雷达信号分析系统

第一篇：雷达信号分析系统

相控阵雷达信号处理的基础

摘要

本文节给出了一个关于相控阵雷达原理和术语的简短的调查研究。波束形成、雷达探测与参数估计已经描述过了。子阵的概念，单脉冲与任意子阵的估计开发。作为一个自适应波束形成，这是在其他几个部分处理的准备，关于模型塑造的确定性加权的主题将会进行详细的介绍。

1.0 引言

当今阵列在许多应用程序、视图和术语中的运用是完全不同的。我们在这里介绍几个相控阵雷达天线和相关信号处理的具体特点。首先，雷达原理和术语的解释。大量阵列单元的波束形成是典型雷达天线的特点和问题，在其他应用程序众所周知。因此，我们讨论了阵列填满、大光圈和带宽的特殊问题。为了降低成本和空间，天线的输出通常归结于子阵。数字化处理只能靠子阵输出解决。等部分模拟和数字波束形成的问题，特别是光栅的问题进行了讨论。本主题将重新考虑自适应波束形成，空时自适应处理(STAP)，和SAR。

雷达探测范围和方向估计由统计假设检验和参数估计理论进行计算。这一理论的主要应用将在下一章的自适应波束形成中进行讨论。在这个章中，我们提出了单脉冲估计的应用，并且在下一章中扩展到自适应阵列或STAP的单脉冲估计。

由于波束形成在相控阵中起着核心作用，也为各种自适应波束形成做了准备，并且为确定性天线波束形成和和相关通道精度要求做了详细介绍。

2.0雷达和阵列的基础

2.1基本概念

雷达原理在图1中进行了描述。一个长度为τ的脉冲被传输，被反射在目标上和在t0时刻雷达再次收到该脉冲。这个信号的传输时间经计算为

R0ct0/2。这个过程中脉冲重复间隔为(PRI)T。因此，最大的明确范围为

RmaxcT/2。

比之/T称为占空比。

1PSignalPnoisePmGt.0.Gr2.244RkT0FB.L1接收到的信号与噪声功率比(SNR)由雷达方程描述。

SNR4R22.

 波长 (cm)kT0 =4*10-21 Ws (W/Hz)F 噪声系数 (dim-less)B 带宽 (Hz)L 损耗 (dim-less)

这是的1/R规则要求雷达设计师必须尽可能增加传送或接收的能量。 快速实时处理：过滤接收到的脉冲使得信号能量能够最大限度地提取(匹配滤波，脉冲压缩)。这是实现卷积接收到的数据样本yk4zk发射波的形式sk，k1..L,szr1Lkr。脉冲压缩后距离分辨率为Rc/2，其中τ是脉冲压缩后的有效脉冲长度。通过压缩后较短的长度对长发射脉冲进行适当的编码，因此可以实现很高的分辨率。这需要一个更大的带宽。脉冲之前的么长度和压缩后的长度之比称为压缩比K，与时间带宽积类似，

K=before/afterBbefore。模拟波形，如用于脉冲压缩的线性频率调制(调频)，或通过某种子脉冲切换的离散码，例如：二进制代码或多相码。脉冲压缩后的雷达旁瓣对于避免假目标非常重要。此外，压缩脉冲必须适应多普勒频移，多普勒频移是一个典型的目标重复移动的频率。

慢时处理：接收信号能量可以增加整合电源脉冲。由于多普勒效应，具有一定径向速度R的目标回波经历了一个fD2R/的频移。从脉冲间隔时间T，我们可以观察到一次相移

D2fDT。如果这次变换得到补偿就能收集到最大

yej2fDkTykk1K能量。正确的相位补偿的总和被称为连贯整合，向速度和因此导致的多普勒频为相干处理间隔，CPI。

fD。当然，径

是未知的，必须进行估计。积分时间KT被称此外，也可以只对幅度进行相加，叫做非相干积分，

yy2k1K2k。在一

个雷达的固定观察方向(例如若干CPI)上的所有处理时间称为延时。

2.2相控阵原理

相控阵的原理是从大量的基本球面波形如图2所示，生成一个波前平面。一些阵列天线的技术实现也显示在图中。球面波通过基本天线单元的全方位特征来近似实现。在基本天线上应用适合的激励和接收的所有信号的总和被称为波束形成。

为什么人们对相控阵天线如此感兴趣?它的主要优点是几乎是无限快速地转换阵列的观察方向。这使得我们可以根据一些最优准则，而不是根据一个连续的

41R机械运动来阐明搜索空间。回顾准则，这迫使我们集中传输能量。优化目标接收的能量的各个方面都可以用关键词——能量管理来表示，这是相控阵的本质上的优势。特定的能源管理组成部分是

 相干积分几乎可以达到任意长。这可以做到更好的杂波抑制(多普勒分辨力)，通过提取光谱的特征来进行目标分类，并最终进行SAR和ISAR处理。

 时分复用的不同雷达的任务，如搜索和跟踪多个目标的性能。这允许使用单相位阵列雷达作为多功能雷达。

 个别的雷达任务的优化：优化搜索，采集和跟踪波形，需要时的高精度测量，变量的光束形状，跟踪优化算法(雷达通过跟踪算法和一个先验信息来进行控制)。

 较低的主要能量消耗(仅适用于主动阵列，节省约2倍)

 高故障间的平均时间间隔(MTBF)由于优美的退化(只对于主动阵列)  如果在天线孔径的空间样本可供选择：自适应波束形成(ABF)的时空自适应处理(STAP)，超高分辨率

2.3 波束形成

相控阵的关键技术问题之一是波束形成的操作。为了连贯地总结所有信号，在位置rx,y,zT的天线单元的接收信号的时间延迟必须进行补偿。我们通过如图3所示的天线坐标系统U中的单位方向向量(有时也被称为“方向余弦”)，来表示入射波平面的入射角。绿色的平面可能代表一个平面天线的口径。公式对于三维阵列也有效。位置r的元素和原点之间的路径长度是

对于如图3左边子图所示的线性天线，它等于xsin。 在元素r处的信号可写为

其中，f是发射频率，c是光速。相应地，我们在方向U0上用N个天线单元形成一个波束，通过补偿这些延迟

上标H表示共轭转置。我们称有等距单元的线性天线在众所周知的函数。

au0为控制向量。对于一个特殊的情况下的

xd/2xkkd/2(此单元被k分开)，此结果导致了

第二篇：微机监测系统在信号设备故障诊断中的分析

※※※※※※※※※ ※2009级

铁道信号

※※※※※

※ ※ ※ ※※ ※※※※

微机监测系统在信号设备故障诊断中

的分析

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

电气工程系

2012年12月21日

摘 要

信号微机监测系统是铁路重要的行车安全辅助设备，是铁路装备现代化的重要组成部分。为及时准确地诊断信号设备故障，本文探索了运用微机监测诊断信号设备故障的一些方法，即根据信号设备运用中的实时参数、动作曲线、日报表等有关信息，观察参数和波形图的变化趋势，比较正常值与非正常值的关系，以正确判断运用中的信号设备是否发生故障，从而达到控制故障发生，确保行车安全的目的。

关键词: 微机监测 信号设备 故障诊断 动作曲线

Abstract

Railway computer monitoring system is important safety equipment for railway an important part of the modernization of railway equipment. To timely and accurate diagnosis signal equipment failure, this paper explores the using microcomputer monitoring diagnosis signal equipment failure of some of the method, according to the real-time signal equipment using parameters, action curve, and other relevant information daily reports, observing parameters and the change tendency of the wave figures, more normal and abnormal value in relation to a correct judgment of whether using signal equipment failure, so as to achieve control of faults, ensure safety purposes.

Key words: Micro-computer monitoring Signal equipment Fault diagnosis Action curve

摘 要.............................................................. 2 Abstract............................................................ 3 引 言.............................................................. 5

一、 微机监测系统简介.............................................. 6

(一)、 系统原理 ............................................... 6

(二)、 系统结构 ............................................... 6

二、 微机监测下的信号设备常见故障.................................. 8

(一)、 分类 ................................................... 8

(二)、 信号设备故障原因 ....................................... 8

三、 利用微机监测系统进行故障分析的方法............................ 9

(一)、 微机监测数据分析的原则 ................................. 9

(二)、 微机监测数据分析内容与要求 ............................. 9 总 结............................................................. 10 参考文献........................................................... 11

引 言

随着我国铁路建设的跨跃式发展，铁路设备的管理与维护正逐步由人工或半人工化管理模式向智能化管理模式过渡，这就要求铁路管理部门必须要有一套非常完备的监测系统能够全面、深入的在信号设备、线路使用状况、车辆运行状况以及行车环境这些方面进行连续跟踪、及时记录、有效分析，目的是及时发现问题并能迅速解决问题，保证列车行驶安全。在此情况下，微机监测系统应用而生，该系统在网络通信的基础上将传感器、现场总线、数据库、软件工程等技术与现场设备运行状态融为一体。 信号微机监测系统作为铁路行车安全监测设备，是信号技术向高安全、高可靠和网络化、数字化、智能化方向发展的标志之一。也是提高信号设备维护质量的重要技术手段，它能实时、动态、准确、量化地对信号设备进行在线监测，反映信号设备的运用质量、结合部分设备状态，并对状态信息进行储存、重放、查询、报警，对于防止违章作业，分析判断故障，尤其对分析发现潜在性故障、瞬间故障和间歇性故障提供重要的手段和依据，对确保运输安全发挥着重要的作用。

另一方面，微机监测设备作为电务故障诊断专家，其地位和作用越来越重要，同时为数据分析，掌握监测数据与设备状态之间的内在联系，及时发现信号设备故障隐患，预防故障发生提供了可能。信号故障与故障延时是反映信号设备安全运用的重要指标，如能有效地控制并减少设备故障的总量，故障延时总量就会随之减少。因此，及时准确地诊断并积极处理信号故障就显得十分必要。运用微机监测手段可以了解故障发生的原因、性质，并利于指导故障的处理。

一、 微机监测系统简介

(一)、 系统原理

微机监测系统由上层监测设备(铁道部、铁路局)和基层监测设备(电务段、车间、车站)两部分组成，用以监测本单位管辖内各车站信号设备运行状态的网络系统。

微机监测系统应用计算机和信息采集机实时监测各种信号设备，监测对象主要是模拟量监测和开关量监测。模拟量包括:轨道电路电压、道岔动作电流、电源屏电压、电缆绝缘电阻和电源对地漏泄电流等。开关量包括:控制台按钮和表示灯状态、关键继电器状态、灯丝状态、熔断状态和道岔表示缺口状态等。

以TJWX一2000型信号微机监测系统为例来说明其原理。TJWX一2000型微机监测系统采用现场总线 (CAN)技术、传感技术、计算机网络技术、数据库及软件工程技术，能实时动态、准确量化地反映信号设备的运用质量、结合部份设备状态，并具有状态信息储存、重放、查询和数据逻辑判断功能。当电气特性超标或违章作业进行局部节点封连时，均可以按照等级及时报警。同时，由于对设备的运用状态能做到“心中有数”，“超标报警”，超前防范，防患未然，能使设备运用质量始终处于受控状态，科学地指导现场合理维修，避免“过剩修”或“漏检漏修”，保证列车行驶安全。

(二)、 系统结构

TJWX一2000型信号微机监测系统由车站系统、车间机、电务段管理系统、上层网络终端，以及广域网数据传输系统五部分组成。

车站系统是微机监测系统的最基本单元，主要负责数据的采集、分类和处理，实现信号设备的实时监测和人机对话。它包括站机、采集机、机柜、隔离转换单元等。站机作为一个车站的集中管理设备，集中处理各采集机采集的实时信息，并将信息进行显示和存储。同时，站机为操作人员提供人机接口，根据对信号设备监测的结果，实现车站作业状态及设备运用状态的实时显示和各种数据的查询功能。

车间机用于管理和查看所管辖车站的数据。车间机具有终端的所有功能，以终端方式连至监测系统，以人机对话方式查看管内站机的所有数据，并能显示网络通信结构拓扑图和通信状态。

电务段管理系统是电务段管内各站的微机监测数据和网络通信的管理中心，是微机监测网络系统的中枢部分。它包括一台服务器和若干台终端、打印机等外部设备以及一些通信设备。

上层网络终端具有终端所有的功能。它以数据终端方式在电务段服务器上登陆，连至电务段监测网。上层终端可以通过专线或拨号随时联网。

广域网数据传输系统把车站系统、电务段系统及上层网络终端连接起来。广域网数据传输系统完成IP数据包在各计算机间的传输，它包括路由器、调制解调器集线器等。路由器完成lP数据包的寻径和转发。调制解调器实现实现模拟信号和数字信号的相互转换，使传输信号与通信线路相匹配。集线器用在电务段局域网中连接各计算机。

二、 微机监测下的信号设备常见故障

(一)、 分类

铁路信号设备的故障总体上可分为电路故障和机械故障。电路故障分类按照设备的功能和故障的性质及现象进行分类，常见故障有:进路系统故障、信号复示器故障、解锁故障和信号点灯故障及其它故障如闭塞设备和供电设备故障等;机械故障有道岔故障、转辙机故障等。

(二)、 信号设备故障原因

(1)材料不良，包括元器件变质、制造工艺缺陷。

(2)维修不良，主要是由于工作人员责任心不强、业务素质差等造成。 (3)违章作业，主要是从事信号维修工作时不遵守章程。

(4)外界原因，自然界的影响、车及施工的影响、其他因素影响(如因线路长时间没有列车或调车车列通过，造成轨面生锈，使轨道电路分路不良)

三、 利用微机监测系统进行故障分析的方法

(一)、 微机监测数据分析的原则

掌握技术标准。作为维护人员应了解信号设备正常工作的电气参数，在查看微机监测采集的各项数据时，应掌握管内信号设备的类型及技术标准，电气特性要求，以便及时发现电气特性不达标的设备。

把握数据变化。除查看各项数据是否符合技术标准之外，还要观察数据的波动情况，电压(或电流)的波动幅度有多大、曲线的波动是平滑还是陡变、波动情况出现的频率及当时站场的状态等，依此判断设备是正常波动还是出现了问题。

(二)、 微机监测数据分析内容与要求

重要设备状态。计算机联锁、列控中心、CTC、智能电源屏等电子设备。要求查看设备状态，若出现异常，及时对设备实际使用情况进行检查。

电源屏输入 、 输出电源。查看外电网电源、电源屏各路输入 、输出电压是否在规定范围内，24时内电压及电流曲线有无异常波动。

站内轨道电路接收电压。查看轨道继电器电压是否符合调整表要求和该区段接收电压波动情况。

区间轨道电路发送、接收电压。对 UM71区间轨道电路的轨道输入电压或 ZPW-2000A 轨道电路的主轨出电压和小轨出电压曲线进行查看，以及查看两次分析时间间隔内的发送与接收电压日曲线。

道岔动作曲线。每日查看每组道岔的所有曲线，一次动作曲线正常不能代表本组的所有曲线都正常。将每组道岔集中检修完毕后，将正常扳动良好的道岔动作曲线设定为参考曲线， 分析时将道岔定、反位曲线和设定参考曲线进行比较，查看动作电流的大小和动作时间的长短有无明显变化。

电缆全程绝缘。值班人员每日在微机监测上对电缆全程进行一次全测，对全程小于 1 MΩ 的电缆进行记录，并报告工长组织处理。信号机点灯电流。查看 24 小时内日曲线，其数值符合标准，曲线无异常波动。

总 结

信号微机监测是电务安全的“黑匣子”，是信号维修技术的重要突破，是信 号维修体制改革的重要技术支撑，系统能实时动态、准确量化地反映信号设备的运用质量、结合部设备状态，并具有状态信息储存、重放、查询和数据逻辑判断功能，当电气特性超标或违章作业进行局部节点封连时均可以按照等级及时报警。这对于防止违章作业，分析判断故障，特别是对瞬间发生或时好时坏的“疑难杂症”故障，或结合部难以界定的复杂故障的分析处理提供了重要到的手段和依据。微机监测系统对信号设备的故障诊断提供了一个很有用的技术手段，利用该系统观察每日各信号设备的电压或电流等曲线可以直观的发现是否存在问题，并找出故障的可能原因。实时监测信号设备的状态，提供了铁路行车的安全性。

参 考 文 献

[1]《现代铁路远程控制系统》刘晓娟 郑云水 编著 西南交通大学出版社出版 [2]《基于数据挖掘的微机监测系统故障诊断研究》 张炜 硕士学位论文 [3]《运用微机监测诊断信号设备故障》 张世林 期刊 [4]《利用微机监测处理设备隐患二例》 高义生 期刊

第三篇：相控阵雷达系统

揭秘预警机的相控阵雷达系统

现代预警机除了装备有先进的机载远程监视雷达，通常还装有电子侦察、敌我识别，以及通信、导航、指挥控制和电子/通信对抗等多种电子设备。它不但能及早发现和监视从各个空域入侵的空中和海面目标，还能对己方战斗机和其它武器设备进行引导和控制;不但是空中雷达站，更是空中指挥所，在多次现代战争中发挥着无以替代的作用，证明了自身重大价值，成为各国重点开发研制的尖端武器装备。目前，美国、以色列、俄罗斯、瑞典和英国等国装备了自行研制的预警机，日本、法国、印度、沙特、希腊、澳大利亚和巴基斯坦则不惜重金从他国购买预警机，现役预警机总数已逾300架，型号逾20种……从而也成为广大军事爱好者关注的焦点之一。

在我们生活的大自然中，有很多生物，它们的眼睛并不相同。例如，昆虫的眼睛和人类的眼睛就不一样。昆虫的每只眼睛内部几乎都是由成千上万只六边形的小眼睛紧密排列组合而成，每只小眼睛又都自成体系，各自具有屈光系统和感觉细胞，而且都有视力。这种奇特的小眼睛，动物学上叫做“复眼”。蜻蜓的复眼，在昆虫界要算最大最多的，占整个头部的2/3，最多可达2.8万只左右，是一般昆虫的10倍。这样它在空中捕捉小虫时，便能得心应手，百发百中，从不落空。而人们常把雷达比作战争的眼睛。实际上，就像生物的眼睛有很多类型一样，雷达作为战争的眼睛，也有很多种。今天我们要介绍的有源相位控制阵列，简称有源相控阵，就像蜻蜓的眼睛，在所有种类的雷达里面，具有最好的“视力”。那么，什么是相控阵?什么是有源?有源相控阵和蜻蜓的眼睛到底有什么相似之处?这就是我们今天的话题。

相位控制天线阵列——不靠天线旋转实现扫描

在回答什么是相控阵之前，我们需要知道雷达的天线为什么要旋转。我们看到一部雷达时首先看到的就是天线——个头又大又高的部分。雷达作为战争的眼睛，用来看目标的实际上就是天线。大部分雷达，特别是早期的雷达，天线都是需要旋转的，天线要旋转的根本原因是天线的视野不是“广角”的，为了使所有方向上的飞机都能“天网恢恢、疏而不漏”，就要让天线转起来，就像人的眼睛只能看到前方，如果想看到自己两侧和身后的东西，就必须转身一样。它的视野有多宽，主瓣宽度就有多大。也许有人会问，为什么不能把天线做成广角的?这是因为输入到天线的能量如果平均分配到全部方向上辐射，能量就会比较分散，自然就不能传得很远了，所以，雷达主瓣做得比较窄。举例来说，美国E-3预警机的雷达天线的主瓣宽度近似为1°。如果要把全部方向上的空域都扫描一遍，主瓣得先后处于360各不同的位置上。

雷达采用天线旋转的方式，虽然实现了全方向的监视，但缺点也是秃头上的虱子——明摆着的。雷达波下一次再照射到同一架飞机，必须等到天线转完一圈，这个时间叫做“扫描周期”，通常天线一分钟转6圈，也就是每10秒转1圈。在这种转速下，对同一架飞机的连续两次照射，得过10秒之后，这时敌方的飞机可能已跑到3千米以外了飞、其次，让天线旋转的机械装置要比天线不动时的复杂，而且驱动它转起来要耗费更大的能量，安全性和可靠性也不容易保证。

相控阵体制的出现使得天线不用旋转就能实现扫描。它是如何实现扫描的呢?还得从天线说起。天线有很多小的单元——从样子看，像是很多缝隙―每个小的单元都能利用电磁感应原理将雷达蕴含的能量转化成电磁波辐射到空中。雷达发射机向每一个天线单元输入变化着的电流，产生变化的电场和磁场，电场和磁场交替振荡、互相激发，组成能在空间传播的电磁波，雷达发射机所产生的能量就这样被天线带到空中了。在空中一些很小的区域蕴含大部分雷达能量的是主瓣，类似于人眼的正前方，视角最为集中;在空间大部分区域蕴含了其余很少一部分能量的就是副瓣，类似于人眼的余光区域。

主瓣和副瓣到底占多大区域.取决于每一个天线单元辐射出的电磁波在空间叠加后的结果。每一个天线单元辐射出来的能量既有幅度，又有辐角，这个辐角就是“相位控制阵列”中的“相位”。多个天线单元按一定的规律排列，就组成了天线阵列，用计算机分别控制天线单元各自的相位，这就是“相控阵”。控制在空中不同区域或方向上各个天线单元的辐射能量，形成雷达的“镜头”，使其先后照射到不同角度的空间，就像摄像机缓缓移动一样，这实际就是扫描。在实现扫描的过程中，组成天线阵列的天线单元，就像蜻蜓的一个个复眼，最后看到的图像，正是这些复眼所看到的图像合成。而一个个的天线单元组成的天线阵列，就是我们最后所看到的蜻蜓的一只大眼睛。

由于雷达的“镜头”不需要通过机械旋转来定位，因此克服了旋转天线的机械惯性，也克服了旋转天线扫描周期固定的弱点。如果天线先在某个空域上照射到一架飞机，之后又想“再顾茅庐”，只需要通过计算机输入合适的相位，天线就可以立即杀个“回马枪”，实现“指哪打哪”，其间仅需要克服微秒量级的电子惯性。这样，对某一架飞机连续两次照射的时间间隔就不再是扫描周期，而是人们所希望的其它值，比传统的机械扫描天线更容易盯住高机动目标。当然，相控阵天线“回马枪”的绝招不能老用，否则影响其它空域的扫描。就像一个人前行时如果老回头会影响前进的速度一样。举例而言，采用相控阵雷达的预警机在打仗时，如果在某个方向上发现可疑目标后，一般是在2秒钟后调转枪头，马上再往这个方向照射一遍，而不是10秒钟后再照射一遍。也就是说，机械扫描天线不能摸清敌机10秒内的动向，相控阵天线仅仅不知道敌机2秒内的动向。因此，如果让相控阵天线和机械扫描天线比武的话，结果应该是10:2，相控阵以绝对优势获胜!相控阵的这个优点，对于监视高机动性的战斗机是非常管用的。正如蜻蜓的眼睛，对移动的物体特别敏感，一个物体突然出现时，人眼需要0.05秒才能作出反应，而蜻蜓用不了0.01秒就能看清楚了，再加上它的复眼可以随颈部上下左右灵活转动，蜻蜓捕捉起猎物就不费劲了。

大家知道，蜻蜓的众多复眼还有一个奥秘，就是它们有分工或用途上的区别：头部上半部分的复眼负责看远处，下半部分负责看近处。由于相控阵天线可用计算机灵活地控制主瓣形成和扫描，因此人们就可以让众多的辐射单元各司其职―不同的单元组负贵产生不同的主瓣，利用一个天线阵同时产生多个波束，也就是形成多个雷达镜头，起到了蜻蜓复眼的效果，让每一个波束有各自指向和职责。

但是，相控阵天线有一个很大的缺点：随着雷达的“镜头”转到越来越偏的方向上时，视角会不断变宽，主瓣会不断变胖，能量逐渐分散到不可接受的程度。当天线主瓣指向就是天线平面的法线方向时(此时天线主瓣的位置指向垂直于天线阵面)，主瓣最窄，能量最集中;当天线主瓣指向越来越偏离天线法线方向时，此时天线主瓣的位置与天线阵列的夹角减小，主瓣变宽。当天线主瓣扫描到偏离天线平面法向60°时，主瓣变宽一倍，能量已分散得很厉害，严重影响到远距离传播。所以，对于采用相控阵体制的天线，通常每一个天线最多只负责扫描偏离法线方向两侧60°范围(共120°)内的目标，以保证性能。如果需要扫描360°则需要三个或更多的天线。

区分有源和无源相控

阵相控阵有无源和有源之分。什么是无源和有源?简单地说，对于每一个天线单元来说，没有独立的功率辐射就是“无源”，有独立的功率辐射就是“有源”。由于“有源”和“主动”在英文中对应的是同一个单词(Active，积极的)，因此，有的书上把“有源”译为“主动”,“无源”译为“被动”。

无源相控阵之所以是无源的，在于它的每一个天线单元所辐射出的能量是由发射机集中产生后送过来的，天线相位的改变依赖于计算机控制天线单元后面的移相器。有源相控阵之所以是有源的，在于它的每一个天线单元拥有独立的功率辐射，而不是先接受发射机送过来的功率，再辐射出去。实际上，这些辐射单元也是接收单元，称为发射/接收单元，简称收发单元或T/R,T代表发射，R代表接收;多个收发单元组合在一起称作收发组件。有源相控阵的相位改变靠的是计算机控制收发组件，而不是移相器由于每一个单元

既是一个小的发射机，也是一个小的接收机，实际上就是一部小雷达。可见，有源相控阵的这个特点，仍然极其类似于蜻蜓的复眼。

无源相控阵的原理图中，双向箭头左边是所有雷达都有的部分。雷达在发射电磁波时，激励源首先产生低功率发射机电流，经发射机放大后送至天线单元辐射出去，在空间形成发射波束。在接收时，天线单元则要施展“吸星***”，把分布在雷达周围的、由目标反射回雷达的那些电磁波“吸”到雷达的天线中。由于吸回来的电磁波能量比较微弱，因此先要送到低噪声放大器中放大，然后送入接收机。为接收到微弱的回波，接收机的灵敏度非常高。为使发射机的能量不至于进入并烧坏接收机，正如防止过强的声波震聋人耳一样，安装了双工器，发射时用于保证雷达能量仅仅送入天线而不送往接收机，接收时则保证把雷达能量送入接收机而不是送往发射机，使接收到的能量不至于进入发射机而被发射的能量所淹没。由于发射机和天线在电路上不可能完全匹配，从发射机出来的能量送往天线后会造成一部分发射机能量损耗―就像光线在穿透一块透明的玻璃时，总有一部分光线会从玻璃上反射回来―为避免这部分能量进入并烧坏接收机，还要加装保护器。

无源相控阵和有源相控阵在扫描的灵活性上具有同样优点。有源相控阵胜过无源相控阵之处一是有源相控阵易于产生更大的功率，因为天线辐射出去的总功率是每一个收发单元的合成，所以，要增加总的辐射功率，只须增加收发单元的数量，或者提高每个收发单元的功率。在采用有源相控阵的预警机中，通常有成百上千个收发组件，每个收发组件的功率一般不超过50瓦。

其次，有源相控阵的可靠性更高，一是因为有源相控阵不需要集中产生大功率能量的发射机，避免高压高功率的要求，也就避免了高压打火等容易造成发射机故障的问题;二是由于有源相控阵收发组件的高集成度。据统计，有源相控阵的可靠性是采用无源相控阵雷达的10倍以上，而且，由于有源相控阵雷达能量是由大量的收发组件产生的能量合成的，这么多个收发组件如果出现一小撮“非战斗减员”，根本无大碍。而无源相控阵中，由于发射机只有一个，如果坏了，立即“GAME OVER”了。当然，有源相控阵价格比较贵，但随着集成电路技术的进一步发展，它会越来越便宜。

美国的E-3A预警机是世界上第一种采用相控阵体制雷达的预警机，它在水平面上的覆盖仍然靠天线旋转实现，但在高度方向上的覆盖不是靠天线的“低头”和“抬头”，而是用无源相控阵。其天线在垂直方向上有24个辐射单元构成的一排排直线阵，对应于24个移相器。由于天线在高度方向上能够扫描，从而也就能测量目标的高度。因此，它采用的是方位上机械扫描、高度方向上相控阵扫描的一维相控阵、三坐标的雷达。

以色列“费尔康”预警机是世界上第一种采用有源相控阵体制雷达的预警机，也是世界上第一种采用天线阵列的安装与机身外形相符(即共形阵)的预警机，不再采用蘑菇形。天线阵列分布在机头(大鼻子)、机身两侧和机尾，分别负责覆盖不同的方位。全机设计有1472个T/R组件，但是在卖给智利时做了简化：机尾没有配置天线阵，从而存在100°的方位盲区，T/R组件的数量也减少很多，且天线在高度方向上不能扫描，从而不能测量目标的高度，因此，其雷达是一维相控阵、二坐标的。

瑞典的“爱立眼”(ERIEYE)也是目前世界上独具特色的采用有源相控阵体制的预警机：机身背部的天线罩体是平衡木式，内装两块天线阵面，共有192个T/R组件，每个天线阵只负责120°扫描，因此，全方位上有机头和机尾各60°盲区，在高度方向上也不扫描，也是一维相控阵、二坐标雷达。

第四篇：信号与系统教学大纲_马金龙_信号与系统

信号与系统教学大纲

课程英文译名： Signals and Systems

课内总学时： 64/48 学分： 4/3

课程编号： A0401070/A0401080

课程类别：必修

面向专业：电子信息工程、电子信息科学与技术、电子科学与技术、通信工程、光信息科学与技术、计算机通信、信息对抗与技术

课程编号： B040108

课程类别：限选

面向专业：计算机科学与技术

一、课程的任务和目的

本课程是电子工程、通讯工程专业的一门主要专业基础课。其任务是以系统的观点研究信号传输的数学模型，通过适当的数学分析手段建立和求解描述系统的方程并对所得的结果给以物理解释，赋予物理意义。本课程主要讨论确定性信号经线性时不变系统传输后如何处理的基本理论，从时域分析到变换域分析，从连续时间系统到离散时间系统，从系统的输入 - 输出描述法到状态空间描述法，力求以统一的观点阐述信号分析及线性系统的基本要领及基本分析方法。通过本课程的完整理论体系的学习可以激发学生对信号与系统学科的学习兴趣和热情，对培养学生建立正确的思维方法、严谨的学习作风、提高分析问题和解决问题的能力等方面都有重要作用，为后续课程的学习及进一步的研究工作提供坚实的理论基础。

二、课程内容与基本要求

本课程要求学生掌握信号的概念及系统的基本要求，包括信号的时域模式和频谱理论;连续系统和离散系统数学模型的建立及几种分析方法，特别注意各种分析方法之间的相互关联。

(一)信号与系统的基本概念

信号传输系统概述，了解信号的描述及其分类，信号的分解，系统模型及其划分，理解线性时不变系统的基本特性，了解线性时不变系统的一般分析方法。

(二)连续时间信号的频域分析 掌握周期信号傅里叶级数，理解周期信号和非周期信号的频谱概念;了解傅里叶变换的引入过程，注意信号的奇偶性和频谱的奇谐、偶谐之间的关系和区别;理解频谱概念的物理意义;掌握常用基本信号的频谱和傅里叶变换的性质;掌握抽样信号的概念及抽样定理;理解频域分析求解系统响应的物理实质。

(三)LTI系统方程的建立与系统模拟

理解连续时间系统微分方程及离散系统差分方程的建立;掌握算子及传输算子;掌握因果信号的算子表示方法;掌握3种系统的模拟图和信号流图。

(四)卷积的计算

掌握卷积的定义及物理概念;掌握卷积的性质及计算方法计算技巧，尤其是算子法;并充分理解卷积的物理实质并了解卷积的应用。

(五)连续时间系统的时域分析

掌握经典法求解微分方程;掌握用冲激平衡法求系统响应;掌握零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的求解。

(六)连续时间系统的频域分析

了解周期和非周期信号作用下系统响应及频谱的计算方法;掌握频域系统函数的定义及计算;掌握无失真传输系统的概念及响应;掌握理想滤波器的响应计算;掌握幅度调制与解调的概念及信号的频谱变化。

(七)连续时间系统的复频域分析

了解拉普拉斯变换定义的引入及收敛域，掌握常用函数的拉氏变换、拉氏变换的基本性质以及拉氏反变换的计算方法;掌握线性系统的复频域分析法，注意 S 域等效模型的运用;;理解系统函数的零极点分布及其与时域特性、频域特性的关系;了解系统的稳定性概念及一般判据。

(八)离散时间系统的时域分析 掌握经典法求解差分方程;掌握零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的概念及求解。

(九)离散时间系统的z域分析

掌握z变换的定义及收敛域，掌握常用离散信号的z变换、z变换的基本性质以及z反变换的计算方法;掌握用z变换分析离散系统;理解系统函数的零极点分布及其与时域特性、频域特性的关系;建立离散系统频率响应和稳定性概念。

(十)状态变量分析法

了解状态、状态变量的基本概念;掌握状态变量的选取、系统方程的建立方法;了解状态变量方程求解过程;了解状态矢量的线性变换和系统的优化。

三、与各课程的联系

先修课程：高等数学、线性代数、复变函数与数理方程、电路分析。

四、对学生能力培养的要求

使学生初步掌握信号理论的概念以及信号与系统的关系，较熟练掌握各种系统方程的建立和求解，了解信号传输的物理过程，为进一步具有信息理论方面的研究能力培养基本技巧和手段。

五、学时分配

总学时 64/48 ，分配如下：

(一)信号与系统的基本概念 4/3 学时

(二)连续时间信号的频域分析 10/8 学时

(三)LTI系统方程的建立与系统模拟 6/4 学时

(四)卷积的计算 4/3 学时

(五)连续时间系统的时域分析 6/5 学时

(六)连续时间系统的频域分析 4/4 学时

(七)连续时间系统的复频域分析 10/9 学时

(八)离散时间系统的时域分析 4/2 学时

(九)离散时间系统的z域分析 8/4 学时

(十)状态变量分析法 8/6 学时

六、教材与参考书

1. 信号与系统， 马金龙等，科学出版社， 2006 。

2. 信号与系统学习与考研辅导，马金龙等，科学出版社， 2006 。

七、说明

1. 可安排适当上机练习，辅助理解系统响应求解过程的物理意义。 2. 与《数字信号处理》课程的衔接。注重建立系统方程的过程和求解响应的各种数学方法，具体物理概念及应用由后续课程详细扩展。

第五篇：信号与系统总结

信号与系统题型：

一，选择题(20分) 总共10道，每道2分

二，填空题(18分) 总共6道，每道3分

三，判断题(10分) 总共10道，每道1分

四，计算题(30分) 总共3道，每道10分

五，综合题(22分) 总共1道，5或6小问

(一) 在选择、填空、判断题中，大家着重注意各章作业题与例题

(二) 在计算题中，

(1)离散时间系统卷积和的计算(记下公式)， 连续时间系统卷积和的计算(记下公式)

大家重点看看例2.1，习题2.4和2.5

(2)计算线性时不变系统的输入输出

大家重点看看例4.25，习题4.33,4.36

(3)离散时间傅里叶变换

大家重点看看例5.10

(三) 在综合题中，有可能会考采样

(1) 公式7.1——7.6

(2) 公式7.11理想低通傅里叶反变换

(3) P390例7.2

(4) 此外重点看看习题4.16

有关第9章拉普拉斯变换和第10章Z变换的题，应该会出几道小题，大家多看看变换的性质即可。

本次信号总结是我根据老师答疑时讲的重点内容自己列出的几道典型例题，仅供参考，希望大家考试时要全答上，不要留空白。最后祝大家考试顺利，加油!