双十科技关于电子探测系统的任务
    电子探测系统是重要的战场传感器，其中雷达和声呐在电子探测系统中占据
了重要地位。雷达是英文“radar”的音译，是英文Radio Detection and Ranging的
缩写，原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法检测目标并测定它们在空间的
位置。因此r雷达也称为“无线电定位·。声呐是英文“sonar"的音译，是英文Sound
Navigation Ranging的缩写，原意是“声导航和定位”。
    雷达和声呐主要任务包括:目标的探测，目标的距离、方位和仰角测量，目
标的速度测量，目标成像和目标识别。
    雷达有主动和被动之分。主动雷达大部分都自己发射电磁波，它是利用目标
的回波对目标进行探测和定位。主动雷达还可以采用应答方式工作，称为二次雷
达，它要求目标为合作目标，如航管雷达。二次雷达信噪比高，距离、角度测量
估计精度高，且目标应答时，可为雷达提供自身的番号等信息，可用于目标的类
型判别和敌我目标识别。被动雷达利用目标自身辐射、广播电视或背景辐射电磁
波对目标进行定位，被动雷达如俄罗斯“恺甲”、美国的寂静哨兵和电磁辐射计等。
被动雷达具有隐蔽性好的优点，可以有效地对付反辐射导弹。
    被动声呐利用目标的声辐射(机械噪声和螺旋桨空化噪声)来发现目标并测
定其参数，主动声呐发射声波并接收目标的回波来发现目标并测定其参数。主动
声呐和被动声呐在应用中平分秋色。被动声呐一般用于潜艇声呐和固定式水下声
呐站，主动声呐多用于水面舰艇声呐和海洋仪器。应答方式工作的声呐主要用于
定位，也用于敌我识别。
    雷达的工作原理是利用太空或大气中电磁波的传播与反射，它的工作环境只
能是太空或大气。因为海水是电的良好导体，它使电磁能很快地以热的方式耗散
掉。因此，在海水中，相同波长的电磁波比声波的衰减快得多。声呐的工作原理
是利用声波的传播与反射，它的工作环境只能在水中和空气中，不能工作在太
空，因为声波是机械波，它必须借助介质传播。
目标的探测
    目标的探测是信号检测问题，即判断目标的有无。通常它也是目标参数测量
的前提。我们把雷达或声呐接收到的目标回波或辐射波称为信号。信号的幅度与
目标特性、传播损失、主动探测设备的发射功率、天线或基阵孔径(尺寸)有
关。
    信号检测的背景是复杂的，如雷达中的热噪声、电磁干扰和雷达杂波;声呐
中的海洋背景噪声、流噪声和平台自噪声，以及主动声呐中的混响等。
    雷达的杂波来自地面、云雨或海表面的不希望的电磁散射。主动声呐混响来
自水体、海底和海面的不希望的声散射。它们不同于噪声和干扰，其强度随发射
功率增大而增大。因此，雷达杂波和主动声呐混响具有相似的属性。
    信号检测的性能取决于信噪比。雷达检测性能取决于信噪比、信杂比和信干
比，检测背景分别对应于热噪声、杂波和电子干扰。声呐检测性能取决于信噪
比、信混比和信干比，检测背景分别对应于噪声背景、混响背景和水声对抗器材
的干扰。
.2目标参数测量
1.雷达和声呐可测量的参数
    目标参数的测量是参数估计问题。雷达和声呐的测量参数基本相同。以雷达
参数测量为例进行说明，图1.1所示为采用极坐标表示目标在空间的位置。
    ①目标的斜距:雷达到目标的直线距离OP。在雷达、声呐中斜距简称距离。
    ②方位角a:目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或
其他参考方向)在水平面上的夹角。声呐方位一般用左右舷来区分。
    ③仰角9:目标斜距尺与它在水平面上的投影在铅垂面上的夹角，也称为倾角
或高低角。
    雷达参数测量可以是二维的，也可以是三维的;分别称为二坐标雷达和三坐
标雷达。二坐标雷达测量的参数有目标的距离和方位;三坐标雷达测量的参数有
目标的距离、方位和俯仰角。
    声呐参数测量可以是一维、二维乃至三维。被动声呐一般仅能测量目标的方
位，即一维测量;被动测距声呐利用三点式被动测距，可测量出目标的距离和方
位参数，即二维测量。主动声呐可以测量目标的距离和方位。匹配场声呐可以给
出目标在圆柱坐标中的参数，即目标的方位、水平距离和深度，即三维测量。由
于声线在水中传播是弯曲的，给出俯仰角是没有意义的。
    此外，雷达和声呐还可以测量目标的速度。雷达还可以测量目标的极化特
性。
2.基本测量原理
(1)距离测量
    距离测量的物理基础是波在均匀介质的自由空间中匀速直线传播。在距离测
量中，绝大部分采用脉冲测距。以雷达为例说明如下。雷达工作时，发射机经天
线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标
存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达
与目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间t,，如图1.2所示。而电磁波是以光速c
传播的，设目标相对雷达的距离为尺，由于电磁波传播的距离是双程的，因此有:
    电磁波在真空中传播的速度约为3x 108m/s，声波在海水中传播的速度约为
1500m/s,
    测距还可以采用应答测距方式。应答测距信噪比高，精度高，还可以给出目
标的属性，便于敌我目标识别。应答测距方位广泛用于航管雷达、水声定位中长
基线、短基线和超短基线定位声呐，此外通信声呐也可进行应答测距。
    测距思想还用于相对时差的测定，利用相对时差也可以对目标进行定位。相
对时差定位有统一时钟和波形互相关的两种方式。例如，GPS就是基于统一时钟
的时差来定位的。
    潜艇声呐出于隐蔽考虑，可采用三点式被动测距。被动测距也是利用相对时
差进行的，在测量相对时差时，通常采用基于互相关时延测距或基于相位差测
足巨。
    对于脉冲工作的雷达和声呐，其测距精度与信号带宽成反比，与信噪比的开
方成反比。
(2)角度测量
    角度测量的物理基础是天线或基阵的指向性及其在均匀介质的自由空间中波
按直线传播。阵的指向性是指电磁波或机械波能量在空间的具有聚集的特性，像
探照灯的光束具有聚集的特性一样，如图1.3所示。阵的指向性可以用波束的宽度
描述。波束宽度e与工作波长A及天线的尺寸D的关系如下:
    但天线或基阵仅有指向性还不够，为了定向，波束的方向必须能改变以扩大
搜索范围。改变波束方向的方式分为机械扫描和电子扫描。
    雷达波束通常是采用机械扫描，旋转的雷达天线我们经常见到。还有一种改
变波束的方式是利用载体的直线运动，如侧扫声呐、合成孔径雷达、全向声呐
等。机械扫描的波束在空间上出现有先有后，这种波束称为顺序波瓣。
    电子扫描方式的工作基础是天线阵列或声阵列，它有发射波束扫描和接收波
束扫描两部分。发射波束扫描通常称为相控发射，它通过改变阵元的发射信号的
相位来改变波束的方向。但随着信号带宽的增加，需要采用延时的方法来改变波
束方向。接收扫描是采用波束形成技术在空间同时形成多个波束，它可分为窄带
波束形成和宽带波束形成两大类，分别采用移相和延时形成波束。
    角度测量中也可能是发射宽波束接收窄波束。这类方位测量的方法在声呐中
很常见，也见于地波和天波雷达.它们采用信号处理方式同时形成指向不同的多
个波束。因此，地波、天波雷达天线、部分相控阵雷达天线和声呐的基阵通常不
需要旋转，能同时给出多个方位波束，称为同时波瓣。
    雷达和声呐角度测量的精度与波束宽度成正比，与信噪比的开方成反比。所
以，波束越窄，信噪比越高，角度测量精度越高。
    对雷达和声呐来说，距离、方位角是最重要的测量参数，其次是目标的俯仰
角(对于雷达)和深度(对于声呐)。
(3)径向速度测量
    电子探测系统径向速度测量的物理基础是物理学中的多普勒效应。当目标与
雷达有径向运动时，回波信号相对于发射信号的频率会有一个偏差，这个频率的
偏差就是多普勒频率。当我们站在站台上，一列火车从我们面前经过，我们可以
感受到火车汽笛声音频率的改变。利用信号的频移可以检测运动目标和估计目标
的速度。但是雷达和声呐测速的方法是不同的，雷达一般利用脉间测频，声呐一
般利用脉内测频。雷达对高速运动的天体(如卫星、洲际导弹)也可以采用脉内
测颇。
    利用空间分布的两个电子探测设备(站)同时测量目标的径向速度，可以得
出目标的速度矢量。例如，在海流测量中，通常利用两台地波雷达测量海流矢
量。
    雷达和声呐测频精度与测量时间的宽度成反比，与信噪比的开方成反比。需
要说明的是，对于雷达的脉间测频，其时间宽度是多个脉冲持续的时间，而非单
个脉冲的宽度。
(4)切向速度测量
    如果目标距离相对传感器没有改变，即径向速度等于零，那么回波是没有多
普勒频偏的，利用多普勒效应无法测量目标的切向速度。切向速度测量基于空域
多普勒频率，这包括真实孔径和合成孔径方法。真实孔径利用沿切向布置的阵列
天线工作，其基本原理是波形不变原理。声相关流速剖面仪(ACCP)就是采用这
一原理工作的。合成孔径方法采用单传感器，利用回波多普勒斜率来估计目标切
向速度。
(5)极化测量
    测量目标、介质和干扰背景的极化散射矩阵，在一定程度上可获得雷达目标
的构成及属性的信息。极化信息可以用于目标检测、分辨和识别。