修正的雷达探测威力图 留言

雷达威力图是反映雷达在覆盖空域范围内各方位角和俯仰角上的作用距离。实际中该模型极为复杂，一般需要进行模型简化。

根据雷达方程，我们容易得到雷达的作用距离为

上式中(S/N)min是雷达的最小可检测信噪比，上式是在理想情况下推导出的作用距离。在实际中，雷达总会存在各种损耗，雷达信号处理会对回波信号有处理增益，因此这些因素都需要加以考虑并对上述公式进行修正。

雷达的检测性能与信噪比(S/N)有关，因此考虑信号处理中对信噪比有改善的处理增益，主要包括脉冲积累增益和脉冲压缩增益。

雷达损耗将降低雷达的作用距离，因此雷达方程中需引入系统损耗这一修正量。雷达系统损耗包括馈线传输损耗、接收机失配损耗、量化损耗、脉冲压缩加权损耗、CFAR检测损耗、目标起伏损耗等。

馈线传输损耗。发射机和接收机馈线传输损耗包括收发开关T/R、旋转开关、隔离器、定向耦合器、功分器、波导、接头等产生的损耗，对于一个给定的雷达系统来说是恒定的，一般约为3-4dB。

接收机失配损耗。由于系统设计的问题，接收机滤波器可能不是完全的匹配滤波，会产生失配损耗，一般情况下，失配损耗小于1 dB。

量化损耗。量化损耗是A/D变换处理过程中所引入的噪声产生的，以及由信号处理电路中有限字长的截断效应产生的。

脉冲压缩加权损耗。脉冲压缩加权损耗是为了降低距离副瓣而引入的 加权函数引起的。

CFAR损耗。CFAR检测损耗是由检测门限非理想估计值与理想的门 限相比所造成的。估计的波动迫使门限均值高于理想门限值，因而产生了损耗。

目标起伏损耗。在雷达方程中，雷达截面积是按照不起伏来计算的，当考虑目标起伏时，回波功率会下降。目标起伏损耗是检测概率、虚警概率、脉冲积累数和目标起伏模型的函数。

我们知道多脉冲的相参积累可以有效地提高信噪比，将M个相参的中频信号进行相参积累，可以使信噪比提高为原来的M倍。

这是因为相邻周期的中频回波信号按严格的相位关系同相相加，信号电压可提高为原来的M倍，功率提高M2倍。但噪声是随机的，满足统计独立，积累的效果是平均功率相加而使总噪声功率提高为原来的M倍，从而输岀信噪比改善达到M倍。

脉冲压缩体制雷达发射宽脉冲提高发射的平均功率，增大作用距离，而在接收时采用相应的脉冲压缩技术获得窄脉冲，提高距离分辨力，从而较好地解决作用距离和距离分辨力之间的矛盾。

脉冲压缩体制雷达经脉冲压缩处理后会提高信噪比，所以对于脉冲压缩体制雷达，雷达方程中应考虑脉冲压缩增益。宽脉冲信号经过脉冲压缩匹配滤波器后，其宽度被压缩，压缩比为D，输出脉冲的峰值功率增大了D倍。

噪声在经过脉冲压缩滤波器后不会被压缩，仍保持在原来的噪声电平上。所以输出信号信噪比与输入信号的信噪比相比也提高了D倍。输出信噪比与输入信噪比之比称为脉冲压缩增益，它等于脉冲压缩比D，即时宽-带宽积。

其中M为相参积累脉冲数，D为脉冲压缩比，Ls为系统损耗和。下图为Blake脉冲雷达距离计算表，来源书籍《Radar Equations for Modern Radar》，点击“阅读原文”可查看。

其中Ft和Fr为发射/接收路径方向图传播因子，Blake在雷达方程中引入这二个因子来解释天线俯仰方向图和地表反射的影响，包含表面反射对发射场和接收场的贡献，低仰角区域衍射对场的修正，对于阵列天线，也包含来自偏离天线法线的增益损耗。

在Matlab中使用radarvcd(freq,rfs,anht)函数可制作Blake图表。感兴趣的可自行在Matlab的帮助文档中查看具体使用方法。

与本文相关的一篇文章是《详细分析“萨德”X波段AN/TPY-2雷达》，其中对“萨德”雷达探测距离的计算用到了本文的修正公式，但是没有考虑波束方向图传播因子的影响，另外，多脉冲积累和脉冲压缩对信噪比的改善均被考虑进了检测因子。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）