雷达定位

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顺序波瓣法
圆锥扫描法
比较幅度单脉冲法
比较相位单脉冲法
比较相位单脉冲法

雷达干扰 压制性干扰：向雷达天线发射高功率电磁波，使接收 到的信号饱和 欺骗性干扰：使雷达误判断目标的位置、速度等，如： 距离波门拖曳（RGPO，Range Gate Pull Off） 速度波门拖曳（VGPO，Velocity Gate Pull Off）
c
VR
相位差为
2 c 2 4 R0 VRt R0 VRt c
tR

多普勒角频率差为
d
fd
d 4 fd d VR dt 2
d V 1 d 1 4 2 VR VR 2 f R 2 2 dt 2 c
2 2
R 2 2 R ae ha sin ht ae ha 1 ae 2 ae ha
1 2
由于
ht
ae
R2 简化为 ht ha R sin 2ae

动目标显示 根据地面运动目标和静止目标的多普勒频移的不同， 判断运动目标。 MTI：Moving Target Indicate
tR
2R c
为目标滞后时间
第二章
雷达
多普勒效应示意

当目标与发射源无径向运动时 R = R0恒定。 相位差固定为
tR 2 ftR 2
R c 2 R0 4 0 c

有径向运动时
信号发射
t tR
R t tR R0 VR (t t R )
R d sin

两信号
u1 v1 cos t u2 v2 cos t

相比后得到相位差

2

R
2

d sin

测角误差
d 2

d cos d d

2 cos d
d


提高相位法测角精度手段 提高相位计精度( d 减小) 减小，讨论d(d小，误差大；d大，容易产生多值 d 性) 相位法测角多值性问题
雷达定位
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小学课文：《蝙蝠与雷达》

雷达示意

脉冲法测距示意图

脉冲雷达的几个基本概念
脉冲 宽度
脉冲重复 时间
脉冲雷达 峰值功率 连续波 雷达

脉冲雷达的几个基本概念 脉冲宽度：一个脉冲持续的时间长度 脉冲重复周期（PRT，Pulse Repetition Time）：相邻两 个脉冲的时间间隔tp 脉冲重复频率（PRF，Pulse Repetition Frequency）：脉 冲重复周期的倒数 占空比（Duty Factor）：脉冲宽度与脉冲重复周期之比 峰值功率：脉冲内的平均功率 平均功率：一个周期内的平均功率

雷达干扰
干扰箔条
≤10-5 = 1m，可以忽略
对R = 100km量级， Rc

大气折射误差 由电磁波在大气中的折射导致 目标真实距离：R0 电磁波传播距离：R ΔR=R-R0（R0越大，ΔR越大）

R0=100km,仰角β=0.1弧度时 ΔR=16m 以上两种误差（光速引起的误差和折射误差），称为 外界误差，无论采用何种测距方式都无法避免，只能 根据具体情况进行一些校准。
平均功率示意图
占空比示意图
距离

雷达定位 雷达测距 脉冲法测距 tR：回波脉冲相对于发射脉冲的延迟 ct R R 目标 （ 目标速度） 2
c v
脉冲发射
脉冲接收 回波脉冲示意图

脉冲法测距 tR：回波脉冲相对于发射脉冲的延迟 （ c v目标速度）
ct R R 2

误差 对上式两边微分
Rmax
c MT 2

脉间变频 不同脉冲采用不同标志，如不同频率。

调频法测距 多用于连续波雷达(三角波调制或正弦波调制等)

雷达定位 雷达测距 调频法测距 多用于连续波雷达(三角波调制或正弦波调制等)

调频法测距示意图
发射信号
接收信号
发射信号
接收信号

雷达定位
调频法测距的多普勒效应

最小可探测距离Rmin 由于雷达收发共用天线，在发射脉冲τ时间内，接收机 与天线系统间断开，不能接收信号。 此外，发射脉冲结束后，天线收发转换时间为t0
1 Rmin c +t 0 2

最大单值测距范围Rmax 由脉冲重复周期Tr决定
1 Rmax cTr 2

为保证Rmax，需
Tr 2 Rmax c

距离模糊问题 这里的模糊，指模棱两可（ambiguity），不是边界不 清晰（blur）的意思。
PRF小，无模糊
PRF大，有模糊


有些情况下要求雷达的脉冲重复频率高，不能满足单 值测距的要求（Tr不能过大）。 针对这个矛盾，有多种解决方法

舍脉冲法 每发射M个脉冲，舍弃一个，作为发射脉冲串的附 加标志

调频法测距的距离计算 ft：发射频率 fr：接收频率 fb：差频ft-fr Tm：ft变化周期 ±Δf：频率调制的最大频偏 目标与雷达无相对运动。
ft f 0
4f fr f0 Tm
4f t Tm
2R t c
fb ft f r
8fR Tm c
2 N
2

相位计实际读数

解决方法：三天线测角(如图) d12较小：解决多值性 d13较大：提高测角精度
2 d13 13 sin 2 N 1 13 d13 12 d12
13 2 N 1
求出
12
2 d12
sin 2
求出N值
(较精确) (较精确)

雷达测速 多普勒效应：发射源与目标之间有相对径向运动时， 接收到的信号频率发生变化。1842年由物理学家多普 勒发现。 设目标为“点”目标 发射信号为

接收信号为
U t At cos t
U t At cos t tR
（fd：多普勒频移）
8f R fd Tm c 8f R fd Tm c
fb ft f r
fb ft f r R
c fb fb 8f 2 f m

调频法测距与脉冲测距相比的特点 优点： 能测量很近的距离，可达到数米 测距精度高 雷达线路简单，体积小，普遍用于飞机高度表及 微波引信 缺点 难以测量多目标 收发间的完善隔离不易
连续波照射

雷达测角 振幅法测角 θ0.5：半功率波束角 直接测量目标回波最强方向
θ0.5

振幅法测角特点 优点： 雷达结构简单； 回波最强，信噪比最大，有利于探测目标 缺点： 最大值处波形平坦，最强点不易判别 误差较大，约为 1 0.5 5

等信号法 同时发射两个相同且彼此互相重叠的信号，根据接 收两信号的强弱来确定目标方位。
dR
R R 1 1 dc dt R t R dc cdt R c t R 2 2
1 t R dc 2
1 cdt R 2
电磁波传播速度变化引起的误差
测时误差

对第一部分误差
R c 1 R dRc t R dc dc c 2 c R c
c
c c
：随气压、湿度、温度变化。
fd 0 fd 0
目标与发射源相互靠近时 目标与发射源相互远离时
由 测得目标运动速度 f d VR 注：垂直于雷达照射方向的运动不会产生多普勒效应

雷达测速

雷达定位 雷达测速

雷达测高
ae ht ae ha R 2 2 R ae ha cos(90 )
目标偏左
目标偏右
目标居中


等信号法测角特点 优点： 精度比最大信号法高，约为 2% 0.5 缺点： 雷达结构较复杂 等信号轴不是功率最大方向，在发射功率同样情 况下，作用距离小于最大信号法 一般用途 最大信号法用于搜索 等信号法用于跟踪

相位法测角 利用多个天线接收回波信号之间的相位差进行测角 远区目标的反射电磁波近似为平面波 两个相邻天线间波程差为
1 反射信号接收 t 信号达到目标 t t R t ' 2 1 1 R t R0 VRt R t t R R0 VR t t R 2 2

由
R t ' tR
得往返时间
tR
c 2
2 2 R0 VRt R0 VRt c VR c

动目标显示 根据地面运动目标和静止目标的多普勒频移的不同， 判断运动目标。 MTI：Moving Target Indicate

雷达跟踪 顺序波瓣法：在目标两侧对称地摆动波束，测量每一 位置下目标回波 圆锥扫描法：使雷达波束在围绕参考方向的一个圆周 内旋转，并连续测量目标回波 单脉冲法：同时产生波瓣，并在它们的回波中间进行 振幅或相位比较

测读方法误差 若dt=1μs，则ΔRt=150m 现一般采用电子自动测距（人工测距误差不易控 制），主要受设备影响

距离分辨力：同一方向上，两个相同点目标之间最小可分 辨距离 主要取决于脉冲宽度τ

雷达定位 雷达测距 距离分辨力

两目标可分辨的条件：Δt> τ
R R2 R1
脉冲调制

雷达定位 雷达测距 距离分辨力
滤波器
脉冲调制

雷达定位 雷达测距 距离分辨力
滤波器
脉冲调制

雷达定位 雷达测距 距离分辨力
相位编码示意（二相编码）

20世纪某部VHF雷达采用脉冲压缩技术前后参数变化 如下： 发射脉冲宽度：10微秒->430微秒 接收脉冲宽度：10微秒->3微秒 发射峰值功率：200kW->20kW 作用距离：190km->300km
c ct t1 t 2 2 2
c R min 2

采用脉冲调制方法可以较好解决距离分辨力的问题 常用的脉冲调制方法有： 线性调频（chirp） Chirp，鸟啁啾地叫，频率随时间变化 相位编码

雷达定位
线性调频脉冲

雷达定位 雷达测距 距离分辨力
（变化值）
2R 8fR Tm c f bav Tm c Tm 2R Tm c 8fR f bav fb Tm c c f bav R 8f f m f 1 m Tm

对于运动目标，需要消除多普勒频移的影响
4f fr f0 Tm 2R t fd c