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南京理工大学课程考试试卷答案及评分标准(A卷)课程名称：雷达原理学分：3教学大纲编号：04041901试卷编号：A卷考试方式：闭卷、笔试满分分值：100+5考试时间：120分钟常用分贝(功率)换算表：1dB(1.26),2dB(1.6),3dB(2),4dB(2.5),5dB(3.2),7dB(5),8dB(6.3)2(3dB),3(4.77dB),4(6dB),5(7dB),6(7.78dB),7(8.45dB),8(9dB)注意：简答题必须语句完整；推导题和计算题必须要有分步过程及必要的文字说明，直接写出结果最多只得一半分；各题中若出现无文字说明的箭头符号将被扣分一、填充选择题（15空，每空2分，共30分）1.在以下雷达参数中，（c）对目标雷达截面积的影响最小？（a）波段（b）视角（c）脉冲重复频率（d）极化2.某雷达接收机的输入信噪比为SNRi=10，输出信噪为SNRo=4，则该雷达接收机的噪声系数为4dB。3.在某对空警戒雷达接收信号中，从空中飞机反射回来的电磁波称为（b），从己方其它同频雷达泄漏过来的电磁波称为（a），从云层反射回来的电磁波称为（d）（a）干扰（b）目标（c）噪声（d）杂波4.机械扫描（相位扫描/机械扫描/频率扫描）雷达的最大作用距离将不随扫描角度的变化而变化。5.单级振荡（单级振荡/超外差/主振放大/超再生）式雷达发射机的频率稳定度较差，相继发射脉冲之间的相位通常不相参6.以下哪个部件最不可能属于雷达接收机（c）（a）低噪高放（b）混频器（c）脉冲调制器（d）信号处理机7.雷达接收机带宽应大于（小于/等于/大于/不确定）该雷达的发射信号带宽8.某雷达工作频率为6GHz，则该雷达属于C（L/S/C/X）波段9.振幅和差式单脉冲雷达的鉴角特性曲线是差波束比和波束（差波束/和波束/差波束比和波束/和波束比差波束）随目标角误差变化的函数关系曲线10.A雷达与B雷达的发射脉冲宽度分别为4μs和6μs，发射信号带宽分别为0.5MHz和1MHz，则A雷达的距离分辨力低于（低于/高于/不确定）B雷达11.某车载全相参脉冲雷达的峰值发射功率为Pt，脉冲重复频率为fr，工作频率为f0，雷达车以速度vr直线行进，在雷达车正侧方某处有一巨石，测得该巨石的脉冲回波延时为τ，则对雷达接收机来说，该巨石的距离为cτ/2。若该雷达采用N个等幅脉冲进行多普勒滤波处理，则该雷达的多普勒分辨力为fr/N。12.根据最优滤波理论，匹配滤波器应位于白化滤波器之后（之前/之后/都可以）。注：该题为基本题，考核的基本知识点包括：目标截面积、噪声系数、雷达接收信号、天线扫描规律、发射机与接收机组成、信号与接收机带宽、雷达波段、单脉冲雷达测角、距离分辨力、多普勒分辨力。二、判断题（5小题，每题2分，共10分，正确打√，错误打×）1.A型雷达终端显示器采用的是由斜距和方位构成的极坐标系（×）2.雷达的工作频率应尽量避免选择在待测目标的瑞利区（√）3.两个同频信号之间的相位关系未知，则这两个信号一定是非相参的（×）4.物理尺寸越小的天线角度分辨力越小，与雷达工作频率无关（×）5.线性调频连续波雷达的接收差拍频率信号通常是距离-多普勒耦合的（√）注：该题为基本题，考核的基本知识点包括：雷达显示器、目标截面积、相参信号、天线角度分辨力、线性调频连续被雷达。三、简答题（6小题，共28分）1.（8分）简述雷达门限检测所采用的奈曼-皮尔逊准则及虚警概率与发现概率的定义，简要说明当噪声电平与检测门限不变时，信噪比增加对虚警概率与发现概率的影响。得分点：（8分封顶）1)奈曼-皮尔逊准则要求在给定信噪比和虚警概率条件下，发现概率最大┈┈2分2)虚警概率是无目标时误判为有目标的概率┈┈2分3)发现概率是有目标时正确判为有目标的概率┈┈2分4)当噪声电平与检测门限不变时，信噪比增加，虚警概率不变，发现概率提高┈┈2分注：基本题，考核门限检测各相关知识点。2.（4分）简述天线波束形状损失与叠加损失的成因。得分点：（4分封顶）1)实际天线是扫描的，雷达接收到的目标回波信号振幅将被天线波束形状调制，使得实际接收到的目标回波信号增益小于最大天线增益，造成损耗┈┈2分2)实际参与相参积累的脉冲串可能包含纯噪声脉冲，对目标能量积累没有贡献，却会增加噪声功率，引起信噪比下降，造成损耗┈┈2分注：基本题，考核雷达系统损耗相关知识点。3.（4分）若只能使用一重脉冲重复频率（PRF），试判断对于远程低速目标应采用高PRF还是低PRF？并简要说明理由。得分点：（4分封顶）1)低速目标的多普勒频移较小，要求的单值多普勒频率测量范围不大，采用较低的PRF也不易产生测速模糊2)远程目标要求的不模糊距离较大，为避免距离模糊应采用较低的PRF3)综上，对于远程低速目标应采用低PRF┈┈4分注：提高题，考核脉冲雷达距离模糊与多普勒模糊相关知识点。4.（4分）简述动目标检测（MTD）雷达的工作过程及其物理依据。得分点：（4分封顶）1)MTD雷达首先利用相邻多脉冲相消（或MTI）技术来抑制固定（或静止或无相对径向运动的）杂波（或物体）2)然后通过多普勒滤波器组分离（或提取）并增强运动目标回波，获取目标运动速度和方向3)物理依据：当物体与雷达站之间存在相对径向运动时，该物体回波会出现多普勒频移现象。径向运动的速度和方向不同，多普勒频移也不同，由此引起的相邻回波脉冲间的相位差也不同。┈┈4分注：基本题，考核动目标检测雷达相关知识点。5.（4分）列举脉冲多普勒雷达产生多普勒模糊时可能发生的两种有害现象及其后果。得分点：（4分封顶）1)因多脉冲雷达的普勒谱是周期的，当存在多普勒模糊时2)测得的（或视在）多普勒频移的数值将可能与实际值不符，造成目标运动速度难以判别（或误判）3)测得的（或视在）多普勒频移的符号将可能与实际值不符，造成目标运动方向难以判别（或误判）┈┈4分注：基本题，考核脉冲雷达多普勒模糊相关知识点。6.（4分）已知输入信号s(t)的频谱为S(ω)，请写出该信号匹配滤波器的时域冲激响应h(t)及频域传输函数H(ω)，并简述目标存在相对运动时对输出信噪比会有何影响。得分点：（4分封顶）1)h(t)=ks*(t0-t)2)H(ω)=kS*(ω)e-jωt03)因可能存在多普勒频移，匹配滤波器将不再与相对运动目标的回波信号完全匹配（或与相对运动目标的回波信号失配），导致输出信噪比下降┈┈4分注：基本题，考核匹配滤波器相关知识点。四、读图题（2小题，共8分）右图给出的是氧气和水蒸气导致的雷达电波大气衰减曲线。1)试根据该图总结大气衰减的一些规律（至少3条）；2)试根据右图选择两个高于20GHz的可用雷达工作频率估值，并简要说明理由；得分点：1)每条规律1.5分（4.5分封顶）┈┈4.5分氧气吸收谐振峰位于60GHz和118GHz水蒸气吸收谐振峰位于22.24GHz频率越高的电磁波大气衰减越大在10GHz（或附近某个频率值）以下，氧气吸收衰减高于水蒸气在200GHz内氧气吸收谐振峰高于水蒸气吸收谐振峰在35GHz（或附近某个频率值）以上非谐振峰处水蒸气吸收衰减较大其它可能的规律2)应选择35GHz和95GHz（附近频点都可得分）因为在这两个频点处氧气吸收衰减和水蒸气吸收衰减都较小┈┈3.5分注：综合题，考核知识点：大气衰减，解图能力，活用知识能力。五、推导题（4小题，共8分）如下图所示两个级联的线性系统，各自的噪声系数、系统增益、系统带宽分别为Fj、Gj、Bn，j=1,2。级联系统总的输入和输出噪声功率分别为Ni和No，令第一级线性系统的噪声输出功率为Nm，1)试推导第一级线性系统的输出噪声功率Nm的表达式；2)试推导级联系统的总输出噪声功率No的表达式；3)试推导该级联系统总的噪声系数的表达式；4)列举两个降低雷达接收机总噪声系数的措施。得分点：1)由噪声系数定义F1=Nm/NiG1，得Nm=NiG1F1=kT0BnG1F1┈┈2分2)令第二级线性系统的内部噪声为ΔN2，由噪声系数定义F2=(NiG2+ΔN2)/NiG2，得ΔN2=(F2-1)NiG2=(F2-1)kT0BnG2则有No=NmG2+ΔN2=kT0BnG1F1G2+(F2-1)kT0BnG2┈┈2分3)令该级联系统的总噪声系数为F，由噪声系数定义F=No/NiG1G2，得F=F1+(F2-1)/G1┈┈2分4)措施一：降低级联系统中每一级的噪声系数，同时提高每一级的增益；措施二：级数越靠前的子系统，噪声系数越要低，同时增益越要高。┈┈2分注：提高题，考核知识点：线性级联系统的噪声系数相关知识点。六、公式解析题（4小题，共10+1分）雷达基本方程之一⎥⎦⎤⎢⎣⎡=LSAPRrtmin224max4πλσ，（以下3小题，共10分）1)给出上述方程中各参量Pt、σ、Ar、L的名称及其量纲单位（国际单位制）；2)列举通过提高Pt来增加Rmax的缺点（至少2条）；3)根据上述方程，某甲得出结论“雷达工程师可通过增加σ值来提高Rmax”。请判断该结论是否正确，并简要说明理由。（以下1小题为附加题，共1分）4)某搜索雷达沿方位向360o匀速旋转扫描，某乙根据上述方程得出结论“雷达工程师可通过提高Ar来增加该雷达的Rmax”。试分析该结论可能会面临的缺点。得分点：1)以下每个名称0.5分，每个量纲单位0.5分Pt：发射峰值功率，量纲单位为W或量纲单位为dBWσ：目标雷达截面积，量纲单位为m2或量纲单位为dBsmAr：天线孔径，量纲单位为m2或量纲单位为dBsmL：各种损耗，无量纲单位或量纲单位为dB┈┈4分2)以下每条缺点2分（4分封顶）每提高15倍，才能提高1倍，效率太低大功率射频放大器件的峰值功率不能无限提高容易被敌方截获，电子对抗能力低其它合理缺点┈┈4分3)该结论是错的；因为雷达工程师不能控制目标特性，即不能改变雷达截面积σ的大小┈┈2分4)雷达工作频率一定时，增加雷达天线面积Ar将使雷达波束宽度变窄。由于搜索雷达事先不知道目标来向，需在有限时间内扫描完整个待测角度范围，波束宽度窄意味着天线波束在任一角度上的驻留时间短，使得可能来自该角度的目标回波能量积累时间不足，导致信噪比改善不足，最终不能有效提高雷达作用距离┈┈1分注：基本题，考核知识点：雷达方程各参数对雷达最大作用距离的影响。七、综合题（4小题，共6+4分）某雷达发射等幅相参脉冲串，脉冲重复频率为fr=10kHz，脉冲宽度为τ=2μs，对于2m2的目标，在发现概率与虚警概率分别为Pd和Pfa的条件下，由雷达方程算得的雷达最大作用距离为Rmax=40km，（以下3小题，共6分）1)求该雷达的最大不模糊距离Ru与距离盲区宽度Rb（单位km）；2)求雷达截面积为4m2且位于30.2km处的目标A能否被该雷达发现，请说明理由；3)对于雷达截面积为2m2的目标，假设雷达接收到的目标回波功率随斜距的变化规律为Ps(R)=50dB-40lgR，其中Ps(R)和R的量纲单位分别为dBW和m，求该雷达的灵敏度Smin为多少dBW？（以下1小题为附加题，共4分）4)假设雷达接收信号中地杂波功率随斜距的变化规律为Pc(R)=16dB-30lgR，其中Pc(R)和R的量纲单位分别为dBW和m，目标回波功率函数同第3）小题，试推导R0=36km处的信杂比SCR（目标信号功率与杂波功率之比）（dB）？得分点：1)最大不模糊距离Ru=c/(2fr)=3×108/(2×10×103)=1.5×104m=15km┈┈1分距离盲区宽度Rb=cτ/2=3×108×2×10-6/2=300m=0.3k┈┈1分2)对于4m2的目标，30.2km位于该雷达的最大作用距离之内，但远于最大不模糊距离，因此存在测距模糊，以及周期性的距离盲区，距离盲区范围为qRu~qRu+Rb。其中当模糊数q为2时的距离盲区范围为30km~30.3km。可见，30.2km处的目标刚好处于该距离盲区内，因此不能被该雷达发现。┈┈2分3)Smin=Ps(Rmax)=50–40lgRmax=50–40lg40000=50–184=–134dBW┈┈1分4