第3章脉冲多普勒雷达
脉冲多普勒雷达matlab
脉冲多普勒雷达matlab
脉冲多普勒雷达是一种广泛应用于军事、民用和科学研究领域的雷达系统。它可以通过测量目标的速度和距离来实现目标检测和跟踪。而matlab作为一种强大的数学计算软件，可以帮助我们更加高效地进行雷达信号处理和分析。
一、脉冲多普勒雷达的原理
脉冲多普勒雷达的工作原理是通过发射一系列短脉冲信号，然后接收反射回来的信号，并通过信号处理来提取目标的速度和距离信息。其中，多普勒效应是实现速度测量的关键。当目标相对于雷达运动时，反射回来的信号会发生多普勒频移，通过测量这个频移可以得到目标的速度信息。
二、matlab在脉冲多普勒雷达中的应用
matlab作为一种强大的数学计算软件，可以帮助我们更加高效地进行雷达信号处理和分析。在脉冲多普勒雷达中，matlab可以用于以下方面：
1. 信号处理
脉冲多普勒雷达接收到的信号通常包含噪声和杂波，需要进行信号处理来提取目标信息。matlab提供了丰富的信号处理工具箱，可以帮助
我们进行滤波、去噪、谱分析等操作，从而提高信号的质量和可靠性。
2. 目标检测和跟踪
脉冲多普勒雷达需要对接收到的信号进行目标检测和跟踪。matlab提
供了多种目标检测和跟踪算法，如CFAR、MTI、MUSIC等，可以帮
助我们实现自动化目标检测和跟踪。
3. 数据可视化
matlab可以帮助我们将雷达接收到的信号进行可视化，以便更好地理
解和分析数据。通过matlab的绘图工具，我们可以绘制出目标的距离-
速度图、功率谱密度图等，从而更加直观地了解目标的特征和运动状态。
三、结语
脉冲多普勒雷达是一种重要的雷达系统，它在军事、民用和科学研究
脉冲多普勒雷达系统 频段
脉冲多普勒雷达系统频段
脉冲多普勒雷达系统是一种常见的雷达技术，广泛应用于军事和民用领域。它利用脉冲信号和多普勒效应来实现对目标的探测和跟踪。在不同的频段下，脉冲多普勒雷达系统具有不同的特点和应用。
在S波段，脉冲多普勒雷达系统具有较高的分辨率和较小的波束宽度，适用于需要高精度探测的场景。例如，在航空领域，S波段脉冲多普勒雷达系统可以用于飞机的导航和防撞系统，能够精确测量飞机与其他目标的距离和速度，提供可靠的飞行安全保障。
而在X波段，脉冲多普勒雷达系统具有较长的探测距离和较强的透穿能力，适用于对地面目标的探测。比如，X波段脉冲多普勒雷达系统可以用于地质勘探和环境监测，可以探测到地下水和地表变形等信息，为资源开发和环境保护提供重要参考。
K波段和Ka波段的脉冲多普勒雷达系统具有较高的抗干扰能力和较强的穿透能力，适用于复杂的电磁环境和恶劣的天气条件下的探测任务。例如，在天气预报和气象监测领域，K波段和Ka波段脉冲多普勒雷达系统可以用于测量降水粒子的速度和方向，实现对降雨量和暴风雨等极端天气的准确预测和警报。
脉冲多普勒雷达系统在不同频段下具有不同的特点和应用。通过选择合适的频段，可以最大程度地满足不同领域的需求，实现对目标的精确探测和跟踪。脉冲多普勒雷达系统的发展将进一步推动雷达
技术在军事、民用和科研等领域的广泛应用。
多普勒
多普勒导航系统的原理及其在航空领域的应用
院(系)、部：
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指导教师：
专业：
班级：
摘要
所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。最常见的实例就是火车通过时的汽笛声：当火车接近时笛声音调升高；而当火车远离时音调降低。音调的变化就是因为声源的运动使每秒钟撞击在耳膜上的声波数目改变了。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。脉冲多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。利用多普勒效应实现无线电导航的机载系统，它由脉冲多普勒雷达、航向姿态系统、导航计算机和控制显示器等组成。多普勒雷达测得的飞机速度信号与航向姿态系统测得的飞机航向、
俯仰、滚转信号一并送入导航计算机，计算出飞机的地速矢量并对
地速进行连续积分等运算，得出飞机当时的位置。利用这个位置信
号进行航线等计算，实现对飞机的引导。
关键词：多普勒效应、机载脉冲多普勒雷达、多普勒导航系统、地速、偏流角
目录
第一章引言 (4)
第二章多普勒导航系统工作的理论基础………………（5～9）
2.1辐射源朝接收点作径向运动时的多普勒效应
2.2辐射源朝偏离接收点方向运动时的多普勒效应
2.3辐射源与接收点皆处于A点，而B点为反射点
第三章多普勒导航系统的应用…………………………（9～14） 3.1 多普勒在机载雷达上的应用
3.2 多普勒在其他领域的应用
3.3 多普勒导航系统的发展趋势及面临的问题
结束语 (15)
参考文献 (16)
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵
摘要：
1.脉冲多普勒雷达概述
2.距离方位矩阵的构建
3.距离模糊的问题
4.新算法解析
5.实验结果与分析
6.结论
正文：
一、脉冲多普勒雷达概述
脉冲多普勒雷达是一种利用多普勒效应测量物体距离和速度的雷达系统。相较于传统雷达，脉冲多普勒雷达能够提供更准确的目标信息，因此在军事、民用等领域得到了广泛应用。
二、距离方位矩阵的构建
脉冲多普勒雷达通过发送和接收电磁脉冲，可以建立一个包含目标距离和方位信息的矩阵，称为距离方位矩阵。该矩阵的构建基于多普勒效应原理，通过对接收信号进行分析，可以获取目标的距离和方位信息。
三、距离模糊的问题
在实际应用中，由于多种因素的影响，如电磁波的传播特性、接收器的性能等，距离方位矩阵中的距离信息可能出现模糊现象。距离模糊会导致目标定位不准确，影响雷达系统的性能。
四、新算法解析
为了解决距离模糊问题，本文提出了一种新的脉冲多普勒雷达解距离模糊算法。该算法通过优化距离方位矩阵的构建过程，提高距离信息的准确性。具体来说，该算法包括以下步骤：
1.对接收信号进行去噪处理，减小噪声对距离信息的影响；
2.利用脉冲压缩技术，提高距离分辨率；
3.结合目标的运动模型，对距离信息进行修正；
4.利用最小二乘法，优化距离方位矩阵的构建。
五、实验结果与分析
为了验证新算法的性能，我们进行了大量实验。实验结果表明，新算法能有效解决距离模糊问题，提高脉冲多普勒雷达的定位精度。在不同的场景和条件下，新算法都表现出良好的性能。
六、结论
本文提出了一种新的脉冲多普勒雷达解距离模糊算法，通过优化距离方位矩阵的构建过程，提高距离信息的准确性。
脉冲多普勒雷达原理
脉冲多普勒雷达原理
脉冲多普勒雷达是一种利用脉冲信号来测量目标距离和速度的雷达系统。它通过发射脉冲信号并接收目标反射的信号来实现目标的探测和跟踪。脉冲多普勒雷达具有较高的测速精度和抗干扰能力，因此在军事、民用航空等领域得到了广泛的应用。
脉冲多普勒雷达的工作原理主要包括脉冲信号的发射和接收、目标回波信号的处理以及速度测量等几个方面。
首先，当脉冲多普勒雷达工作时，会发射一系列的脉冲信号。这些脉冲信号会以一定的重复频率被发射出去，然后在空间中传播。当这些脉冲信号遇到目标时，会被目标反射回来，形成回波信号。接着，雷达系统会接收这些回波信号，并进行信号处理。
在信号处理过程中，脉冲多普勒雷达会对接收到的回波信号进行时域和频域的分析。通过时域分析，可以测量目标与雷达之间的距离，即目标的径向距离。而通过频域分析，可以测量目标的速度。这是因为目标的运动会导致回波信号的多普勒频移，通过测量多普勒频移的大小，可以计算出目标的速度信息。
除了距离和速度测量外，脉冲多普勒雷达还可以实现目标的探测和跟踪。当目标被探测到后，雷达系统会不断地追踪目标，并根据目标的运动状态进行预测。这样可以实现对目标的持续跟踪，从而满足实际应用中对目标监测的需求。
总的来说，脉冲多普勒雷达是一种能够实现目标距离和速度测量的雷达系统。它通过发射脉冲信号、接收目标回波信号并进行信号处理，实现了对目标的探测和跟踪。在实际应用中，脉冲多普勒雷达具有较高的测速精度和抗干扰能力，因此在军事、民用航空等领域有着广泛的应用前景。
脉冲多普勒雷达matlab
脉冲多普勒雷达matlab
脉冲多普勒雷达是一种广泛应用于军事、天文、大气科学、气象等领域的电磁波测量技术。它通过发送一定频率的脉冲信号，并对返回信号进行处理，可以获取目标的信息，如位置、速度、加速度等。本文将介绍脉冲多普勒雷达的原理和在MATLAB中的实现。
一、脉冲多普勒雷达的原理
脉冲多普勒雷达是一种主动雷达，它通过发送脉冲信号，利用目标回波信号的时间差和频率差来测量目标的距离、速度和加速度等信息。其信号处理过程主要包括以下几个步骤：
1. 发送脉冲信号
脉冲多普勒雷达发送的脉冲信号通常是一段短时间内的高功率信号，一般情况下可以用正弦函数表示，即：
s(t) = A·sin(2πfct)
其中，A表示信号的幅度，fc为信号的载频，t为时间。
2. 接收回波信号
经过一段时间后，脉冲信号会被目标反射，形成回波信号并被多普勒雷达接收。
多普勒雷达接收到的回波信号会包含有目标的信息，但由于信号在传输过程中会受到一些干扰和衰减，因此需要对信号进行处理，以得到目标信息。
首先，通过信号处理技术可以提取出回波信号中的目标信号，即目标的距离信息。然后，可以利用多普勒效应来提取目标的速度信息。多普勒效应是指当观察者和目标相对运动时，目标回波信号的频率会发生变化。具体来说，当目标朝着多普勒雷达运动时，回波信号的频率高于原始信号的频率；而当目标远离多普勒雷达时，回波信号的频率低于原始信号的频率。
因此，在脉冲多普勒雷达中，可以通过测量回波信号的频率差来计算目标的速度。对于进行速度测量，一般会采用FFT变换的方法进行频域处理，即把回波信号转换到频域，然后通过计算频率谱来得到目标的速度信息。频率谱可以使用MATLAB中的fft函数快速计算得到。
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特点、应用
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特
点、应用
脉冲多普勒和连续多普勒的工作原理、特点和应用如下：
1. 脉冲多普勒雷达：
工作原理：发射脉冲信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过测量回波信号与发射信号的时间差，计算出目标的距离和速度信息。
特点：测速精度高，抗干扰能力强，能同时跟踪多个目标。
应用：主要用于气象预报、军事侦察、交通管制等领域。
2. 连续多普勒雷达：
工作原理：通过发射和接收连续波信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过对回波信号进行处理，测量出目标的距离和速度信息。
特点：结构简单，价格低廉，可用来观测心壁、瓣膜、胎体的运动状态。但存在测量局限性，如不能判断物体的运动方向，不能探测血流状态。
应用：主要用于胎儿的检测，目前除用以胎儿的检测外，已很少在临床上使用。
(完整版)脉冲多普勒雷达测速仿真汇总
任务书
雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。
如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。
本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。
摘要
脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。
本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理.
脉冲多普勒
脉冲多普勒
《脉冲多普勒》是一项技术，它在距离测量、声波定位及其他方面发挥着重要作用。它由美国物理学家罗伯特霍金斯发明，该技术是在由他发明的先进技术多普勒雷达基础上发展而来的。
脉冲多普勒是一种采用脉冲波来发射和接收信号的技术。它可以用来测定物体的距离、速度、方向等信息，并可以在短时间内进行检测。它主要由发射装置、接收装置和控制系统组成，发射装置由高功率的脉冲放大器和调制器组成，接收装置由接收器、调制器和处理器组成。控制系统负责控制发射和接收装置，同时还有电源模块和显示模块组成。
脉冲多普勒技术被广泛应用于军事、测绘、搜索和救助等领域。它可以用来测量和定位物体的距离、速度、方向等信息，同时也可以用于对物体的形状进行计算。它还可以用来获取物体的不同信息，比如物质组成、温度、压强等。
多普勒雷达技术已经在舰船测绘、海底地形测量、航空和航天领域等领域发挥着重要作用，而脉冲多普勒技术正成为一种新兴技术，可以更快、更精确地探测和定位物体，更有效地进行侦察和救助等活动，极大地提高了我们测绘、搜索、救助等工作的效率。
不过脉冲多普勒技术也存在一定的局限性，并且需要在设备的精度和发射功率方面进行更多的研究。但是随着科技的发展，脉冲多普勒技术将取得更大的发展，为人类的测绘和搜索提供更多的支持。
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脉冲多普勒法的原理
脉冲多普勒法的原理
脉冲多普勒法（Pulse Doppler）是一种用于检测和测量目标速度的雷达技术。它利用了多普勒效应，即当目标物相对于雷达移动时，它的反射波频率会发生变化。
脉冲多普勒法的原理是基于脉冲雷达的基本原理。在脉冲雷达中，发射器发出一个短脉冲的电磁波，并且等待反射波返回。接收器接收到反射波后，通过测量返回时间来计算目标物距离。而在脉冲多普勒雷达中，除了测量目标物的距离，还能够测量目标物的速度。
当脉冲电磁波与移动的目标相互作用时，反射波的频率会因为多普勒效应而发生变化。多普勒效应是指当发射源和接收源与移动的物体之间存在相对运动时，接收源接收到的波的频率相对于发射源的频率发生变化。这种频率变化取决于目标物相对于雷达的速度。
为了解释脉冲多普勒法的原理，我们可以将其分为两个方面来讨论：距离测量和速度测量。
首先，对于距离测量，脉冲多普勒法使用的是时差测量原理。当发射器发出一个短脉冲的电磁波后，接收器开始等待反射波的返回。通过测量发射脉冲和接收脉冲之间的时间差，可以计算目标物与雷达的距离。这是因为电磁波在真空中的传播速度是已知的，因此可以根据时间差和传播速度来计算距离。
其次，对于速度测量，脉冲多普勒法利用多普勒频移原理。当发射脉冲的雷达与移动的目标进行相互作用时，接收到的反射波的频率会发生变化。如果目标物朝着雷达运动，接收到的频率比发射频率要高；如果目标物远离雷达运动，接收到的频率比发射频率要低。通过测量接收到的波的频率变化，可以计算出目标物相对于雷达的速度。
脉冲多普勒法的速度测量原理是通过两个不同的过程实现的。首先，借助于基频接收器或者混频器，可以将接收到的带有多普勒频率变化的接收信号与发射信号进行混合。然后，通过信号处理器将混合后的信号进行解析，并提取出多普勒频率成分。最后，通过反向多普勒变换等算法，可以将多普勒频率转换为目标物相对于雷达的速度。
脉冲多普勒雷达原理
脉冲多普勒雷达原理
脉冲多普勒雷达（Pulse-Doppler radar）是一种利用脉冲信号和多普勒效应来测量目标运动状态的雷达系统。其原理涉及到以下几个关键概念和过程。
首先，雷达系统会发射短暂、高功率的脉冲信号。这些脉冲信号会沿着发射方向传播，并在探测到目标后被反射回来。
当脉冲信号遇到一个静止的目标时，反射信号的频率与发送频率相同，因为目标对信号的回波没有任何变化。然而，当目标相对于雷达系统运动时，反射信号的频率会发生变化，这就是多普勒效应。
多普勒效应是由于目标的运动引起的，它会导致回波信号的频率发生变化。当目标以接近雷达的速度靠近时，回波频率会比发送频率更高；当目标以远离雷达的速度远离时，回波频率会比发送频率更低。
利用多普勒效应，雷达系统可以通过测量回波信号的频率来确定目标的速度。此外，雷达系统还可以通过比较不同时间内的回波信号来确定目标的位置和运动方向。
脉冲多普勒雷达系统通常使用特殊的信号处理技术来处理接收到的回波信号。这包括时域滤波和频域分析等方法。通过这些技术，雷达系统可以提取出目标的速度、距离和方向等关键参数。
总的来说，脉冲多普勒雷达利用脉冲信号和多普勒效应实现对目标运动状态的测量。通过测量回波信号的频率变化，雷达系统可以确定目标的速度、距离和方向等关键信息。这使得脉冲多普勒雷达成为了许多应用中非常重要的一种雷达技术。
3 雷达测距原理与脉冲法测距
6
电磁波在大气层内的折射传播
地球表面的大气层分布是不均匀的。
1、大气密度、温度、湿度等参数随时间、 地点而变化，导致大气传播介质的导磁 系数和介电常数发生相应改变，引起电 波传播速度c变化。
昼夜间大气中温度、气压及湿度的起伏 变化所引起的传播速度变化为：
c c 105
丁鹭飞，雷达原理，西电出版社，1995
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
14
4、微波超视距雷达
利用海面蒸发形成的大气波导(大气超折射和对流层非均匀散射)传播 效应是此系统在微波段实现超视距探测的基础，分别对应主动、被动工作 方式。 详细分析：见《电磁波传播特性》章节。
dn/dh比正常值更负时， 电波更加向地面弯曲。
2013-12-20
电磁波在大气层内的折射传播 电磁波沿海面的绕射传播 电磁波异常传播途径的应用——超视距探测
4、雷达测距的实现方法——调幅、调频、调相 5、脉冲法测距优缺点
6、雷达测距的几个基本概念：
距离分辨力、测距范围、距离模糊 7、脉冲法测距的解模糊方法：
双/多脉冲重复频率法、舍脉冲法
雷达测距机理
测量电磁波往返雷达与目标之间的时间。 对单基地雷达，设光速为c，电磁波往返雷达与目标 的时间为TR，则目标相对雷达的距离R为：
2013-12-20
哈尔滨工业大学电子工程系
脉冲多普勒雷达
1.虚警概率、发现概率、虚警时间 2.最佳判决准值 3.匹配滤波器 4.检波器，包络检波、相干检波 5.脉冲积累 6.动目标显示 7.恒虚警处理
第三章 脉冲多普勒雷达
1.多普勒效应
运动物体的回声具有频移，这种频移现象就是多普勒效应。
设声波或电磁波的波长为λ，频率为f0，速度为c，运动物体的径向速 度为v，回波多普勒频移为fd，则：
(3)对观测目标的距离有一定的模糊。
上世纪70年代中期，制造出中重频PD雷达，既有距离 模糊又有速度模糊。而将原来的定义称为高重频PD雷达。 最后，不管雷达的重复频率，只要满足上述定义第二条， 就可称为PD雷达，是一个广义定义。
2.PD雷达的分类
1.高重频脉冲多普勒雷达
Baidu Nhomakorabea
2.中重频脉冲多普勒雷达
3.低重频脉冲多普勒雷达
f MB
f
d
0
B 2
f
d
0
B 2
2vR
B sin 0
机载PD雷达的主瓣杂波强度与下列因数有关:
(3-7)
发射机功率,天线增益,地物反射特性,雷达距地面高度等.具体强 度可以比雷达接收机的噪声高70-90分贝.
(2)旁瓣杂波
· 波．
雷达天线总是存在若干副瓣(旁瓣)，通过旁瓣产生旁瓣杂
脉冲多普勒雷达的总结
脉冲多普勒雷达的总结
1、适用范围
脉冲多普勒PD雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制;这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力,有更强的抑制杂波的能力,因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波;
2、PD雷达的定义及其特征
（1）定义：PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达;
（2）特征：①具有足够高的脉冲重复频率简称PRF,以致不论杂波或所观测到的目标都没有速度模糊;
②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波,即频域滤波;
③PRF很高,通常对所观测的目标产生距离模糊;
3、PD雷达的分类
图1 PD雷达的分类图
①MTI雷达低PRF：测距清晰,测速模糊
②PD雷达中PRF：测距模糊,测速模糊,是机载雷达的最佳波形选择
③PD雷达高PRF：测距模糊,测速清晰
4、机载下视PD雷达的杂波谱分析
机载下视PD雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的;
、PRF
的选择
1高、中、低脉冲重复频率的选择
①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下,通常采用低PRF加脉冲压缩;
②迎面攻击时高PRF优于中PRF;尾随时,在低空,中PRF优于高PRF ;在高空,高PRF 优于中PRF;
③交替使用中、高PRF的方法,或者再加上在下视时采用低PRF的方法,并在低、中PRF 时配合采用脉冲压缩技术,将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方法;
2高PRF时重复频率的选择
①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中:
②为了识别迎面和离去的目标：
A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时：
第三章数据模糊的处理分解
第三章 数据模糊的处理
本章将介绍WSR-88D 算法怎样为操作员提供尽可能好的基本数据，同时了解这些算法的局限性如何影响产品的质量和产生虚假的数据。
我们强调如何区分正确的和虚假的数据。脉冲多普勒雷达有其固有的限制，为了做出最好的决定，操作员必须具有工作知识。本章将提供区分正确的与错误的反射率因子和速度性质的基础知识。
这里对距离门（range gate ）和距离库（range bin ）的区别做一点说明。虽然一般而言是通用的，但是距离门（range gate ）和距离库（range bin ）的意思是不同的。距离门用于描述WSR-88D 显示出来的产品，而距离库用于描述算法。
学完本章后你应该掌握的主要内容是：
⒈ 了解PRF （脉冲重复频率）变化对Rmax （最大探测距离）和Vmax （最大不模糊速度）的影响，即所谓“多普勒两难（Doppler Dilemma ）”。
2. 给定WSR-88D 基本产品后，会识别以下区域：
地物杂波污染； 异常传播； 距离折叠；不适当的退模糊速度。
⒊ 了解下列算法的优点和局限：
地面杂波消除（ground clutter suppression ）
间歇/点杂波消除 （intermittent/point clutter suppression ）
距离去折叠 （range unfolding ）
速度退模糊 （velocity dealiasing ）
⒋ 掌握UCP 操作员减小速度模糊和距离折叠的方法。
3.1 PRF 对Rmax 和Vmax 的影响
Rmax 的定义：最大探测距离是一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离。 PRF
动目标显示与脉冲多普勒雷达matlab程式设计
动目标显示与脉冲多普勒雷达matlab程式设计
动目标显示（Moving Target Indicator，MTI）是一种被广泛应用于航空、海洋等领域的技术，它可以用于检测和跟踪运动的目标。脉冲多普勒雷达（Pulse Doppler radar）是一种能够对速度较快的目标进行检测和跟踪的雷达系统。在本文中，我们将介绍如何使用MATLAB编写MTI和脉冲多普勒雷达的程序。
1. MTI程序设计
MTI是一种可以对运动目标进行跟踪的雷达技术。在MTI中，我们使用两个接收器来接收雷达信号。一个接收器用于接收回波信号，另一个用于接收原始信号。然后，我们将这两个信号进行比较，得到差分信号。差分信号中的静态目标信号将被忽略，只有动态目标信号被保留下来。下面是MATLAB程序的设计：
function mti = mti_detector(rngdop,X,d_range,doppler,f0,T,pfa,thresh)
% rngdop是距离和多普勒两个维度的矩阵，X是原始信号
% d_range和doppler是MTI计算中使用的时间延迟值和频率偏移
% f0是雷达的发射频率，T是雷达的脉冲宽度，pfa是虚警概率，thresh是噪声阈值 % 首先对原始信号进行FFT
Xf = fftshift(fft2(X));
% 计算距离和多普勒维度上的相对频率
freq_range = linspace(-1/2,1/2,size(rngdop,2))/d_range;
freq_doppler = linspace(-1/2,1/2,size(rngdop,1))/doppler;
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第三章 脉冲多普勒雷达
1.多普勒效应 运动物体的回声具有频移，这种频移现象就是多普勒效应。 设声波或电磁波的波长为λ，频率为f0，速度为c，运动物体的径向速 度为v，回波多普勒频移为fd，则：
P4 R2
P5 R3
P6 R4
(a)发射脉冲串与回波脉冲串
(b)回波实际延迟时间 说 明 ： Pi 为 发 射 脉 冲 Ri为回波信号
(c)显示器显示情况 图3.11 测距模糊的产生
由于目标回波的延迟时间可能大于脉冲重复周 期，使收发脉冲的对应关系发生了混乱，同一距离读数 对应的目标真实距离有多种可能值的现象叫做测距模糊。 未经解模糊肯定的读数距离叫做模糊距离。如果雷达的 最大探测距离小于模糊距离，就不存在距离模糊的问题。 PD雷达和部分警戒雷达的最大探测距离大于模糊距离， 需要解模糊。 关于速度模糊。目标径向速度与多普勒频移成 正比，研究速度模糊与研究多普勒频率模糊是等价的。 采样信号的频谱关系如图3.12。
λ
∆f MB θ θ 2v = f d ψ 0 − B − f d ψ 0 + B ≈ R θ B sin ψ 0 2 2 λ
fd =
2v R
cosψ 0
(3-7)
机载PD雷达的主瓣杂波强度与下列因数有关: 发射机功率,天线增益,地物反射特性,雷达距地面高度等.具体强 度可以比雷达接收机的噪声高70-90分贝. (2)旁瓣杂波 · 雷达天线总是存在若干副瓣(旁瓣)，通过旁瓣产生旁瓣杂 波． · 旁瓣与主瓣是由不同的地物产生的 · 旁瓣杂波的频率为：
l = x sin β x
l
θ=
λ
× 360(度)
( 3-10) ( 3-11)
λθ β x = arcsin 360 x
同样可以求得y方向的方位角βy。 在PD雷达中实现单脉冲体制是非常困难的：性能优良的杂波滤波器 极点多，相位特性变化陡，要使四个接收通道的相位特性一致是 非常困难的。解决途径： a. 用圆锥扫描体制。 b. 用单脉冲合并通道技术。 (1-2)速度跟踪系统 实际上跟踪多普勒频率。用锁频或锁相方式跟踪。 (1-3)距离跟踪系统 常规雷达是用距离门跟踪方式： R 图3.10 距离门跟踪示意
2.脉冲重复频率的选择 根据技术要求和用途(如要求雷达在无杂波区检测目标还是满足无模糊测速)， 也可以根据战术要求选择高，中，低脉冲重复频率段． 结果：
旁瓣杂波
适用 情况
在距离上重 叠情况
在频域上重 叠情况
低 PRF 中 PRF 高 PRF
很少 部分 无
严重 部分 无
低速目 标 机载 机载
雷达能改变PRF最好． 如美国：p85
∆R = Tr n × c c =n 2 2 fr
在图3.11中，P3、P4等为发射脉冲，R1、R2、R3等为接收 脉冲。R3是P3脉冲的目标回波。图(a)表示发射脉冲串和接收脉冲 串，图(b)表示回波实际延迟时间，图(c)为显示器直接显示结果。 由图(c)显示结果表示的距离称之为模糊距离。
P3 R1
6.恒虚警处理 现在恒虚警处理均在零中频上进行。 7.线性调频频谱变换(p91) 进行频谱分析最简单的方法就是进行傅立叶 变换。我们也可以用若干滤波器组成滤波器组进 行频谱分析。得益于CCD器件和SAW器件的发 展。 §3.4脉冲多普勒雷达数据处理 数据处理的目的：最大限度提取雷达目标的 坐标信息。内容：解测距模糊，解测速模糊和目 标跟踪。
T τ
P1
s1
P2 s2 P3 图3.4 脉冲雷达距离模糊图解
s3
t
图中，P1－P3为雷达发射脉冲，s1-s3为回波脉冲，T 为发射脉冲重复周期，τ为回波延迟时间。
所谓距离模糊，指回波延迟时间大于T，比如对应于P1 的回波在s2位置，我们不能判断延迟时间为τ还是T+τ。 又设脉冲宽度为δ，雷达最大不模糊距离Rm为：
1.脉冲多普勒雷达的跟踪 (1)单目标跟踪系统 (1-1)角度跟踪系统 根据角度，距离和速度信息，用伺服系统始终跟踪目标。 补充：常规雷达单目标跟踪方式：圆锥扫描，单脉冲体制。 回波 扫描角度
目标 扫描轨迹
回波
扫描角度 图3.8 圆锥扫描示意
βx 波程差l y x 图3.9 单脉冲跟踪示意 目标方位βx与波程差l和信号相位差θ的关系： (3-9)
fd =
2v 2vf 0 = λ c
如果直接接收运动物体产生的波，多普勒频移为：
v vf 0 fd = = λ c
对回波进行频谱分析就可计算出目标相对速度。物体向着接收机运 动，fd ＞0；物体离开接收机，fd＜0。
2. 脉冲雷达与连续波雷达 脉冲雷达发射微波脉冲，在两个脉冲间隙期间接收回波，根据接收 到的回波相对于发射脉冲的延迟时间τ计算目标径向距离R。目前普 遍使用的警戒雷达、航管雷达等均为脉冲雷达。 脉冲雷达的最大特点是发射脉冲与接收回波在时间上是分开的。 连续波雷达发射的是连续波，发射脉冲的时候同时接收回波。主要 用于测速。设发射信号频率为f0，目标运动产生的多普勒频率为fd， 电路框图为： 连续波 产生器 发射机 +fd 接收机 相参 检波器 fd
f c ,max =
2v R cos ψ λ
角度变化范围是0-360度，所以，旁瓣多普勒频率范围是．．． 当PD雷达不动是主瓣杂波与旁瓣杂波在频域上是重合的 (3)垂直(高度线)杂波。 雷达副瓣垂直照射地面，地面反射较强，回波中存在一个较强的＂ 零频＂杂波． (4)无杂波区 适当选择雷达脉冲重复频率使地面杂波不连续不重叠，形成无杂波 区．在无杂波区域，只有接收机噪声，没有地面杂波，有利于发 现该区域的运动目标．
在PD雷达中，距离跟踪采用距离门和速度联合的方法 (2)四维分辨跟踪系统 对速度、距离、方位角、俯仰角联合跟踪。 (3)多目标跟踪 采用边扫描边跟踪方式。相控阵体制可进行多波束跟踪。
上节课
2.测距和测速模糊的解算
(1)测距和测速模糊的基本概念 为了提高检测性能，PD雷达采用高PRF信号，以便在频域获得 足够宽的无杂波区。发射一个脉冲之后，回波可能隔几个周期才回 来，但接收时不能判断该回波对应于哪一个发射脉冲，于是发生了 测距模糊。读出的目标距离误差是：
§3.3脉冲多普勒雷达信号处理
PD雷达充分利用多普勒信息，能从强的地物杂波背景中检测出运动 目标． 1.电路框图
接收机 混频 中放 发射机 脉冲抑制 距离 选通 单边带 滤波
收发开关 发射机 多普勒 滤波 主瓣杂 波滤波 滤波 滤波 器组 显示
2.单边带滤波器 该滤波器是在中频上进行的，单独滤出一根谱线， 形成连续波，因而距离跟踪应事先完成．单边带滤波可 以改善目标频谱混叠． 3.主瓣杂波抑制滤波器 目的是滤除强地杂波，相当于一个白化滤波器，幅 频特性应为主瓣杂波频谱包络的倒数．主瓣杂波抑制滤 波器是一个频率自适应滤波器。 4.高度杂波的滤除 高度杂波比漫反射杂波强得多，与发射机泄露的功 率谱重叠，在零频附近．高度杂波滤波器是一个零频滤 波器。 5.多普勒滤波器组 多普勒滤波器组由若干窄带滤波器组成。
§3.1脉冲多普勒雷达的基本概念
脉冲多普勒雷达简称PD雷达，特点： 具有脉冲雷达的距离分辨能力 具有连续波雷达的速度分辨率 有强的杂波抑制能力
1.PD雷达的定义 雷达的定义 20世纪70年代初的定义 (1)具有足够高的PRF，使观测范围内的目标、杂波时 均没有速度模糊。 (2)能对脉冲串频谱单根谱线滤波。 (3)对观测目标的距离有一定的模糊。 上世纪70年代中期，制造出中重频PD雷达，既有距离 模糊又有速度模糊。而将原来的定义称为高重频PD雷达。 最后，不管雷达的重复频率，只要满足上述定义第二条， 就可称为PD雷达，是一个广义定义。
Rm = c (T − δ) cT c ≈ = 2 2 2 f PR
当脉冲重复频率为300Hz时，最大不模糊距离约为 500千米。 解决距离模糊的方法： 1.降低雷达脉冲重复频率 2.脉冲重复频率参差
关于脉冲雷达的速度模糊 用连续波雷达测目标速度不存在速度模糊的问题。脉冲雷达是对 多普勒信号采样，脉冲重复频率就是采样频率。相参雷达采用正交 采样，不模糊(不混叠)的频率范围为0Hz－300Hz，或-150Hz－ 150Hz。设雷达波长为3cm，重复频率为300Hz，不模糊速度为： 9米/秒或±4.5米/秒，对应于32.4千米/小时或－16.2千米/小时至 16.2千米/小时。这个速度是很低的。所以常规脉冲雷达主要是测距， 多普勒频率一般用于动目标显示。 结论，要使用脉冲雷达测速，要有较高的脉冲重复频率。
0 fsa1 fsig fsa2 (a)采样之前采样信号频率和输入信号频谱
f
-fsa2
-fsig
0
fsig
fsa2
f
(b)用fsa2时钟复采样的数字信号延拓频谱
0
fsa1 fsig
fsa2
f
(c)用fsa1时钟复采样的数字信号延拓频谱 图3.12采样信号频谱延拓与频谱模糊的产生
同样由于目标回波的多普勒频移可能大于若干脉冲重复频率，使测 量到的多普勒频率与实际多普勒频率不一定相等，同一频率读数对 应的目标真实速度有多种可能值的现象叫做测速模糊。未经解模糊 肯定的读数速度叫做模糊速度。 从距离不模糊的角度出发希望PRF低一些，从速度不模糊的角度出 发希望PRF高一些，这是一个矛盾。脉冲多普勒雷达最大不模糊距 离和最大不模糊速度有如下限制： λc RmaxVmax = 8 λ是雷达波长，c为光速。λ越大，不模糊距离和速度的乘积就越大， 但要增加雷达的体积和成本，还有其他限制，因而是不现实的。 (2)解距离模糊 (a)重频参差解距离模糊 雷达以重复频率fr1、f交替工作，如果发生了距离模糊，在两个重复 频率下读出的模糊距离不同，可以据此计算出实际距离。解距离模 糊有两个限制：
主瓣 旁瓣 -180 0 180 度 图3.5 天线方向图 vR
垂直杂波 旁瓣杂波 主瓣杂波 Biblioteka Baidu面 ψ ψ0 图3.6 机载PD雷达下视情况
机载雷达共有3种杂波： 主瓣杂波，旁瓣杂波，垂直杂波。
(1)主瓣杂波 主波束中心与地平面有一个锐角ψ0，多普勒频移为： (3-6) 主波束增益最高，杂波也最强。主波束有一定的立体角，在该 立体角中不同方位回波的多普勒频移也是不同的.设主波束宽度为θB, 主瓣杂波的边沿位置间的最大多普勒频率差为:
2.PD雷达的分类 PD雷达的分类 1.高重频脉冲多普勒雷达 2.中重频脉冲多普勒雷达 3.低重频脉冲多普勒雷达 三种雷达的性能见下表： 表3－1 性能 PRF 低 测距 清晰 测速 模糊 测距设备、信号处理 简单 测速精度 旁瓣杂波电平 主瓣杂波抑制 允许方位扫描角 发现地面动目标 低 低 差 小 差
τ= α 1 1 = = Ω 6 × 360 / 60 36
PPR ≥
N = 36 × 5 = 185 τ
雷达脉冲重复频率至少应为185Hz。如果其他条件 不变，天线扫描速度改为12周/秒，则雷达脉冲重复频率 应为370Hz以上。典型数据：fPR为280Hz、300Hz。 关于距离模糊：考察下图：
中 模糊 模糊 复杂 高 中 良 中 良
高 模糊 清晰 复杂 最高 高 优 大 优
§3.2脉冲多普勒雷达的杂波
PD雷达通常为机载雷达，在频域－时域分布范围广、功率强的背景 杂波中检测出有用的信号。背景杂波主要是地杂波，相对于飞机， 它是运动杂波，称之为脉冲多普勒杂波。 机载下视PD PD雷达的杂波谱 1.机载下视PD雷达的杂波谱 由于天线方向图和下视PD雷达与地面之间的相对运动使地面杂波复 杂了。
图3-1 连续波雷达测速原理图
调频连续波雷达一般用于测量雷达高度
测高雷达 f1 发射 接收 t 地面 ∆f t 图3.2测高雷达示意 图3.3测高雷达频率关系
连续波雷达的最大特点是发射和接收是同时进行的。
3.雷达脉冲重复频率PRF与雷达模糊距离
雷达脉冲重复频率PRF的选择与下列因素有关： 最大不模糊距离、脉冲积累数、MTI滤波器级数、天线扫描速度、 波束宽度等。 例：设波束宽度为1o，扫描速度为6周/分钟，每个目标至少有5 个回波。计算雷达脉冲重复频率。 解：设天线扫描每次照射目标的时间为τ，天线扫描速度 ,波束宽度 α，雷达脉冲重复频率fPR，每次目标回波数N，则：