雷达原理习题与解答.pdf 15页

'雷达原理习题集西安电子科技大学信息对抗技术系《雷达原理教研组》2007.9 雷达原理习题集第一章1-1.已知脉冲雷达中心频率f0＝10000MHz，回波信号V60相对发射信号的延迟时间为500μs，回波信号的Vr频率为10000.03MHz，目标运动方向与目标所在R方向的夹角60，如图1-1所示，求此时目标距离R、径向速度Vr与线速度V。图1-18c310解：波长0.03m，多卜勒频率f10000.03100000.03MHz30KHz10df1004Vr径向速度Vf0.015310450m/s，线速度V900m/srd2cos6084c310510目标距离Rt75kmr2221-2.已知某雷达对=5m的大型歼击机最大探测距离为100Km，2a）如果该机采用隐身技术，使减小到0.1m，此时的最大探测距离为多少？b）在a）条件下，如果雷达仍然要保持100Km最大探测距离，并将发射功率提高到10倍，则接收机灵敏度还将提高到多少？解：根据雷达方程，作用距离与目标RCS的4次方根成正比，因此：0.1a）此时的最大探测距离为R100km437.6kmmax5b）根据雷达方程，作用距离的4次方与目标RCS、发射功率成正比，与灵敏度成反比，故当RCS减小到50倍，发射功率提高到10倍，还需要将灵敏度提高到5倍（数值减小），才能达到相同的作用距离。1-3.画出p5图1.5中同步器、调制器、发射机功放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。解：同步器Tr调制器f0发射机功放trf0+fd接收机高放fi+fd混频器输出中放输出第二章-1- 雷达原理习题集2-1.某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3s，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均发射功率和工作比36解：平均发射功率PpPf8001031010002400()W2.4kWavttrTr6工作比Df31010000.003rTr2-2.一般在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？答：单级振荡式发射机简单、经济、效率高，相对体积重量小，使用方便，适用于对脉冲波形、频率精度和稳定度、射频信号相位调制要求不严格的非相参雷达系统；主振放大式发射机具有很高的脉冲波形和频率、相位稳定度，能够适用于对波形、频率、相位有复杂调制，且有很高的稳定性要求的雷达系统。但其组成复杂、造价高，体积和重量也较大。2-3.用带宽为10Hz的测试设备测得某发射机在距主频1KHz处的分布型寄生输出功率为10W，信号功率为100mW，求该发射机在距主频1KHz处的频谱纯度（相位噪声）。61010解：根据定义，相位噪声为Lf10lg50dB/Hzm31001010Hz2-4.阐述p44图2.18中V2和p47图2.23中VD1、VD2的作用，在p45图2.21中若去掉V2后还能否正常工作？答：（1）p44图2.18中V2的作用是：在阴极负高压作用期间，在管腔内产生高功率的电磁振荡，并通过腔内的耦合探针将电磁能由波导输出到腔外；（2）p47图2.23中VD1的作用是当PFN谐振充电到2倍电源电压后，防止PFN向电源的放电，而保持在2倍电源电压状态；VD2的作用是在PFN放电期间改善其与负载的匹配，并抑制不匹配时产生的振荡；（3）在p45图2.21中若去掉V2，则在C0上可进行正常充电过程，但没有放电开关V2后，只能通过R放电，放电时间过长，且波形很差，微波管可能因连续工作时间过长而损坏，不能正常工作。4R放电2-5.某刚性开关调制器如图，试32画出储能元件C的充放电5EC1电路和点的时间波形答：充电E0E0-2- 雷达原理习题集2-6.某人工长线如图，开关接通前已充电压10V，试画出该人工长线放电时（开关接通）在负载RH上产生的近似波形，求出其脉冲宽度KLLLLLLRHCCCCCCL=25h，C=100pF，RH=50062510解：PFN阻抗500，为匹配放电10V10106106251010脉宽830100.942s2.7.某软性开关脉冲调制器如图，已知脉冲重复频率为2000Hz，C=1000pF，脉冲变压器初次极匝数比为1：2，磁控管等效电阻RH=670，试画出充放电等效电路和点的时间波形。若重复频率改为1000Hz，电路可做哪些修改？ELchLLLCCC249451091解：谐振充电要求：310L510,L3108.44Hchch2匹配放电要求：等效阻抗RR/n670/4167.5，HHL29167.5.L167.51028H910充电等效电路Lch放电等效电路E3CCLCLCLRH-3- 雷达原理习题集若重频改为1000Hz，可在Lch后加二极管，或将Lch改为33.76H。2.8．某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知E0=120KV，Eg=70V，C0=100pF，充放电电流I=80A，试画出a,b,c三点的电压波形及电容C0的充电电流ic波形与时间关系图。若重频为600Hz，求G1、G2的平均功率和调制脉冲的上升时间、下降时间。G1c偏压与激励aE0EgC0b偏压与激励G2解：a）b）c）icEEC10(0g)12007010上升时间t0.15ssi80cEEC12007010100g下降时间t0.15sdi80dEE0g6G1管平均功率icfrts60035806000.1510432W2EE0g6G2管平均功率idfrts60035806000.1510432W2第三章3-1.已知行波管高放F=6dB，参放F=1.8dB，量子放大器Te=10k，试比较三者的噪声性能。如果天线噪声温度TA=300k，试比较三者内外噪声的相对大小。-4- 雷达原理习题集解：行波管高放：F=6dB=3.98，Te=（3.981）290K=864.2K参量放大器：F=1.8dB=1.51，Te=（1.511）290K=147.9K量子放大器：10K；外噪声TA=300K因此，仅从高放的噪声系数来说：量子放大器噪声性能最好，参量放大器次之，行波管放大器性能最差。外噪声功率比行波管内噪声小，比参放和量放的内噪声大。3-2.已知接收机输入端在接匹配负载的条件下，于其输出端测得的噪声功率为0.1W，接收机额12定功率增益为10，测试带宽为3MHz，求等效输入噪声温度和接收机噪声系数。解：236122NNGN1.381029031010N1.210WN0.1WoiN0.0880.088N0.10.0120.088W,F11112236GN101.38102903100.012i8.33,TF1T7.332902125.7Ke03-3.p58图3.12中的馈线、接收机放电器、限幅器功率增益均为0.9，低噪声高放增益为20dB，噪声系数3，混频器增益为0.2，相对噪声温度为2，中放增益120dB，噪声系数6dB，求该接收机噪声系数。如果去掉低噪声高放，则噪声系数为多少？解：无源总损耗0.90.90.90.729，混频器噪声系数F20.210c13110141总噪声系数F4.44220.7290.7290.729100.729100.2110141去掉低噪声高放F34.290.7290.7290.7290.23-4.某雷达接收机噪声系数为6dB，接收机带宽为1.8MHz，求其临界灵敏度。解：临界灵敏度S114.dBm610lg1.8105.45dBmimin3-5.某雷达发射矩形脉冲宽度3s，接收机采用矩形频率特性的匹配滤波器，天线噪声温度为380k，系统组成和参数如下图，求：含天线噪声在内的系统噪声系数和临界灵敏度。天线馈线收发开关高放混频中放10G=0.9G=0.8G=150F=4.2G=0.3tc=2G=10F=314.216.7131解：接收机总噪声系数F4.2820.720.720.721500.721500.3T380A内外噪声引起的总噪声系数FF4.2825.92T29001.37接收机带宽B0.46MHz6310含外噪声的接收机临界灵敏度S114dBm10lg0.4610lg5.92109.65dBmimin3-6.某雷达脉冲宽度1s，重复频率600Hz，发射脉冲包络和接收机准匹配滤波器均为矩形特性，接收机噪声系数3，求接收机等效噪声温度Te、临界灵敏度Simin和最大的单值测距范围。解：等效噪声温度T31290580Ke-5- 雷达原理习题集1.37接收机带宽B1.37MHz6110临界灵敏度S114dBm10lg1.3710lg3107.86dBmimin8c310单值测距范围R250Km2f2600r第四章4-1.已知单枪静电偏转示波管偏转灵敏度10V/cm，量程Rmax对应扫略线长度l=30cm，标尺系数m=0.2cm/Km，现保证全程测量，采用A/R显示方法，将70Km~80km一段标尺系数扩大5倍，画出加于x偏转板、y偏转板上的偏转信号和加于阴极上的辉亮信号，表明锯齿电压的斜率，对准时间关系4-2.若将下图中A、B、C、D扫略电压分别加于显示器水平偏转板上，试比较扫略线的长度和量程。ABCD4-3.单枪A/R显示器画面如图所示，试画出左、右x偏转板的扫略电压及上、下y偏转板上回波信号和偏转电压的时间关系图。4-4.动圈式示波管PPI显示器（1）若使0Km位置处于圆环上（空心显示），画出发射脉冲、扫略线圈电流、辉亮信号波形（对准时间关系）（2）若使显示器原点代表10Km，上述波形应如何变化？0Km10Km4-5.已知静电偏转示波管偏转灵敏度10V/cm，A显水平扫略电压斜率为100V/ms，现有一目标回波里扫略线起点的长度为10cm，扫略线全长20cm，求该目标的距离、显示器距离量程？若将量程提高一倍，扫略电压应如何变化？4-6.已知静电偏转示波管各极的电压波形如下图，画出该显示器的显示画面。如果扫略和辉亮电压波形改为ux、ug，画出此时显示画面。-6- 雷达原理习题集发射脉冲y上偏转板y下偏转板x扫略辉亮信号x扫略ux辉亮信号ug4-7.试用顺序点阵法和程控点阵法给出字符“5”的分解点阵表，并给出两者在书写速度、存储容量方面的比较。第五章5-1．如图所示：雷达观察同一方向的两个金属圆球，它们的雷达截面积分别为和，离雷124R11达的距离为R和R，若此时两球的回波功率相等，试证明：12R22R112R2R05-2．设目标距离为R，当标准金属圆球（截面积为）置于目标方向离雷达处时，目标02回波的平均强度正好与金属球的回波强度相同，试求目标的雷达横截面积。5-3．已知雷达视线方向目标入射功率密度为S，在雷达接收天线处目标反射功率密度为S，12目标为雷达站的距离为R。⑴求目标在该方向上的雷达截面积。⑵求该视线方向目标等效球体的总散射功率。⑶如果入射功率提高10倍求的变化。62135-4．设雷达参数为：P10W，A10m，10cm，S10W。trmin2⑴用该雷达跟踪平均截面积20m的飞船，求在自由空间的最大跟踪距离。27⑵设该飞船上装有雷达应答器，其参数为P1W，A10m，S10W，求采trmin用信标跟踪时自由空间的最大作用距离。5-5.某雷达要求虚警时间为2小时，接收机带宽为1MHz，求虚警概率和虚警数。若要求虚警时-7- 雷达原理习题集间大于10小时，问门限电平VT/应取多少？5-6.若空间某一区域有目标存在的事件为A，无目标的事件为A，其发生概率P(A)=0.6，P(A)=0.4,接收机输出超过门限的事件为B，不超过门限的事件为B，其发生概率为P(B)，P(B),已知有目标且超过门限的概率P(B/A)=0.8，无目标而超过门限的概率P(B/A)=0.1，求：（1）超过和不超过门限的概率P(B)，P(B)（2）在接收机输出已经超过门限条件下的有目标概率P(A/B)65-7.已知雷达在P10,P50%，脉冲积累数10，按照非起伏目标，对小型歼击机的作用fad12距离为300Km，求当P10,P90%时对大型远程轰炸机的作用距离。fad125-8．某雷达重复频率f600Hz，水平波束宽度3，要求以P10,P90%，发rfad现某一型号的目标，已知不用脉冲积累和不起伏的作用距离R300Km，现用检波后积0累，求：⑴天线环扫速度为15转/分时的作用距离。⑵天线环扫速度减为3转/分时的作用距离变换多少倍。⑶若目标按SWELLINGⅠ型起伏，天线环扫速度为15转/分时，相参积累的作用距离。5-9.假定要设计一部低空目标探测雷达，将雷达安装在海拔1000米的山顶上，目标飞行高度100米，则该雷达的作用距离选取多少为宜？2-105-10.一部=10cm的雷达，对有效反射面积5m的目标，脉冲积累数20，在Pd=0.9，Pfa=10条件下的作用距离为100Km（1）保持天线口径不变，将波长改为3.2cm，发射机功率降低到1/4，接收机噪声系数增大到4倍，脉冲积累数不变，则最大作用距离Rmax变化多少？-6（2）若允许Pfa=10，Pd=0.9，在原题条件下，按照非起伏目标试估算Rmax的变化（3）若目标高度为200米，要在80Km以外发现目标，则雷达天线应架设多高？（4）现将天线扫描速度提高一倍，则对Rmax影响如何？5-11.雷达采用10cm波长、100KW发射功率时对目标的最大探测距离为R0，现用相同口径天线、改用3cm波长、81KW发射功率，忽略大气衰减，求其对同一目标的最大作用距离。5-12.已知雷达的脉冲积累数为50，视频积累的效率为0.4，如果改用理想的中频积累，则达到相同积累效果时需要多少个脉冲？625-13.已知雷达的参数是：发射功率10W，天线增益40dB，波长5.6cm，目标截面积3m，接收机带宽1.6MHz，噪声系数10，识别系数2，系统损耗4dB，天线噪声TA=290K，忽略大气衰减，求Rmax，Simin。如果其他参数不变，当目标距离为150Km时，求接收机输入端和输出端的信噪比。625-14.已知某警戒雷达参数如下：发射功率210W，波长10cm，矩形脉宽2s，目标=50m，2非起伏，天线噪声温度TA=20C，F=6dB，天线口径71.2m，矩形接收带宽，门限电压与噪声电压之比为5，识别系数m=12dB，试求最大作用距离Rmax，Pfa和Pd55-15.已知某雷达和目标参数如下：=0.1m，Pt=310W，重复频率400Hz，脉宽1.6s（矩形），-8- 雷达原理习题集2-10Ae=6m，G=7500，波束宽度1.5，6转/分钟，矩形滤波器，F=15，Pd=0.9，Pfa=10，目2标=15m，第一类起伏目标，高度1000m，系统损耗5dB，天线高度200m，考虑地面反射、直视距离和大气衰减影响（晴天），求该雷达的最大作用距离。第六章6-1.三角波调频测距雷达中心频率为300MHz，调制周期40ms（正负各半），调频斜率2MHz/ms，目标距离50Km，求计数式频率计的指示，并画出相应的波形。若终端为窄带滤波器组，每个滤波器带宽为50Hz，求测距精度及分辨力。6-2.三角波调频的连续波测距雷达，当调频周期T满足T>>2R/C时，求距离R的表达式。已知调频斜率为5MHz/ms，当测频带宽为100Hz时，求测距误差6-3.下图为时间鉴别器的原理方框图，设回波脉冲宽度和波门脉冲宽度均为，（1）当准确跟踪时，画出图中A、B、C、D、E五点波形（2）当回波脉冲中心滞后两波门中心、且满足0<t</2时,画出图中A、B、C、D、E五点波形（3）画出该时间鉴别器的时间误差鉴别特性波门脉冲（前波门）B前重合级D回波脉冲A差压检波误差电压输出迟延C后重合级E第七章7－1试求出单向和双向方向图的辛克函数和高斯函数的近似表达式中的系数a,a,b。b7－2相位法测角的物理基础是什么？试比较最大信号法，等信号法测角的原理和精度。7－3三天线相位法测角系统如教材图7.5所示（P204）。已知d2,d3.5，目标偏离1213o法线角为，当不考虑相位检波器误差时，和的准确读数应是60，由于相位检波器1213oo有误差，和的的实际读数时64和66，求角并比较两天线和三天线的测角精度。12137－4天线波束有哪些扫描方法？各有什么优缺点？07－5某一维相扫天线由12个阵元组成，要求扫描范围为30，不出现栅瓣，采用四位数字式00000铁氧体移项器（22.5,45,90,180），波束步进扫描间隔6，试求：○1每个阵元间距d0＝？○2扫描角6和30时每个移项器的相移量和二进制控制信号。○3当扫描角为30时，试求?0.5s7－6某一维相扫天线由4个阵元组成，d2，各馈源都安d0000001001000110-9- 雷达原理习题集有四位数字移项器，所对应的控制信号如图所示。求波束指向角。若波束指向角为,2，对应的控制信号应是什么？0007－7三座标雷达最大作用距离300km，方位扫描为360，仰角范围为15～45，脉冲积累数为0010，波束宽度为3×2，试计算扫描周期和数据率。7－8如教材图7.36（P227）矩形波导蛇形馈线相邻馈源的长度L=32cm，自由空间波长10cm，波导宽边a=6cm，两馈源间间距d2，求波束指向角?07－9如教材图7.40（P231）所示，波导宽边a=6cm，自由空间波长10cm，馈源间间距d，g015，求波束指向角?07－10如图示中频多波束形成系统，阵元间距d2，中频fL=30MHz，同轴电缆延迟线介电系数2.25。d混频混频混频○1简述工作原理，画出波束1、2、3的指向位置。k1k1k1波束1定向耦合器○2当200时，求相邻抽头的延迟时间t和电缆长度波束2波束3l~tgl。0○3用上述系统形成5个间隔20的波束，延迟线应如何设置？7－11下图为圆锥扫描雷达简化方框图，垂直于等信号轴的截面xoy中一目标A，0Aox45，ox为时间基准，波束反时针旋转。试定性说明误差电压的形成，画2出○1～○8点的波形。571接收机234方位收发开关峰值检波调谐放大振幅检波误差分解ys8仰角sA误差分解045t06ox波束轴中心7-12圆锥扫描雷达，目标位置为A，o为天线对称轴，图中圆为波束中心运动轨迹。00○1已知120，目标与天线对称轴地误差角2，ys10U05V，测角率20%，分别画出相位鉴别器A120度t0oBx-10-波束轴中心 雷达原理习题集输入端角误差信号和代表它所包含地方位、仰角误差信号地波形（标明振幅和相位）。○2如果目标处于位置B，相位鉴别器地方位基准信号采用sint，仰角基准信号采用cost，此时天线将如何运ss动？第八章8－1连续波雷达，波长为（频率为f），目标等速直线飞行，速度为v，航线如图所示，D00为有限值。○1目标沿该航线由西向东飞行，求f与方位角的关系式，画出曲线表示。（设正北方向d0）。○2AOOBD，又设目标飞经O点时刻为时间轴原点，载目标由A飞向B的一段时02fv2vf"fkt,k0AOB间里，（A）证明回波频率，C为光速。00CD0045D0（B）画出f~t曲线。（C）说明相干检波器输出信号形式，并d画出示意波形图。8－2动目标显示雷达，波长3cm，脉宽6s，脉冲重复周期T4000s，雷达波束r在控件以一定的速度不断地作搜索扫描，在上空300km处发现航天飞机。假定此时航天飞机正以27000km/小时地径速离开雷达。○1计算fdTd,0,0（Td为多普勒信号的周期）。○2用矢量作图法画出相干视频信号波形（单端相干检波，UU）。kr○3画出相干视频信号的振幅谱。8－3脉冲雷达发射全相参脉冲，重复周期Tr，载频f0，目标径向速度为vr，tr为经过一个重复周期后，目标延迟时间的变化量。○1求证相邻两回波脉冲与基准信号相位差的变化量为tT。ordr○2设v300m/s，T1000s，f1500MHz，计算R,t,各为多少？rr0r8－4脉冲雷达发射全相参脉冲，重复频率为f，/4，UU，若ff/4和r0rkdrff/4。用矢量作图法画出相干检波器输出波形和A显画面。（设目标不起伏，雷达dr系统稳定，噪声忽略）8－5全相参脉冲雷达f1000Hz，f3000MHz，R10km，UU，在v25m/sr00rkr-11- 雷达原理习题集和v125m/s情况下，用矢量图作图法画出相干检波器输出波形，并求出F?（F－rdd相干视频包络频率）8－6如图，目标在正北位置向正东方向直线飞行，v6000m/s，雷达重复频00率f600Hz，20cm，目标方位从0到30的范围内，在哪些方向上，r雷达可能将目标误认为是固定目标？8－7用取样定理来说明盲速和频闪效应。8－8已知目标的多普勒频率f300Hz，0.3，重复频率f1300Hz，加于一次相d0r消器的脉冲振幅U10V，求：0○1相消器在该多普勒频率下的速度响应值，并画出相消器的输出波形，标出参数。○2多普勒频率为何值时频率响应值最大？等于多少？8－9图为动目标显示雷达组成方框图，设在距离R处有一固定目标：0○1写出对应目标的A、B、C、D、E、F、G个点电压u,u,u,u,u,u,u的表达式。es1H1Ild○2扼要定性说明为什么要对相干振荡器定相。○3如果本振相邻周期间频率变化值f15Hz，动目标显示范围0～75km，求f引起的llU相消剩余的值。U磁控管ul收发开关发射机ACu1Hus混频本振混频B相干中放振荡器Du1I迟延线τueudu相检－EFG8－10在MTI系统中，采用正交双通道相干检波器，设某强固定目标回波对应的相位2，0○1画出此目标在A显上的波形。○2如果在此强固定目标的回波上迭加了一个弱的动目标回波信号，画出此时A显上的波形。○3说明正交双通道检波器为什么能消除连续盲相。8－11在参差T条件下何在均匀T条件下，由二次回波能否分辨固定目标何运动目标？8－12写出采用MTI正交双通道处理时Q,I,Q,I,U的表达式。（假定输入回波信号的振幅-12- 雷达原理习题集UrUk，且Ur＝常数）8－13求出MTI正交双通道处理的对消部分的振幅频率特性何速度响应（UU）。rk8－14画出图示MTI滤波器的振幅频率特性K1.5。回波UrI相检一次对消I相干振荡U取模Z1Z1900移项IiQQ＋Q-K相检一次对消题8－14图题8－12图8－15设甲乙两雷达分别对相同的杂波背景下的同一目标进行观测。甲的水平和垂直波束宽度为001，脉宽为1s；乙的水平和垂直波束宽度各为10，脉宽为10s，除杂波抑制设备外，其它参数相同。已知甲的杂波下可见度42dB时可发现目标，问乙需要改善因子为多少时才能发现同一目标？8－16已知动目标显示雷达，由于天线扫描限制的改善因子为40dB，雷达系统不稳定限制的改善因子为20dB，杂波起伏限制的改善因子为50dB，对消器本身限制的改善因子为45dB，求该MTI雷达系统改善因子是多少？-108－17已知某MTI雷达的改善因子为40dB，处于杂波中的动目标信号功率为10W，问在临界灵敏度条件下该雷达能在多强的杂波功率下发现目标？38－18雷达工作波长10cm，重复频率f1.5KHz，v810m/s，rr06020s，航线如图所示。○1画出相干检波器输出端的波形图何频谱图，什么时候出现盲速？○2天线方向图为高斯形，扫描时收到的有效脉冲数N＝16（f8KHzr时）。画出固定目标和运动目标（f2KHz时）的频谱。若用FFT作等效窄带滤波器，试d求滤波器的数目，每一滤波器的中心频率，等效带宽及滤波器的等效滤波特性。如果这是将重复频率提高到f16KHz，则以上参数如何变化？r8－19某动目标显示雷达工作载L波段，重复周期T2ms，脉冲宽度2s，天线转速r3转/分，在天线照射目标期间获得的回波脉冲数N＝20，回波脉冲串包络近似为矩A形。○1图为固定目标回波频谱图，计算出A、B、C、D、E五点的频率fA,fB,fC,fD,fE。-13- 雷达原理习题集○2如果天线转速增大到A6转/分，此时fA,fB,fC,fD,fE各等于多少？○3对应于3转/分，画出理想滤波器的滤波频率特性。A○4定性说明，如果雷达工作频率提高到厘米波段，理想滤波器的频率特性应有什么变化？0"○5某飞机目标飞行速度v250m/s，飞行方向和雷达照射方向夹角8418，设MTI雷达工作波长10cm。目标回波经MTI滤波器输出后，在雷达亮度显示器上能否发现此目标？从频率域加以说明。○6如天线方向图以辛克函数表示，且认为回波脉冲串包络也近似用辛克函数表示，定性说明此时频谱图有何变化。|F(f)|归一值10fABCDEfAfBfCfDfE-14-'