雷达系统 - 性能因素
影响雷达性能的因素被称为雷达性能因素。在本章中，让我们讨论这些因素。我们知道以下雷达距离方程的**标准形式**，它可用于计算给定规格的雷达最大距离。
$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$
其中，
$P_t$ 是雷达发射的峰值功率
$G$ 是发射天线的增益
$\sigma$ 是目标的雷达截面积
$A_e$ 是接收天线的有效孔径
$S_{min}$ 是最小可检测信号的功率
从上述方程，我们可以得出结论，为了获得雷达的最大距离，应考虑以下**条件**。
- 雷达发射的峰值功率 $P_t$ 应较高。
- 发射天线的增益 $G$ 应较高。
- 目标的雷达截面积 $\sigma$ 应较高。
- 接收天线的有效孔径 $A_e$ 应较高。
- 最小可检测信号的功率 $S_{min}$ 应较低。
很难根据雷达距离方程的标准形式预测目标的距离。这意味着，雷达距离方程提供的关于目标距离的准确度较低。因为，诸如目标的雷达截面积 $\sigma$ 和最小可检测信号 $S_{min}$ 等参数**本质上是统计的**。
最小可检测信号
如果回波信号具有最小功率，雷达检测该信号被称为**最小可检测信号**。这意味着，如果该信号的功率小于最小功率，则雷达无法检测到该回波信号。
通常，雷达除了接收噪声外，还会接收回波信号。如果使用阈值来检测从接收信号中目标的存在，则这种检测称为**阈值检测**。
我们必须根据要检测的信号强度选择合适的阈值。
当要检测的信号强度较高时，应选择较高的阈值，以便消除其中存在的不需要的噪声信号。
类似地，当要检测的信号强度较低时，应选择较低的阈值。
以下**图**说明了这个概念 -
上图显示了雷达接收机的**典型波形**。x 轴和 y 轴分别表示时间和电压。噪声的均方根值和阈值在上图中用虚线表示。
我们在上图中考虑了三个点 A、B 和 C，以识别有效检测和漏检。
点 A 处的信号值大于阈值。因此，它是一个**有效检测**。
点 B 处的信号值等于阈值。因此，它是一个**有效检测**。
即使点 C 处的信号值更接近阈值，它也是一个**漏检**。因为，点 C 处的信号值小于阈值。
因此，点 A 和 B 是有效检测。而点 C 是漏检。
接收机噪声
如果接收机在接收到的信号中产生噪声分量，则这种噪声称为接收机噪声。**接收机噪声**是一个不需要的分量；我们应该通过一些预防措施来消除它。
但是，存在一种称为热噪声的噪声。它是由传导电子的热运动引起的。在数学上，我们可以写出接收机产生的**热噪声功率** $N_i$ 为 -
$$N_i=KT_oB_n$$
其中，
$K$ 是玻尔兹曼常数，等于 $1.38\times 10^{-23}J/deg$
$T_o$ 是绝对温度，等于 $290^0K$
$B_n$ 是接收机带宽
品质因数
**品质因数** F 不过是输入信噪比 $(SNR)_i$ 和输出信噪比 $(SNR)_o$ 的比率。在数学上，它可以表示为 -
$$F=\frac{(SNR)_i}{(SNR)_o}$$
$$\Rightarrow F=\frac{S_i/N_i}{S_o/N_o}$$
$$\Rightarrow F=\frac{N_oS_i}{N_iS_o}$$
$$\Rightarrow S_i=\frac{FN_iS_o}{N_o}$$
将 $N_i=KT_oB_n$ 代入上式。
$$\Rightarrow S_i=FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )$$
当输出信噪比具有最小值时，输入信号功率将具有最小值。
$$\Rightarrow S_{min}=FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )_{min}$$
将上述 $S_{min}$ 代入以下雷达距离方程的标准形式。
$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$
$$\Rightarrow R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )_{min}}\right ]^{1/4}$$
从上述方程，我们可以得出结论，为了获得雷达的最大距离，应考虑以下**条件**。
- 雷达发射的峰值功率 $P_t$ 应较高。
- 发射天线的增益 $G$ 应较高。
- 目标的雷达截面积 $\sigma$ 应较高。
- 接收天线的有效孔径 $A_e$ 应较高。
- 品质因数 F 应较低。
- 接收机带宽 $B_n$ 应较低。