西电雷达对抗实验报告

雷达/雷达对抗实验报告指导老师饶鲜实验一雷达测距和接收机灵敏度实验一、实验目的1.掌握目标回波测距的方法。2.雷达回波信号能量变化对接收机输出的信号的幅度（包络）的影响。3.掌握切线灵敏度的定义。二、实验内容1.距离测量。雷达工作时，发射机经天线向指定空间发射一串重复周期的高频脉冲。如果在电磁波传播的路径上有目标存在，那么雷达可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达和目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间rt。如图3.1示电磁波以光速传播，设目标的距离是R，则传播的距离为光速乘以时间间隔，即rtCR2，可得rtCR2。2.切线灵敏度。在某一输入脉冲功率电平的作用下，雷达接收机输出端脉冲与噪声叠加后信号的底部与基线噪声（只有接收机内噪声）的顶部在一条直线上（相切），则称此输入脉冲信号功率为切线信号灵敏度TSSP。对于单脉冲雷达信号，则有回波图3.1雷达测距图3.2切线灵敏度发射脉冲RAPTSS/212（3-1）其中，A是输入信号的幅度，R为接收机内阻。本实验仪接收机内阻为50欧姆。三、实验数据信号时延：T=52μs信号衰减值：95%切线灵敏度：PTSS=2.64×10−4噪声电压峰值：𝑈𝑚=26.4𝑚𝑉噪声最大值：𝑈𝑛=17𝑚𝑉四、思考题1.根据记录回波的时延，计算目标回波距离。答：目标回波时延：𝑇𝑟=52μs，根据公式R=𝑐𝑇𝑟2⁄计算得回波距离R=7.8km。2.距离分辨率为多少？答：距离分辨率()2cncdrv≈B12c，实验测得目标回波脉冲宽度为240ns，代入距离分辨率公式得到cr约为36m。3.目标回波输入信号的幅度改变，示波器输出信号有何变化？答：由前面数据整理的表格可以看出，目标回波输入信号的幅度衰减越来越大时，示波器输出信号幅度越来越小。4.雷达的切线灵敏度是多少？答：接收机灵敏度为：2.64×10−4。5.基线噪声电压峰值nU和满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值mU是否相同？为什么？答：基线电压峰值nU小于满足切线灵敏度条件下有信号处输出噪声的峰值mU,因为nU只是接收机内噪声而mU不仅包含接受机内噪声还包含外界干扰噪声所以nUmU。实验二脉冲积累实验一、实验目的熟悉脉冲积累改善接收机检测能力的原理。二、实验内容1.积累的概念n个脉冲的叠加称作积累。积累可以在检波后对视频信号进行，称作检波后积累或视频积累。包络检波后，丢失了信号的相位信息只保留了幅度信息，对信号的相位没有要求，又可称为非相干积累。积累也可以在中频进行，称作中频积累或检波前积累。信号在中频积累时要求信号间有固定的相位关系，即信号是相参的，也称为相参积累。相参积累的信噪比为n，而非相参积累的改善在n和n之间。2.视频积累的算法设N个脉冲重复周期零中频的正交采样数据1,10,0,,,NNnmAnmQnmI，其中AN为脉冲重复周期中距离单元总数。视频积累：三、实验数据积累脉冲151015202530信号(mV)400360348360356352344噪声(mV)44362828282824积累脉冲35404550556063信号(mV)340344344340344344340噪声(mV)28282828282824101022,,1ANmNnnmQnmINme（3-2）四、思考题绘制信号幅度与噪声最大信号幅度比随脉冲积累个数变化的波形图，并进行分析答：由图形可以看出，多个脉冲积累后可以有效的提高信号幅度与噪声幅度比，当脉冲个数积累到一定数量后信号幅度与噪声幅度比趋于恒定。实验三虚警率实验一、实验目的1.熟悉门限检测的方法2.熟悉虚警概率的含义3.了解门限与虚警概率的关系二、实验内容1.门限检测雷达接收机是在有噪声的背景下检测信号。由于噪声的起伏特性，判断信号的出现是一个统计的问题，必须按照某种检测标准进行判断。门限检测就是给定某个门限，如果某时刻05010015020025030035040045015101520253035404550556063信号与噪声最大幅度比随脉冲积累个数变化图信号(mV)噪声(mV)的回波信号的电压大于给定门限，就认为该位置有目标存在，否则认为该位置没有目标。2.虚警率虚警是指没有信号而仅有噪声时，噪声电平超过门限值被误认为是目标的事件。噪声超过门限的概率称为虚警概率。通常包络检波器输出噪声的电压振幅r的概率密度是瑞利分布，记做rpfa。设门限值是TU，那么噪声超过门限电平的概率就是虚警概率，所以可以用式（3-3）计算其中，2是噪声的方差。3.虚警概率Pfa统计算法N个脉冲重复周期里虚警事件总数faN为1,1,0,,0,,),(,1NnNmmUmneNUmneNNATfaTfafa距离为没有目标的距离单元（3-4）虚警概率NT为脉冲重复周期中存在目标的距离单元数。三、实验数据门限510152025虚警概率9.1×10−39.2×10−41.8×10−44.1×10−51.0×10−5四、考题1.绘制虚警率和检测门限的曲线图。试分析它们的关系。222expTUfaTfaUdrrprUPPT（3-3）TAfafaNNNNP（3-5）答：虚警概率与门限电平大小有密切的关系。噪声超过门限电平而误认为信号的事件称为“虚警”，虚警概率指的是噪声包络电压超过检测门限电平的概率。因此检测门限值越大，噪声信号超过门限的概率越小，雷达的虚警概率越小。2.检测门限不同时，示波器显示的距离波门信号有何不同，为什么？答：检测门限越高距离波门信号出现的时间间隔越长。因为门限值越高，噪声电平超过检测门限的概率越小，所以距离波门信号出现的时间间隔越长，次数降低。实验四恒虚警检测实验一、实验目的1.熟悉发现概率的定义。2.熟悉恒虚警检测的原理3.了解虚警概率与发现概率的关系。二、实验内容1.发现概率有目标时的电平超过门限正确检测出目标的概率，称作发现概率。包络检波后，信号加噪声的电压振幅r服从广义瑞利分布，记做rpd。发现信号就是信号加噪声的电压超过给0.00E+001.00E-032.00E-033.00E-034.00E-035.00E-036.00E-037.00E-038.00E-039.00E-031.00E-02510152025坐标轴标题虚警概率虚警概率定门限TU的事件，那么发现概率为从上式可以看出，发现概率和检测门限，信噪比有关。2.发现概率dP统计算法N个脉冲重复周期里发现事件总数dN为1,1,0,,0,,),(,1NnNmmUmneNUmneNNATdTdd离为有目标的距离单元距（3-7）发现概率NT为脉冲重复周期中存在目标的距离单元数。3.恒虚警检测在许多雷达系统中，要求虚警概率为一固定的值。由式（3-3）可知，如果虚警率给定，检测门限是可由式（3-9）确定的。这样，发现概率dP和虚警概率，信噪比有关。在信噪比相同的条件下，虚警率不同，发现概率不同。给定虚警率，由式（3-9）计算检测门限，在由式（3-7）和式（3-8）即可统计相应的发现概率。三、实验数据虚警率10-310-410-510-610-710-8发现概率1.01.01.01.01.01.0虚警率10-910-1010-1110-1210-1310-14发现概率1.01.01.00.990.980.96drrprUPPTUdTd（3-6）TddNNNP（3-8）faTPUln22（3-9）四、思考题1.当虚警概率变化时，距离波门信号有何变化，为什么？答：虚警概率增大时相应的检测门限降低，噪声电平超过检测门限被发现的概率增大，因此距离波门信号出现的时间间隔变短，次数降低。反之虚警概率降低时，距离波门信号出现的时间间隔变长，次数增大。2.绘制发现概率和虚警率的曲线图，分析二者的关系。答：当信噪比一定时，虚警概率越小，发现概率越小;虚警概率越大，发现概率越大。实验五目标距离跟踪实验一、实验目的1.掌握距离跟踪的原理。2.熟悉截获条件和失捕条件的含义。二、实验内容1.距离自动跟踪系统0.940.950.960.970.980.9911.01发现概率发现概率距离自动跟踪系统包括对目标的搜索、捕获、距离跟踪和失捕四个互相联系的部分。搜索是指目标在整个雷达测距范围内，依次对各目标单元进行检测，判断该单元是否有目标存在。如果在某个单元检测时满足跟踪的条件，确定该单元有目标存在，认为已经捕获到目标，开始对该单元的目标进行跟踪。跟踪时，保证距离跟踪波门自动跟踪目标，连续测量目标距离。在跟踪的过程中，一旦在某个单元跟踪时满足失捕条件，认为丢失目标，雷达重新开始搜索。2.截获条件和失捕条件雷达处于距离搜索状态时，如果在同一距离单元处的n个脉冲里有d次检测到目标回波，就认为该位置处有目标，雷达由搜索状态转换到跟踪状态。其中d/n被称为截获条件。雷达处于距离跟踪状态时，如果在距离波门内n个脉冲数目里有m次没有检测到目标回波，就认为丢失目标，雷达由跟踪状态转换到搜索状态。其中m/n次就认为是失捕条件。三、实验数据进程1d67891011失捕次数555566进程2d6911121415失捕次数443452进程3d6811131415失捕次数122032四、思考题1.运动目标的回波有什么特点？答：1）运动目标回波受杂波的影响比较大，当运动目标回波和杂波在雷达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得困难。2）由于运动目标的速度不同而引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，所以可以从频率上区分不同速度目标的回波。2.在什么条件下，雷达跟不上目标？答：雷达处于距离搜索状态时，如果同一距离单元处的n个脉冲数目里有d次检测到目标回波,就认为该位置处有目标，如果目标运动速度足够快使雷达在同一距离单元处的n个脉冲里检测到目标的次数小于d则雷达无法跟上目标。3.目标起伏对于跟踪的影响。答：目标的起伏对目标的搜索、捕获、距离跟踪有较大的影响。目标起伏越大，会使目标的发现概率降低，距离自动跟踪系统在整个雷达测距范围内难以实现搜索、捕获；在距离跟踪过程中也容易失捕。4.分析失捕条件和截获条件对于雷达工作状态的影响。答：若失捕条件中的m太小会使雷达长时间保持在跟踪状态，若截获条件中的n太大会使雷达不容易发现目标长时间保持在搜索状态。实验六动目标显示（MTI）实验一、实验目的：1.掌握动目标显示的原理2.熟悉一次相消和二次相消的概念二、实验内容该实验中有两个进程，进程1是一次相消器实验，进程2是二次相消MTI实验，当设置为进程1时，按确认后观察包络信号和积累信号，测量对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度。当设置为进程2时，可变参数是二次对消的系数，初始值为1.5，每按一次按钮，系数加0.1.二次相消系数的最大值为2.5，改变参数确认后观察包络信号和积累信号，测量对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度。三、实验数据一次相消实验中对应包络信号有目标处相消器输出信号的幅度：3.60V二次相消系数与目标幅度测试二次相消系数1.51.61.71.81.92.0固定目标的幅度(mV)840544312160720四、思考题1.在一次相消的工作方式下，动目标和静目标的包络信号和检测输出信号有什么特点？答：动目标的包络信号是移动的，在相位检测输出端，动目标回波是一串振幅调制的脉冲；固定目标的包络信号是不动的，静目标回波是一串振幅不变的脉冲。在一次相消的工作方式下，因为幅度固定的目标回波信号相减后相互抵消，而幅度变化的运动目标回波相减后输出相邻重复周期振幅变化的部分。所以检波输出信号只有动目标没有静目标。2.二次相消参数有什么意义，对信号波形有何影响？答：当二次相消系数在一定范围内变化时，共轭零点偏离实轴的角度很小，尽管零频处频响不为零但凹口较宽可抑制频谱较宽的杂波。试验七噪声调频干扰实验一、实验目的：1、掌握噪声调频干扰的基本形式和干扰