標探測，武器引導和控制的功能（如愛國者相控陣雷達）。 測高雷達具是一種經典的多功能雷達，目前仍被應用于許多空中防御系統(tǒng)。這種雷達的功能是通過二維監(jiān)視雷達提供選中目標的高度基準。測高雷達一般工作在C頻和D頻波段，并且提供一定程度的與二維監(jiān)視雷達相一致的ECCM頻率分隔，通常工作在L波段和較低頻率。 典型的測高雷達(FPS-6) CAN可在四秒內旋轉至方位角內的任一位置。然后雷達在高程點以每分鐘二十到三十赫茲的頻率擺動。方位波束寬度近似于三度，從而確立了二維監(jiān)控雷達的越區(qū)轉接精確度。使用兩個測高雷達的空中防御系統(tǒng)以平均每分鐘四十的頻率擺動。峰點是通過測量目標仰角和范圍，再根據三角形關系確定的。高度精確度是范圍的函數，并且是以目標區(qū)間范圍內每公里一到兩米為標準的。 在當今的空中防御系統(tǒng)中，由于目標密度過于密集因此需使用三維監(jiān)視雷達?，F(xiàn)代的三維監(jiān)視雷達可在五到十秒內提供在它監(jiān)視范圍內的每一個目標的高度信息。三D雷達的使用同時也推動了平衡雷達頻率（通常在S波段）的使用。 應用于Hawk地空導彈系統(tǒng)的連續(xù)波搜索雷達也是目標探測雷達的一種。這種雷達用于搜索探測視野（零到四度高程范圍）內的低空飛行器和導彈，但是在帶有活動目標指示器的傳統(tǒng)脈沖雷達中通常被地面雜波屏蔽。 高效率發(fā)射機（X波段）用于使雷達多路徑的影響最小，這種多路徑會在低高度（）產生破壞性干擾。窄頻帶多普勒濾波器儲庫從雜波中提取目標信息并且允許檢測射線的速率。頻率調制對具有足夠準確度的測量目標范圍的傳送波形有影響以便選擇指定的目標跟蹤雷達。 順時針方向行波的射頻應用使得探測深嵌在地面雜亂回波中的目標成為可能。此外，這套系統(tǒng)也使得子過程雜波在100~200dB的范圍內是可見的。發(fā)射器滲漏是可能引起雷達性能降低，可以使用獨立的接收和發(fā)射天線來減少滲漏。除此以外，空間碰撞技術，即把發(fā)射器載體的一個異相樣品增添至接收器也可用來消除輻射滲漏。 雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設備。是“無線電探測與定位”的英文縮寫，其基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態(tài)參數。主要由天線、發(fā)射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。 雷達工作時是通過發(fā)射機產生足夠的電磁能量，經過收發(fā)轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發(fā)轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。 目前這種雷達所面臨的挑戰(zhàn)主要是具有敏銳洞察力的高速低空飛行的飛行器以及大量的低空飛行巡航導彈，運用彈出式和超低空飛行策略的直升機，在雷達視野內出現(xiàn)時間極短。縮短了雷達執(zhí)行功能的可用時間尺度，哪怕幾分之一秒都是重要的。考慮到它不僅能夠探測目標，并且能在重電場和多目標環(huán)境中識別目標并產生一個軌道矢量，Hawk CWAR 面對這種威脅時掃描整個檢測范圍至少需要三秒的時間。 雷達天線是自由空間傳播和導行波（傳輸線）傳播之間的換能器。其功能是在雷達發(fā)射過程中將輻射的能量集中成一字形能量束照亮目標所在的方向，從而可以發(fā)現(xiàn)目標。接收回波時天線收集目標所反射的波束中所含的能量，并傳送到接收器。因此，雷達天線在雷達工作過程中擔任著發(fā)射和接收波束的任務。在這種工作模式下，其主要目的是精確地確定目標的角方向。因此，高度精確的指令（窄）波束寬度是非常有必要的，它能夠獲得精準的測角精度。雷達天線的性能指標不僅僅是表現(xiàn)在波束的寬度，也和發(fā)射增益和有效接收孔徑有關聯(lián)，后兩個參數彼此之間成正比關系，檢測范圍和測角精度也存在直接的關系。 上述雷達天線的是集發(fā)射和接收功能于一體的，這種天線廣泛應用于現(xiàn)代雷達系統(tǒng)。但也一些非民用的雷達使用的是兩個功能獨立的天線，也就是所謂的收發(fā)分屬的雷達，這種雷達擁有兩個相互獨立的發(fā)射和接收的天線。 雷達天線按照作用原理不同可分為兩大類，光學天線和相控陣天線。光學天線即是基于光學原理的天線，包括兩個分組：反射面天線和透鏡天線。到目前為止反射面天線仍然被廣泛用于雷達系統(tǒng)，而透鏡天線，雖然仍在一些通信和電子戰(zhàn)（EW）中使用，但已經不再用于現(xiàn)代雷達系統(tǒng)； Information Available from Radar A radar obtains information about a target by comparing the received echo signal with the transmitted signal .The availability of an echo signal indicates the presence of a reflecting target ;but knowing a target is present is of litter use by itself. Something more must be known. Therefore, radar provides the location of the target as well as its presents. It can also provide information about the type of target. This is known as target classification. The time delay between the transmission of the radar signal and the radar signal and the receipt of an echo is a measure of the distance, or range, to the target. The range measurement is usually the most significant a radar makes. No other sensor has been able to compete with radar for determining the range to a distant target. Typical radar might be able to measure range to an accuracy of several hundred meters, but accuracies better than a fraction of a meter are practical. Radar ranges might be as short as that of the police traffic-speed- meter, or as long as the distances to the nearby planets. Almost all radars utilize directive antennas. A directive antenna not only provides the transmitting gain and receiving aperture needed for detecting weak signals, but its narrow beam width allows the target’s direction to be determined. Typical radar might have a beam width of perhaps one or two degrees. The angular resolution is determined by the beam width, but the angular accuracy can be considerably better than the beam width. A ten to one beam splitting would not be unusual for typical radar. Some radar can measure angular accuracy considerable better than this. An rms error of 0.1 mrad is possible with the best tracking radars. The echo from a moving target produces a frequency shift due to the Doppler Effect, which is a measure of the relative velocity. Relative velocity also can be determined from the rate of change to range. Tracking radars often measure relative velocity in this manner rather than use the Doppler shift. However, radars for the surveillance and tracking of extraterrestrial targets, such as satellites and spacecraft, might employ the Doppler shift to measure directly the relative velocity, but it is seldom used for this purpose in aircraft-surveillance radars. Instead, aircraft-surveillance radars use the Doppler frequency shift to separate the desired moving targets from the undesired fixed clutter echoes, as in MTI radars. If the target can be viewed from many directions, its shape can be determined. Space object identification (SOI) radars are an example of those that extract target shape information. The synthetic aperture radar (SAR) which maps the terrain is another example .Radars that determines the shape of a target is sometimes called imaging radars. To obtain the target size or shape requires resolution in range and in angle. Good range resolution is generally easier to achieve than comparable resolution in angle. In some radar applications it is possible to utilize resolution in the Doppler frequency shift as a substitute for resolution in angle, if there is relative motion between the distributed target and the radar. Resolution is possible since element of the distributed target has a different relative velocity. This principle has been used in synthetic aperture radars for ground mapping, inverse SAR for SOI and the imaging of planets, and in the scatterometter for measuring the ground or sea echo as a function of incidence angle. Target Acquisition Radars Target acquisition radars are a special form of surveillance radar, generally associated with weapon control radar. The function of this type of radar is to search a relatively limited surveillance volume and obtain target designation data for the weapon control radar, or in some cases for the weapon itself. The target acquisition radar can either be independent radar or a mode of multifunction radar. There are proponents of either type, but the current trend is towards multifunction where the radar performs both target acquisition and w weapon guidance and control functions (e.g. the patriot phased array radar) A classic form of this type of radar is the height-finding radars still in use in many currently operational air-defense systems. The function of these radars is to provide altitude data on selected targets by way of associate 2-D surveillance radars. Height-finding radars typically work at radar C-band or S-band frequencies and provide a degree of ECCM frequency diversity in conjunction with their associated 2-D surveillance radars, which typically work at L band and lower frequencies. Typical height-finding radar (FPS-6) CAN slew in azimuth to any target within four seconds. It then nods in elevation at a rate of 20 to 30 nods per minute. The azimuth beam width is on the order of three degrees, which establishes the hand-off accuracy of the 2-D surveillance radar. An average of 40 heights per minute is typical for an air defense system employing two height-finding radars. The height is estimated by measuring the target’s elevation angle and range, and then solving the triangular relationship to determine height. The height accuracy is a function of range and is the order of 1 to 2m per km of target range. In modern air defense system, the expected target density is such that 3-D surveillance radars are employed. Modern 3-D surveillance radar can supply target height information for every target within its surveillance volume within a typical five to ten second frame time. The use of a 3-D radar forces a compromise radar frequency (usually in S band) to be employed. The height-finding accuracy improves with increasing frequency, which dictates a minimum S-band frequency for a reasonable vertical aperture, while the 2-D surveillance requirement generally favors L-band frequency, which is compatible with solid-state transmitter operation, by using an extended vertical aperture. Another example of a target acquisition radar is the continuous-wave acquisition radar (CWAR) used in the Hawk missile system. The function of this radar is to search the horizon (zero to four degree elevation coverage) to detect low-flying aircraft or missiles, which would normally be screened by ground clutter in a conventional pulse-type radar with MTI. A high transmitter frequency (X band) is used to minimize the effect of radar multipath, which can cause a destructive interference at low altitudes (ht<λR4ifa ). A bank of narrowband Doppler filters extracts the target from the clutter and allows a determination of its radial velocity. A frequency modulation (FM) is imposed on the transmitted waveform to measure range to the target with sufficient accuracy to select targets for designation to the tracking radar. The CW frequency operation provides the ability to detect targets that are heavily imbedded in ground clutter. Sub clutter visibilities in the 100-200 dB regions are feasible with this type of system. Transmitter leakage is a problem which may reduce performance. Separate receive and transmit antennas are used to reduce leakage, in addition to a nulling technique whereby an out-of-phase sample of the transmitter carrier is injected into the receiver to cancel the radiated leakage. The current threat facing this type of radar consists of high-speed/low-level penetrating aircraft, large numbers of low-flying cruise missiles, and helicopters using pop-up and nap-of-earth tactics causing them to be in view for only a short time. This compresses the time scale available for the acquisition radar to perform its function to the point where even fractions of a second are important. The minimum three-second time period it takes the Hawk CWAR to search the surveillance volume is marginal for this kind of threat, considering that it must not only detect the target, but also identify it and generate a track vector possibly in the presence of a heavy ECM and multi-target environment. Radar Subsystems The basic role of the radar antenna is to provide a transducer between the free-space propagation and the guided-wave propagation of electromagnetic waves. The specific function of the antenna during transmission is to concentrate the radiated energy into a shaped directive beam which illuminates the targets in a desired direction. During reception the antenna collects the energy contained in the reflected target echo signals and delivers it to the receiver. Thus the radar antenna is used to fulfill reciprocal but related roles during its transmit and receive modes. In both of these modes or roles, its primary purpose is to accurately determine the angular direction of the target. For this purpose, a highly directive (narrow) beam width is needed, not only to achieve angular accuracy but also to resolve targets close to one another. This important feature of a radar antenna is expressed quantitatively in terms not only of the beam width but also of transmit gain and effective receiving aperture. These latter two parameters are proportional to one another and are directly related to the detection range and angular accuracy. The above functional description of radar antennas implies that a signal antenna is used for both transmitting and receiving. Although this holds true for most radar systems, there are exceptions: some monocratic radars use separate antennas for the two functions; and, of course, biostatic radars must, by definition, have separate transmit and receive antennas. Radar antennas can be classified into two broad categories, optical antennas and array antennas. The optical category, as the name implies, comprises antennas based on optical principles and includes two subgroups, namely, reflector antennas and lens antennas. Reflector antennas are still widely used for radar, whereas lens antennas, although still used in some communication and electronic warfare (EW) application, are no longer used in modern radar systems.