1. 雷达测定目标的坐标表示

2. 雷达的基本工作原理

3. 目标斜距的测量

4.目标方向角与仰角的测量

5.相对速度的测量

6.目标尺寸和形状

当雷达探测到目标后，就要从目标回波中提取有关信息：

当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将目标视为“点”目标，这时可对目标的距离和空间角度定位，目标位置的变化率可由其距离和角度随时间变化的规律中得到，如果在一段时间内测量动目标的位置及其变化率，就可得到目标运动的轨迹，并由此建立对目标的跟踪；

雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力，这时的目标不是一个“点”，而可视为由多个散射点组成的复杂目标，从而可得到目标尺寸和形状的信息；采用不同的极化，可测量目标形状的对称性。从原理上讲，雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。

1. 雷达测定目标的坐标表示

目标在空间、陆地或海面上的位置可以用多种坐标系来表示。最常见的是直角坐标系，即空间任一点目标P的位置可用x、y、z三个坐标值来决定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球）坐标系统，如图1.1所示。图中，空间任一目标P所在位置可用下列三个坐标值确定：
(1）目标的斜距R：雷达到目标的直线距离OP。

(2）方位角α：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。
(3）仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。

2. 雷达的基本工作原理

现以典型的单基地脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理，图1.2示出了这种雷达的简化框图。

由雷达发射机产生的电磁能经收发转换开关后传输给天线，再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速（约3×10^8m/s）传播，如果目标恰好位于定向天线的波束内，则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射，其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线收集到这部分散射的电磁波后，经传输线和收发转换开关馈给接收机。接收机将该微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息，并将结果送至终端显示。

3. 目标斜距的测量

“点”目标的空间位置测量是雷达最基本的测量，它包括距离、角度和径向速度。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 $t_{r}$ ，如图1.3所示。我们知道电磁波的能量是以光速传播的，设目标的距离为 $R$ ，则传播的距离等于光速乘以时间间隔，即

$R=ct_{r}/2$

式中， $R$ 为目标到雷达站的单程距离，单位为m； $t_{r}$ 为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，单位为s； $c$ 为光速， $c=3\times 10_{}^{8}m/s$ 。

由于电磁波传播的速度很快，雷达技术常用的时间单位为us，回波脉冲滞后于发射脉冲为一个微秒时，对应的目标斜距为

$R=ct_{r}/2=150m=0.15km$

能在远距和近距离测量目标距离是雷达的一个突出优点，而且受气候条件的影响较小，这是优于其他传感器的。测距的精度和分辨力与发射信号带宽（或处理后的脉冲宽度）有关，脉冲越窄，性能越好。目前远程空中监视雷达距离测量精度可达数十米量级，而精密系统的精度则可达亚米级。

4.目标方向角与仰角的测量

在雷达技术中测量这两个角位置基本上都是利用天线的方向性来实现的。雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内，当天线波束轴对准目标时，回波信号最强，如图1.4中实线所示。当目标偏离天线波束轴时回波信号减弱，如图1.4中虚线所示。根据接收回波最强时的天线波束指向，就可确定目标的方向，这就是角坐标测量的基本原理。天线波束指向实际上也是辐射波的波前方向。

为了提高角度测量的精度，还会有一些改进的测量方法。天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。测角精度远比天线波束宽度窄。典型情况下，测角精度可达约1/10波束宽度，而用于靶场测量的单脉冲雷达测角精度可达0.1毫弧度均方根(0.006°)。

回波的波前方向(角位置）还可以用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。

5.相对速度的测量

有些雷达除确定目标的位置外，还需测定运动目标的相对速度，例如测量飞机或导弹飞行时的速度。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，这个频移在物理学上称为多普勒频移，它的数值为

$f_{d}=2v_{r}/\lambda$

式中， $f_{d}$ 为多普勒频移，单位为Hz； $v_{r}$ 为雷达与目标之间的径向速度，单位为m/s； $\lambda$ 为载波波长，单位为m。

当目标向着雷达站运动时， $v_{r}$ >0，回波载频提高；反之 $v_{r}$ ,<0，回波载频降低。雷达只要能够测量出回波信号的多普勒频移 $f_{d}$ ，就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。

径向速度也可以用距离的变化率求得，此时精度不高但不会产生模糊。无论是用距离变化率或用多普勒频移来测量速度，都需要时间。观测时间越长，则速度测量精度越高。

多普勒频移除用做测速外，更广泛的是应用于动目标显示（MTI）、脉冲多普勒（PD）等雷达中，以区分运动目标回波和杂波。

6.目标尺寸和形状

如果雷达测量具有足够高的分辨力，目标可视为具有多个散射点的复杂目标时就可以提供目标尺寸的测量。由于许多目标的尺寸在数十米量级，因而分辨能力应为数米或更小。用足够宽的信号频谱宽度,目前雷达的分辨力在距离维已能达到，但在通常作用距离下切向距离（RQ）维的分辨力还远远达不到,增加天线的实际孔径来解决此问题是不现实的。然而当雷达和目标的各个部分有相对运动时，就可以利用多普勒频率域的分辨力来获得切向距离维的分辨力。例如，装于飞机和宇宙飞船上的SAR（综合孔径)雷达，与目标的相对运动是由雷达的运动产生的。高分辨力雷达可以获得目标在距离和切向距离方向的轮廓（雷达成像)。

此外，比较目标对不同极化波（如正交极化等）的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。复杂目标的回波振幅会随着时间变化。例如，螺旋桨的转动和喷气发动机的转动将使回波振幅的调制各具特点，可经过谱分析检测到。这些信息为目标识别提供了相应的基础。