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1、雷达原理知识点总结雷达原理知识点总结【雷达任务：测目标距离、方位、仰角、速度；从目标回波中获取信息【雷达工作原理：发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。【影响雷达性能指标：脉冲宽度（窄），天线尺寸（大），波束（窄），方向性。【测角：根据接收回波最强时的天线波束指向【雷达是如何获取目标信息的？【雷达组成：天线，发射机，接收机，
2、信号处理机，终端设备（电源，显示屏），收发转换开关【发射机工作原理：为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。【发射机基本组成：单级振荡式：脉冲调制器，大频率射频振荡器，电源。主振放大式：脉冲调制器，中间和输出射频功放，电源，定时器，固体微波源（主控振荡器，用来产生射频信号）工作过程：（1）单级振荡式：信号由振荡器产生，受调制（2）主振放大式：信号由固体微波源经过倍频后产生，经射频放大链进行放大，各级都需调制（脉冲调制器），定时器协调工作。优缺点：单击振荡式：简单经济轻便，频率稳定度差，无复杂波形；主振放大式：频率稳定度高，相位相参信号，有复杂波形，适用频率捷
3、变雷达【发射机质量指标：（1）工作频率（波段）（2）输出功率：影响威力和抗干扰能力。峰值功率（脉冲期间射频振荡的平均功率）和平均功率（脉冲重复周期内输出功率的平均值）。（3）总效率Pt/P。（4）调制形式：调制器的脉冲宽度，重复频率，波形。（5）信号稳定度/频谱纯度，即信号各项参数。【调制器组成：电源，能量储存，脉冲形成【调制器任务与作用：为发射机的射频各级提供合适脉冲，将一个信号载到一个比它高的信号上【仿真线：由于雷达的工作脉冲宽度多半在微秒级别以上，用真实线长度太长，因此在实际中是用集总参数的网络代替长线，即仿真线【刚/软性开关：刚性开关的电容储能部分放电式调制器，特点为部分放电，通电利索
4、；软性开关的人工线性调制器，特点为完全放电，效率高，功率大。【接收机指标：（1）灵敏度：表示接收机接受微弱信号的能力。提高灵敏度，减小噪声电平，提高接收机增益。（2）工作频率宽度：表示接收机瞬时工频范围，提高：高频部件性能（3）动态范围：表示正常工作时接收信号强度的范围，提高：用对数放大器增益控制电路抗干扰（4）中频滤波特性：减小噪声，带宽回波时，噪声大。（5）工作稳定度（6）频率稳度（7）抗干扰能力（8）噪声系数【收发软换开关工作原理：脉冲雷达天线收发共用，需要一个收发软换开关TR，发射时，TR使天线与发射机接通，与接收机断开，以免高功率发射信号进入接收机使之烧毁；接收时，天线与接收机接通，
5、与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱接收信号受损。【收发开关组成及类型：高频传输线，气体放电管。分为分支线型和平衡式。【显示器分类：距离，平面，高度，情况和综合，光栅扫描。【显示器列举：距离（A型J型A/R型）平面（PPI）高度（E式RHI）【A型显示器组成：扫掠形成电路，视频放大电路，距标形成电路。【怎样读取目标方位距离等参数（P显）：方位角以正北为零方位角，顺时针计量；距离沿半径计量【显示器工作原理：【影响测距精度因素：发射机功率，天线尺寸，目标有效截面积；电波传输速度变化产生的误差，因大气折射产生的误差，测读方法误差。【测角的方法：相位法，振幅法（最大信号法，等信号法）。受误差影响，远
6、距测角时，对测量数据进行修正。【相位法测角：（1）利用多天线所接收回波信号之间的相位差来测角（2）相位差=（2pai/波长）dsin角度，d为两天线间距，测相位差得角度（3）两天线所获高频信号经与本振信号差频后，在中频段比相【数据录取：（1）信息处理过程：检测目标回波，判定目标的存在；测量、录取目标坐标；录取其他参数，编批。【灵敏度与作用距离的关系：最小灵敏度对应最大作用距离【目标距离的测量公式：t=2R/c【脉冲法测距原理：在常用的脉冲雷达中，回波信号是滞后于发射脉冲tr的回波脉冲【距离分辨力：同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离【数字式测距原理：（1）时间量离散化，二进制数码，（
7、2）距离计数器在雷达发信号的同时开始对计数脉冲进行计数，至回波到达时停止，Tr=nT（T为计数脉冲重复周期）【角分辨力：存在多目标时，雷达将其分辨开的能力。用两目标的最小角坐标之差表示。【三坐标雷达分类：（1）单波束，方位上机械慢扫获距离及方位角；仰角上电扫获仰角。（2）多波束，同平面内存在重叠波束，波束立体角=M倍角度，数据率提高M倍（同时需要增加发射功率）【单波束三坐标雷达：方位慢扫上选择机械或电扫，仰角快扫上选频率扫描（测角精度差）或相位扫描（针状波束的使用，较普及）【相控阵雷达（相位-相位电扫系统）优点：功率、能量由计算机控制取得最佳分配；搜索、跟踪独立进行；多功能工作。【多波束三坐标
8、雷达原理：天线馈源为多个与焦点相继偏离的喇叭，则在仰角平面上形成重叠多波束，功率分配器将发射功率按一定比例分配，同相激励各喇叭，形成合成发射波束，接收时，反射信号分别为各喇叭所接收，进入各自通道，相邻通道输出信号比较，得仰角；输出信号相加，得全仰角监视区域目标回波。【背景波为杂波，为无源干扰【区分运动目标和固定杂波：由速度差别知其多卜勒频移不等，从而从频率上区分不同速度目标的回波。【多卜勒效应：找到目标回波，测速。指当发射源与接收者之间有径向运动时，信号频率将改变。Fd=2vr/波长vr为径向速度，fd频率差【盲速：当目标回波信号经相位检波器后，输出为一串等幅脉冲，与固定目标回波无差异，此时目
9、标运动速度为盲速。避免：fd【测距方法：脉冲法测距，调频法测距【接收机任务：将回波信号通过天线接收，经过滤波放大，混频，中频放大，检波等将有用信息检测出来，送至显示器，信号处理器或计算机控制的雷达终端设备上。【接收机组成：前置放大，混频，中频放大，检波【信号处理机任务：消除不需要的信号如杂波的干扰而通过或加强由目标产生的回波信号。【多普勒频移：当目标与雷达站之间存在相对速度时，接收到回波信号的载频相对于发射信号的载频产生一个频移。【频闪效应：指当脉冲工作状态时，相位检波器输出端回波脉冲串的包络调制频率fd与目标的径向速度vr不再保证正比关系。【产生盲速和频闪效应的原因：脉冲工作状态是对连续发射
10、的取样，取样后的波形和频谱都发生了变化。【噪声系数：接收机输入端信号噪声比与输出端噪声比的比值。【如何将目标从杂波中分离出来：根据运动目标回波和杂波在频谱结构上的差别，从频率上将其区分，已达到抑制固定杂波而显示运动目标回波的目的，运动目标显示滤波器利用运动目标回波和杂波在频谱上的区别，可有效地抑止杂波而提取信号，运动目标回波频谱的特征是将发射信号频谱位置在频率轴上评议一个多普勒频率。当天线不扫描时，固定杂波的频谱是位于nfr位置上的谱线，用对消器可以将其全部滤掉。【如何消除静止目标的回波：由于固定目标的回波是一串振幅不变的脉冲，而运动目标回波是一串振幅调制的脉冲，根据这一特性，将相邻重复周期的
11、信号相减，使固定目标回波由于振幅不变而相互抵消，运动目标回波相减后剩下相邻重复周期振幅变化的部分，这样就可以消除静止目标的回波扩展阅读：GPS原理知识点总结名词解释1地球参心标系：质心与椭球体中心不重合，选一参考椭球面为基准参考面，选一参考点为起算点，利用大地原点的观测资料，确定参考椭球在地球内部的位置和方位，这种原点位于地球质心附近的坐标系为地球参心坐标系。ii2整周跳变：任意一个时刻一个完整的载波相位测量可以表示为：N0In()F()当卫星信号中断时，将丢失其中的一部分整周数称为整周跳变，简称周跳。3导航电文：是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气
12、折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。4静态相对定位：用两台接接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位。5区域差分GPS：在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，并包含一个或数个监控站，则位于该区域中的用户根据多个基站所提供的改正信息经平差计算后求得用户站定位改正数，这种差分GPS定位系统称为具有多个基准站的区域差分GPS系统。6接收通道：GPS卫星发射的信号经由天线进入接收机的路径。7星历误差：即卫星轨道误差，指卫星星历所提供的卫星空间位置与实际位置的偏差。8：独立基
13、线：对干N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N一1。独立基线之间没有相关性。9：整周未知数：在载波相位测量中，相位观测值应为：(M)(S)N0F()由于载波是一单纯的正弦波，没有任何辨识标记，所以无法识别测量的是第几周的相位，即N0无法测定，称No为整周未知数。10：WGS84坐标：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴
14、和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系11多路径效应：是指接收机天线除能直接接收卫星的信号之外，还可能接收到天线周围物体或地面反射的卫星信号。两种信号的叠加将引起天线相位中心位置的迁移，从而产生误差。12.春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的交点称为春分点13.PDOP:三维位置精度因子PDOP(positionDOP)取PDOP=则相应的三维位置中误差为=0.PDOP14CORS站：15.异步环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。简答题：1.GPS系统的构成及他们各自的作用GPS系统包括三大
15、部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控0系统；用户设备部分GPS信号接收机。（1）地面监控部分（Controlsegment）每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。（2）空间部分（Spacesegment）GPS卫星GPS的卫星星座原计划为24颗，中间缩减为18颗，最后又恢复为24颗。这24颗卫星分布在6个轨道上，每个轨道均匀分布4颗卫星。当截至高度角取15时，该星座能保证位于地球任何一点的用户在任一时刻能
16、同时观测4-8颗卫星。GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发出的导航电文，实时的计算出测站的三维坐标位置，甚至三维速度和时间。2.描述卫星无摄运动的参数及其几何意义？，as，es，fs，as为轨道的长半径，es为轨道椭圆偏心率，这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体
17、之间的相对定向。s为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。fs为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。3.伪距测量的基本原理？码相关法伪距测量是通过调整自相关函数R(t)的值来测定测距信号由卫星到达测站的传播时间实现的。自相关函数的严格表达式是：1TR(t)U(tt)U(t)dt0Tt测距码信号传播时间，为接收机复制码延迟，U（t-t）为测距码信号，U（t-）为接收机复制信号，T为测距码信号周期。1(t)R(t)1T1T(ttu)R(t)1(ttu)GPS定位中，影响观测量
18、精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差：卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应与信号传播有关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径效应与接收设备有关的误差：观测误差、接收机钟的钟误差、天线相位中心误差、接收机的测量噪声。当卫星发射的测距信号经过t秒传播时间到达接收机时，接收机立刻产生一个结构完全相同的复制码序列，并在延时器的控制下，不断调整，直到R（t）=1为止，这时，=t，乘以光速c，即可获得卫星至测站的距离。但是由于t中包含有卫星钟和接收机钟不同步的误差，因此称为伪距，以表示。4.GPS误差来源及分类GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差：卫星星历误差
19、、卫星钟的钟误差、相对论效应与信号传播有关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径效应与接收设备有关的误差：观测误差、接收机钟的钟误差、天线相位中心误差、接收机的测量噪声。5.GPS控制网类型和特点1：星形网几何图形简单，只需两台GPS接收机，是一种快速定位作业方式，但是，由于基线间不构成任何同步闭合图形因此抗粗差的能力差，一般适用于精度较低的工程测量。2：点连式相邻同步图形之间只有一个公共点连接。这种布网方式几何强度较弱，抗粗差能力较差，一般可以加测几个时段以增强网的异步图形闭合条件的个数。3：边连式相邻同步图形由一条公共基线连接。这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有较多的复测边和非同
20、步图形闭合条件，在相同的仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大大增加。4：混连式该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，有减少了外业工作量，是一种较为理想的布网方法。6.GPS网设计原则1：在GPS网中不应存在自由基线。2：GPS网的闭合环的基线个数不应过多。3：GPS网至少应与地面网有35个分布均匀的重合点，同时也应有相当数量的地面水准点与GPS网重合。4：GPS点应选在交通便利。视野开阔的地方，同时应考虑点与点之间的通视问题，以便使用经典方法扩展。7.GPS控制点选点的基本要求（1）点位应选易于安置接收设备、视野开阔的位置。视场周围15度以
21、上不应有障碍物，以避兔GPS信号被吸收或遮挡。（2）点位应远离大功率无线电发射源如电视台、微波站等）其距离不小于200m远离高压输电线，其距离不得小于50m，以避免电磁场对GPP信号的干扰。（3）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体以减弱多路径效应的影响。（4）点位应选交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方。（5）点位应选在地面基础稳定易于点保存的地点。（6）选点入员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选定点位。（7）网形应有利于同步观测及边、点联结。（8）当所选点位需要进行水准联测时选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议（9）当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性，以及
22、觇标是否安全可用做一检查，符合要求方可利用。8.GPS三种高程的定义及其关系大地高：一点沿椭球法线到椭球面的距离，常用H表示。正高：地面点沿该点的重力线到大地水准面的距离，用Hg表示。正常高：地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离，常用Hr表示。三者之间的关系：H=Hg+N或Hg=H-NH=Hr+或Hr=H-Hr-Hg=（gm-rm）rmHg9.GPS网平差类型与其目的通常采用三维无约束平差、三维约束平差及三维联合平差三种平差模型。三维无约束平差的主耍目的1）是考察GPS基线向量网本身的内符合精度以及考察基线向量之间有无明显的系统误差和粗差，其平差应不引入外部基准。2）调整个基线观测值的权，使
23、它们相互匹配。三维约束平差，就是以国家大地坐标系或地方坐标系的某些点的固定坐标、固定边长及固定方位为网的基准，将其作为平差中的约束条件，并在平差计算中考虑GPS网与地面网之间的转换参数。约束平差和联合平差都是为了确定点在指定参照系下的坐标。10.GPS控制作业的主要步骤一、明确任务二、测区踏勘及收集资料三、技术设计四、器材准备及人员组织五、选点及埋标六、外业观测计划的拟定七、外业观测八、数据与处理九、观测成果的外业检核十、技术总结11.多路径误差的减弱措施多路径误差：接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号叠加，将引起测量参考点位置变化，
24、使观测量产生误差。减弱措施：安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。适当延长观测时间，削弱周期性影响。改善接收机的电路设计。12.RTK测量的基本思想RTK（Real-timekinematic）实时（载波相位）差分定位是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它的出现极大地提高了野外作业效率。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实施的发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电接收设备接收基准
25、站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户占的三维坐标及其精度。13.GPS观测过程中应禁止哪些操作？关闭又重新启动接收机；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。14.GPS技术设计书的主要内容1）任务来源及工作量，包括GPS项目的来源、下达任务的项目、用途及意义；GPS测量（包括新定点数、约束点数、水准点数、检查点数）；GPS点的精度指标及高程系统。2）测区概况主要包括测区隶属的行政管辖；测区范围的地理坐标、控制面积；测区交通状况和人文地理；测区的地形及气候状况；测区控制点的分布及对控制点的分析、利用和评价3）布网方案GPS网店的图形结构及基本连接方法；GPS网结构特征的测算；点位图的绘制4）选点与埋标GPS点为基本要求；点为标志的选用及埋设方法；点位的编号5）观测对观测工作的基本要求；观测计划的制定；对数据采集提出应注意的问题。6）数据处理数据处理的基本方法及使用的软件，起算点坐标的来源；闭合差检验及点位精度的评定指标7）完成任务的措施要求措施具体，方法可靠，能在实际工作中贯彻执行。第 14 页 共 14 页