导航雷达第三章雷达设备接收机课件.ppt

1、第三章第三章 雷达设备工作原理雷达设备工作原理 第五节第五节 雷达接收系统雷达接收系统触发脉冲 图3-5-1 接收系统框图 MIC 人工调谐 变频器 视频 放大器 增益 海浪抑制 至显示器 中频 放大器 检波器 混频器 本振 自双工器 高放 自动调谐（AFC）第三章第三章 雷达设备雷达设备-接收系统组成接收系统组成（一）变频器：（一）变频器：把超高频回波信号变成中频（把超高频回波信号变成中频（30、45、60 MHz）信号）信号两部分：两部分：本机振荡器本机振荡器、混频器混频器1）本机振荡器本机振荡器：产生比磁控管振荡频率高一个中频的产生比磁控管振荡频率高一个中频的小小功功率等幅率等幅连续连续

2、振荡信号，即本振信号振荡信号，即本振信号fL2）混频器混频器：把回波信号（把回波信号（fS）与本振信号（）与本振信号（fL）通过非线性元件混频）通过非线性元件混频产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号产生含许多新频率的信号，经过选频电路选出本振信号与回波信号的差频与回波信号的差频中频信号（中频信号（fI）混频晶体二极管混频晶体二极管接收系统的调谐调谐：调整本振的输出频率fL，以满足其与回波信号频率 fS始终相差一个中频；调谐不当将影响雷达图像质量。包括：人工调谐和自动调谐（AFC）调谐标准：显示器上调谐指示最大或回波饱满清晰。（二）中放（中频放大器）：（二）中放（中频放大器）：第三章

3、第三章 雷达设备雷达设备-接收系统组成接收系统组成控制面板手动增益控制面板手动增益（GAIN）控钮的使用：控钮的使用：使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）使荧光屏上的噪声斑点似见未见（刚刚可见）把微弱的中频回波信号不失真地放大近把微弱的中频回波信号不失真地放大近百万倍百万倍，然后送去检波成为视频信号，然后送去检波成为视频信号 V V1）前置中放：）前置中放：2）主）主 中中 放：放：着重尽可能地着重尽可能地减小噪声减小噪声，2 3级级着重提高信号着重提高信号放大倍数放大倍数，6 7级级改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度改变放大倍数以控制回波强度，控制影象的亮度增益控制电路增益控制电

4、路：（三）（三）海浪杂波抑制电路（海浪杂波抑制电路（STC）第三章第三章 雷达设备雷达设备-接收系统组成接收系统组成STC 作用作用海杂海杂波波目标目标目标目标丢失丢失目标重现目标重现海 杂 波 减海 杂 波 减弱弱目标减弱目标减弱目标正目标正常保留常保留STC 增加增加改变近距离放大倍数，抑制海浪干扰回波。改变近距离放大倍数，抑制海浪干扰回波。控制电压控制电压tuO抑制范围抑制范围抑制深度抑制深度（四）检波及视频放大器（四）检波及视频放大器检波器：将中频雷达信号转变为低频的原始视检波器：将中频雷达信号转变为低频的原始视频信号，经过放大后送到显示器。频信号，经过放大后送到显示器。二、雷达接收系

5、统主要技术指标二、雷达接收系统主要技术指标第三章第三章 雷达设备雷达设备接收系统的主要技术指标接收系统的主要技术指标（一）中频频率：（一）中频频率：根据设备型号不同，雷达中频根据设备型号不同，雷达中频普遍采用普遍采用30 MHz，45 MHz或或 60 MHz。（二）灵敏度与放大倍数（二）灵敏度与放大倍数 表征接收系统接收弱信号的能力，通常由最小可辨信号功率Prmin表示，一般可达10-1210-14 W。（三）通频带（三）通频带 通频带也称频带宽度，表示中频放大器能够不失通频带也称频带宽度，表示中频放大器能够不失真地放大回波信号的频率响应范围。真地放大回波信号的频率响应范围。通频带越宽，信号

6、被放大时失真越小，雷达的观测精度就越高，但雷达保持较高的放大倍数和灵敏度就越受到限制，适合近量程。第三章第三章 雷达设备雷达设备接收系统的主要技术指标接收系统的主要技术指标（四）恢复时间（四）恢复时间 从引起接收系统饱和或过载的强信号过后开始，从引起接收系统饱和或过载的强信号过后开始，到接收系统刚刚恢复正常工作能力为止所经历的时间，到接收系统刚刚恢复正常工作能力为止所经历的时间，越短越好。越短越好。恶劣天气中的强海浪回波、强雨雪回波以及近恶劣天气中的强海浪回波、强雨雪回波以及近距离大型船舶的回波，应警惕其后方目标。距离大型船舶的回波，应警惕其后方目标。第六节第六节 雷达信息处理及显示系统雷达信

7、息处理及显示系统第三章第三章 雷达设备雷达设备雷达信息处理及显示系统雷达信息处理及显示系统PPI（Plane Position Indicator）:模拟信号处理（模拟信号处理（传统式）传统式）光栅（光栅（TV）、液晶）、液晶:数字信号处理数字信号处理（现代式）现代式）阳极阳极罩罩荧光荧光屏屏锥体锥体电子枪电子枪栅极栅极 阴极阴极 灯丝灯丝管脚管脚电子束电子束Fig CRT偏转线圈偏转线圈管径管径位移线位移线圈圈【传统传统PPI阴极射线管显示器阴极射线管显示器】【现代电视光栅扫描显示器现代电视光栅扫描显示器】信息处理与显示系统 传感器 陀螺罗经 或 THD SDME EPFS、AIS 其他传感

8、器 I/O 接口及视频处理器 信息处理器（目标跟踪、信息融合）主控制器 定时脉冲 雷达视频 天线角位置与船首标识 艏向 航速 图 3-6-1 雷达信息处理与显示系统 基本 雷达 位置、识别 水文地理信息 a 视频量化 同步单元 方位量化 b IEC 61162 NMEA 等 其他接口 坐 标 转 换 视 频 处 理 刻度标识 综合信息显示 与操作控制 现代雷达信息处理与显示系统的基本组成框图现代雷达信息处理与显示系统的基本组成框图 第三章第三章 雷达设备雷达设备显示系统显示系统雷达视频处理电路雷达视频处理电路 雨雪干扰抑制、同频干扰抑制、恒虚警率处理、扫描相关处理、回波平均、回波扩展和尾迹显示

9、 1雨雪干扰抑制雨雪干扰抑制（FTCFast Time Constant/Anti-Rain Clutter）雨雨/雪雪/云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回云雾产生的回波是很宽的视频脉冲，图像呈棉絮状连续回波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波。波亮斑，无明显边沿。回波很强时，能淹没雨区中的物标回波。微分电路将宽回波视频信号微分变微分电路将宽回波视频信号微分变窄，突出信号窄，突出信号前沿前沿，减弱回波信号，减弱回波信号的能量即强度，只保留了回波的前的能量即强度，只保留了回波的前沿，以沿，以抑制雨雪干扰抑制雨雪干扰。同时也。同时也提高提高了距离分辨力了距离分辨力。

10、Input Output使用注意事项使用注意事项将减小探测距离丢失弱小目标回波将减小探测距离丢失弱小目标回波,只在雨只在雨雪干扰严重时使用雪干扰严重时使用FTCFTC。2）同频干扰抑制电路同频干扰抑制电路（RICRadar Interference Canceler 或或 IR）：）：同频干扰同频干扰：两台两台距离相近距离相近的的同波段同波段雷达雷达同时同时工作，相互间产生的干扰。工作，相互间产生的干扰。其其特点特点是：近量程时干扰在屏幕上较为分散，螺旋线效果不明显；随着是：近量程时干扰在屏幕上较为分散，螺旋线效果不明显；随着量程增大，干扰变得密集，远量程时干扰杂波表现为密集混乱的图像，量程增

11、大，干扰变得密集，远量程时干扰杂波表现为密集混乱的图像，同频干扰一般发生在狭水道船舶航行密集的海域同频干扰一般发生在狭水道船舶航行密集的海域。图3-6-4 同频干扰图像（a）近量程（b）量程增加（c）远量程 被干扰的小目标 岸线基本不受影响 旁瓣接收同频干扰 同频干扰的相关性：同频干扰的相关性：相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两相邻两次扫描中目标位置不变（相关），而同频干扰信号由于两部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）部雷达的重复频率和扫描起始时间不同，位置不同（不相关）比较若干次扫描回波，有用的目标回波总是处于相同距离位置；比较若干次扫描回波，有用的目

12、标回波总是处于相同距离位置；而同频干扰信号则因大多处于不相同的周期，所处的位置不同。利而同频干扰信号则因大多处于不相同的周期，所处的位置不同。利用用“与门与门”运算，可消除同频干扰运算，可消除同频干扰1st 扫描扫描 ITTTTTT2nd 扫描扫描视频输出视频输出 I I I II I二进制与门运算：00=0；10=0；01=0；11=1IslandSea clutterShip（a）Raw video（b）CFAR bias（c）CFAR videoOOOutututRain clutterShip3）恒虚警率处理电路恒虚警率处理电路（CFAR-Constant False Alarm Ra

13、te）抑制机内噪声和干扰，为现抑制机内噪声和干扰，为现代雷达普遍采用代雷达普遍采用缺点：易丢失弱小目标缺点：易丢失弱小目标4）回波平均回波平均 对连续两幅或多幅画面的回波强度进行平均化处理，稳定可靠的回波强度基本保持不变，而杂波干扰经平均后，屏幕显示亮度大幅度降低，去干扰。5）回波扩展回波扩展 包括：方位扩展、距离扩展和方位距离同时扩展，回波扩展可以提高屏幕对小目标的检测能力，但会引起回波变形及目标的屏幕分辨力下降。6 6）尾迹显示）尾迹显示以屏幕余辉的方式记录下目标在一段时间内的运动轨迹，称为目标尾迹。包括相对尾迹和真尾迹。第三章第三章 雷达设备雷达设备显示系统显示系统刻度标示产生单元刻度标

14、示产生单元1、距离刻度标识：固定距离标识圈（固定距离标识圈（RR，粗测距）和活动距离标，粗测距）和活动距离标识（识（VRM，精测距）。，精测距）。2、方位刻度标识：方位刻度标识：包括艏线（包括艏线（HL)和电子方位线（和电子方位线（EBL）。）。EBLHDLRange RingsVariable Range Marker【雷达刻度标识】第七节第七节 雷达互换装置与视频分配器雷达互换装置与视频分配器一、雷达互换装置一、雷达互换装置 SOLAS公约要求，所有3 000 GT及以上船舶应至少安装两台套雷达系统，互为备用，提高雷达设备的可用性，其中至少一台套必须为X波段。X+X X+S 实现雷达单元设

15、备间或雷达传感器间互相转换的实现雷达单元设备间或雷达传感器间互相转换的装置称为装置称为雷达互换装置雷达互换装置（Interswitch unit）或称雷达）或称雷达选择器选择器(Inter-selector)，是雷达选购装置。，是雷达选购装置。（一）雷达单元设备互换装置（一）雷达单元设备互换装置天线方位、艏线 触发脉冲、视频 天线方位、艏线 触发脉冲、视频 雷达 2 设备 雷达 1 设备 雷达互换装置 雷达 2 雷达 1 雷达 1 显示器 雷达 2 显示器 雷达 2 电源 雷达 1 电源 图 3-7-1 雷达单元设备互换装置 单元设备互换装置结构及操作复杂单元设备互换装置结构及操作复杂，现在，

16、现在已较少使用。已较少使用。（二）雷达传感器互换装置（二）雷达传感器互换装置逻辑开关电路或路由器 互换装置 图 3-7-2 数字信号雷达互换装置 1 2 3 信息处理与显示系统 雷达传感器 通过逻辑开关电路或路由器连接，其结构紧通过逻辑开关电路或路由器连接，其结构紧凑、设备轻便、工作可靠性高、价格便宜。凑、设备轻便、工作可靠性高、价格便宜。二、雷达视频分配与融合二、雷达视频分配与融合 主 图 3-7-3 雷达视频分配与融合（a）分显示雷达系统 信息分配器 副 1 2（b）双信道雷达系统 视频处理卡 分配是为了连接其它显示终端，方便驾驶员在不同地点观测；融合主要是为了减小雷达盲区。第八节第八节 雷达性能监视器雷达性能监视器一、总性能监视器：一、总性能监视器：监视收发及天线系统的性能监视收发及天线系统的性能2.辐射功率监视器：辐射功率监视器：发射机最佳时，发射机最佳时，羽毛长度可达羽毛长度可达 9 n mile（量程（量程 12 n mile）；当长度缩短到）；当长度缩短到 75%时时,输出功率降低了输出功率降低了50%。3.收发性能监视器：收发性能监视器：收发性能正常时小太阳半径收发性能正常时小太阳半径0.7 n mile（量程（量程1.5 n mile），若半径小于），若半径小于 0.6 n mile，则收发性能明显下降，则收发性能明显下降。