哈工大无线电答案

思考题第二章1．假设雷达接收机的噪声系数为3dB，求解输出端的信噪比与输人端的信噪比相比下降了多少dB？2．如果某雷达规定的虚警时间为2小时，接收机带宽为8MHz。(a)虚警概率和虚警数是多少？(b)若要求虚警时间大于5小时，门限与噪声的标准差之比(/TV)是多少?3．为什么降低雷达的工作频率可减小云雨回波的影响，而且不会明显地减小雷达目标的截面积？4．证明SwerlingI型的概率密度函数与自由度为2的2分布概率密度函数相同。5．工作频率为1GHz的雷达，其天线宽度D=30m，昀大非模糊距离为200km，天线转一圈的扫描时间为l0s。则每次扫描雷达接收的来自点目标的回波脉冲数是多少？（利用以弧度表示的天线半功率波束宽度关系式D/2.15.0）6．推导在理想无损耗、自由空间传播时雷达的方程。7．虚警概率一定时，若提高发现概率，可采用的方法有哪些？8．高斯噪声通过窄带中频滤波器)(tsr后加到包络检波器，则其输出端噪声包络振幅为瑞利分布：)2exp()(222rrrp，设门限电平为TV，计算虚警概率，并指出虚警概率与哪些因素有关。9．分别简述用10dB表示的杂波可见度和用10dBm表示功率的含义。习题与参考答案（仅供参考）习题1．噪声系数输出信噪比输入信噪比oinNSNSF)/()/(,由此可知，nF的物理意义是由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出端信噪比相对输入端信噪比变坏的倍数。假设雷达接收机的噪声系数为3dB，输出端的信噪比与输人端的信噪比相比下降了3dB.习题2．虚警概率faP是指仅有噪声存在时，噪声电压超过门限TV的概率，因此也可近似用噪声包络超过门限的总时间与观察时间之比来求得，即161()11==1.7361e-11()23600810NKKKfaNKfaifKKttPTTBT平均平均ifB为接收机中频带宽；平均)(Kt为噪声脉冲的平均宽度，近似为ifB的倒数。虚警数61n=23600810fafaP同样，也可求得虚警时间与门限电平、接收机带宽等参数之间的关系：由于)2exp(1122TiffaiffaVBPBT所以门限与噪声的标准差之比(/TV)根据62ln()2ln(5*3600*8*10)TfaifVTB计算习题3：气象微粒的尺寸远小于雷达波长，故气象微粒处于瑞利区，当降低雷达工作频率时，气象微粒的截面积将显著减小。而雷达目标尺寸较云雨微粒大得多，通常处于光学区，截面积趋于固定值。所以，降低雷达工作频率可减小云雨回波的影响，而又不会明显减小雷达目标的截面积。习题4．证明SwerlingI型的概率密度函数与自由度为2的2分布概率密度函数相同。（略）参考2.35小节习题5．工作频率为1GHz的雷达，其天线宽度D=30m，昀大非模糊距离为200km，天线转一圈的扫描时间为l0s。则每次扫描雷达接收的来自点目标的回波脉冲数是多少？（利用以弧度表示的天线半功率波束宽度关系式D/2.15.0）参考：0.5/0.31.21.20.01230cfDDmax2rcRf，所以max2/rfRc目标回波的脉冲数rfn5.0（式中，5.0为天线波束宽度；为天线扫描速度）。50.580.0122210360/10310rnf习题6首先讨论在理想无损耗、自由空间传播时的雷达方程，设天线有效接收面积为rA，则雷达接收到回波功率rP为4224RAGPSAPrttrr，当接收到的回波功率minSPr（昀小可检测信号）时，达到雷达昀大作用距离maxR，超过这个距离后，雷达就不能有效地检测到目标。通常脉冲雷达收发共用天线，则有以下关系GGGrt，ertAAA则有4/1min322max4SGPRt昀小可检测信号为MFBkTNSFBkTSnnonni0min0min习题7:当虚警概率一定时，发现概率与信噪比成正比，要提高发现概率，可增加信噪比。习题8：虚警概率)2exp()2exp()(22222TVTfaVdrrrrVpPT虚警概率与门限电平TV和信噪比有关系当噪声的概率密度函数一定时，虚警概率的大小完全取决于门限电平TV。当信噪比一定时，发现概率与虚警概率成正比，发现概率增加时，虚警概率增加；发现概率减小时，虚警概率减小。习题9：参考第三章1.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?2.雷达发射机的技术参数主要有哪些？3.某雷达发射机峰值功率为800kW，矩形脉冲宽度为3µs，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率。4.真空微波管的选择通常遵循哪些原则？常用的真空微波管有哪些？他们各有什么特点？5.固态雷达发射机有哪些优点？6.脉冲调制器通常由哪几部分组成？各部分的功能是什么？脉冲调制器通常分为哪几种？各有什么特点？习题与参考答案（仅供参考）习题1：对发射信号的频率、相位和谱纯度任一参数有较高要求的情况下选用主振放大式发射机，在对雷达参数均无较高要求的情况下选用单级振荡式发射机。习题2：雷达发射机的主要技术参数工作频率、输出功率、总效率、脉冲波形、发射信号的稳定性和频谱纯度、发射机效率。习题3：习题4~习题6：了解即可，参考书上相应章节第4章1．给出雷达接收机双通道处理的原理框图，并说明采用双通道处理必要性。2．设雷达在一定空域扫描，其天线方向性函数为高斯函数，给出脉冲工作雷达静止目标回波频谱结构示意图（脉宽为，重复频率为rf）。3．解释接收机噪声系数的定义及物理含义。4．以脉冲雷达为例，雷达接收机分别采用双通道处理和单通道处理，接收信号的频谱有何差异？习题与参考答案（仅供参考）习题1：参考90雷达接收机双通道处理的原理框图任何一个中频实信号)(tS都可以表示为)](cos[)()(tttatSi其中)(ta和)(t分别为信号的幅度和相位调制函数。信号又可以用复数表示为])()([21])()([21)()()(tjtjtjtjtjtjiiiietuetueetaeetatS式中，)()()(tjetatu称为复调制函数，它包含了信号)(tS的全部信息量。。为防止频谱折叠而保持中频信号所含全部信息量，应把复函数)(tu单独取出来。实现方法是信号)(tS乘以复函数tjie即可则tjtjtjtjtjiiiiietutueetuetuetS2)(21)(21])()([21)(通过低通滤波后取出其复函数)(tu而滤去其高次项tjietu2*)(，可得)(sin)()(cos)()()()(ttjattaetatutj正交双通道处理，具体实现方法为：一条支路和基准电压ticos进行相干检波，得到同相支路I；另一路和基准电压tisin进行相干检波，得到正交支路Q。tisin可由ticos移相90得到。其输出值分别为)(cos)(tta和)(sin)(tta，如果要取振幅函数)(ta，则为22QI；如果要判断相位调制函数的正负值（多普勒频率df的正负值），则需比较I,Q两支路的相对值来判断，正交支路的输出也可以重新恢复为中频信号。习题2．设雷达在一定空域扫描，其天线方向性函数为高斯函数，给出脉冲工作雷达静止目标回波频谱结构示意图（脉宽为，重复频率为rf）。习题3．解释接收机噪声系数的定义及物理含义。于雷达接收系统，接收机的噪声系数nF定义为时的噪声功率输出理想接收机在标准室温输出实际接收机的噪声功率00TGBkTNFnnn式中，N为接收机输出的噪声功率；nG为接收机功率增益，即输入信号功率输出信号功率ionSSG0T为标准室温，一般取290K；k为玻尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K。由于理想接收机的输入噪声功率iN为niBkTN0故噪声系数nF也可写成输出信噪比输入信噪比oinNSNSF)/()/(由此可知，nF的物理意义是由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出端信噪比相对输入端信噪比变坏的倍数。4．以脉冲雷达为例，雷达接收机分别采用双通道处理和单通道处理，接收信号的频谱有何差异？任一实中频信号可写成：)](cos[)()(tttatSI信号的复数形式为tjtjtjtjtjtjIIIIIIetuetueeeetatttttatS)()(21)(21))((exp)(exp)(21)()()(式中)()()(tjetatu为复调制函数例：tjddetatutt)()()(单络处理：tjtjItjtjIIIIIetuetutututetuetuttS22)()(41)()(41cos)()(21cos)(d0ff-0U(f)f虚线是Sr(f)经低通滤波处理，取出缓变低频量：)(cos)(21)()(41)()(41)()(ttaetaetatututjtjCos为偶函数，所以可以取出大小，但无法判断正负，即无法判断目标运动方向。单路和正交双路处理的频谱：双通道：tjttStjttSetSIIIItjIsincos)(sincos)()()()(21)()(21)(*2*tuetueetuetuetStjtjtjtjtjIIIII经低通滤波可得)(21*tutjIetS)(同理可得)(21tu得到复信号，频谱为单边的，不会有谱折叠，保留了完整的信息（包括幅度信息何相位信息），此外还可降低DSP时的数据采样率，优点很多。第5章1．雷达测量目标距离常用的方法有哪些？2．在调频法测距中，发射信号为连续高频等幅波，其频率按周期性三角波的规律变化（如图），若目标径向运动速度为rv，雷达与目标之间的距离为R，求出rv和R的表达式。0-ff00f中频信号复频谱f0单路相位检f正交双通道处理等效频Tfft3．在脉冲法测距中，判断距离模糊的方法有哪些？4．若某雷达发射的脉冲宽度为10s，脉冲重复周期为200Hz，工作波长为3cm，求解以下问题：①雷达距离分辨力的值是多少？②计算昀大不模糊距离多少？③该雷达的第一盲速为多少？5．试设计另一种调频信号波形，也可解决雷达对运动目标同时测距与测速问题。6．假定要设计一部低空目标探测雷达，将雷达安装在海拔1500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？7．已知雷达的参数是：发射功率106W，天线增益40dB，波长5.6cm，目标截面积3m2，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，求昀大探测距离和昀小；雷达截面积。8．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。习题与参考答案（仅供参考）习题1：雷达测量目标距离常用的方法有采用脉冲法、调频法和相位法习题2：目标距离为'88mcFcRFTfff同时还可以得到目标的径向速度为/4()rvFF式中，v取相反运动为正方向，取调频中频波长。习题3：在脉冲法测距中，解决距离模糊的方法有重复频率法和舍脉冲法，都是通过高频率脉冲信号重构出低频率的发射信号，以达到扩大不模糊测距范围的目的：（1）雷达以两组脉冲重复频率1rf和2rf交替发射脉冲信号，1rf和2rf，对距离为R的目标均不满足不模糊测距的要求然后通过记忆重合装置，将两个重复频率的发射信号重合，重合后的输出即为重复频率为公约数rf；（2）“舍脉冲”法是每在发射M个脉冲后，舍去其中1个脉冲不发射作为发射信号标志，逐个累计发射脉冲数，直到某一脉冲后没有回波时停止计数，累计数值就是回波跨越的重复周期数。习题4：雷达区分不同距离目标的能力，距离分辨力与雷达发射信号脉冲宽度（或带宽）和探测距离有关。