脉冲多普勒雷达的汇总

脉冲多普勒雷达的汇总
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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。

表1
多普勒中心频率变化范围特点
主瓣杂波①强度比雷达接收机的噪声强70-90dB
②与天线主波束的宽度 、方向角 、载机速度 、发射信号波长 有关
旁瓣杂波①当PD雷达不运动时，旁瓣杂波与主瓣杂波在频域上相重合;
②当PD雷达运动时，旁瓣杂波与主瓣杂波就分布在不同的频域上
高度线杂波①机载下视PD雷达做平行于地面的运动
②在零多普勒频率处总有一个较强的“杂波”
无杂波区①恰当选择雷达信号的PRF，使得其地面杂波既不重叠也不连接
②其频谱中不可能有地面杂波，只有接收机内部热噪声的部分
5、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：
B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时：
注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。

6、PD雷达的信号处理系统
PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。

（1）单边带滤波器
特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频；
从回波频谱中只滤出单根谱线；
避免了后面信号处理过程中可能产生的频谱折叠效应;
距离选通波门必须设在单边带滤波器之前;
要求带外抑制至少要大于60dB;
实现方法：采用石英晶体滤波器
（2）主瓣杂波抑制滤波器
特点：比目标回波能量要高出60-80dB；
主瓣杂波抑制滤波器的幅一频特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数；
相当于一个白化滤波器，经过主瓣杂波抑制之后，后面的多普勒滤
波器可以按照白噪声中的匹配滤波理论来进行设计；
实现方法：首先确定它的频率，用一个混频器先消除变化的，就可以用一
个固定频率的滤波器将其滤除.
确定主瓣杂波中心频率有两种方法:一种方法是利用频率跟踪；
另一种是由天线指向和载机飞行速度计算出主瓣杂波应有的多普勒频移，直接
控制压控振荡器去产生的振荡濒率。

（3）零多普勒频率抑制滤波器
特点：用于高度杂波的滤除；
同时抑制发射机直接进人到接收机的泄漏；
实现方法：①只需断开滤波器组中落人高度杂波区的那些子滤波器的输出；
②使用可防止检测高度线杂波专用的CFAR电路;
③使用航迹消隐器除去最后输出的高度线杂波。

（4）多普勒滤波器组
特点：是覆盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器；
起到了实现速度分辨和精确测量的作用；
可以设在中频，也可以设在视频；
每个滤波器的带宽应设计得尽量与回波信号的谱线宽度相匹配。

实现方法：模拟式（少用）
数字式：FFT（多用）
近代模拟式：CT（多用）
注：所需滤波器的数目：
（５）转换器和门限（CFAR）
实现方法：参量法或非参量法
７、PD雷达的数据处理系统及其实现方法
PD雷达具有两种跟踪体制，即单目标跟踪和多目标跟踪。

前者采用类似常规跟踪系统
的角度、距离和速度跟踪伺服回路，后者采用边扫描边跟踪的方法。

（1）单目标跟踪系统
①角度跟踪系统：a、顺序波束序列的算法：波束行程、多波束行程
b、单脉冲体制
c、合并通道技术
②速度(多普勒频率)跟踪系统：锁频式和锁相式
特点：a、锁相系统是测量多普勒频率的优选装置，其理论上的稳态测速误差为0；
b、对雷达设备的稳定性提出了较高的要求；
c、当系统的带宽一定时，锁相系统就存在最大可跟踪目标加速度的
限制，而在锁频系统中就无此限制。

③距离跟踪系统：a、基本原理与常规脉冲雷达相同；
b、距离门用一个低频参考信号；
c、跨过多个脉冲周期的跟踪可以用一个具有比一个脉冲
周期长的时间基准的距离跟踪器实现。

（2）四维分辨跟踪系统
距离、速度、两个角度(方位角和俯仰角)等四个跟踪回路，就构成具有四维分辨能力的跟踪系统。

特点：a、角度上的分辨由角跟踪系统和波束宽度决定；
b、距离上的分辨由距离跟踪系统和距离门的宽度决定；
c、能在速度坐标即多普勒频率上分辨目标如果系统所用的窄带滤波
器的带宽小于20Hz，则可立即将这两个目标分开；
d、加了窄带滤波器，从而滤除了噪声，所以可以提高信噪比：
e、具有很强的抗干扰能力。

（3）多目标跟踪系统
特点：a、由多路接收通道实现；
b、在强杂波干扰环境下有常规雷达所无法比拟的优良性能。

8、测距和测速模糊的解算
（1）定义
测距模糊：同一距离读数可能对应几个目标真实距离的现象。

测速模糊：相差nfr，的目标多普勒频移会读做同样的多普勒频移，测量出的一个速度可能对应几种真实速度的这种现象。

（2）测距模糊的解算
①多重脉冲重复频率测距法（优）
采用双重PRF所能达到的最大无模糊距离，由和最大公约频率决定。

②连续改变脉冲重复频率测距法
这种方法的原理是，发现目标后立即调整PRF，并且使目标回波始终位于相邻两个发射脉冲的中间，也就是保持目标回波的延时与脉冲重复周期为(n十1/2)倍的关系。

即目标距离为：
③射频调频测距法
这种方法用于脉冲多普勒雷达时，只是把连续变化的载频变成脉冲变化的。

载频调制周期对应于最大无模糊距离，为了消除测距模糊，它应该远大于脉冲重复周期。

目标的真实距离为：
特点：a、适用于单目标跟踪，在多目标环境下，需要增加大量的距离门；
b、测量精度主要取决于频率变化率和多普勒滤波器组的分辨力；
c、方法比较简单，而且获得数据迅速，因此适用于对目标测距精度要
求不高的边扫描边跟踪雷达。

④脉冲调制测距法
脉冲调制测距法是通过改变发射脉冲的波形参数(幅度、宽度和位置)，对接收到的回波信号加以识别和计算处理来消除测距模糊的方法。

目标无模糊距离为：
（3）测速模糊的解算
常用的方法是利用距离跟踪的粗略微分数据来消除测速模糊。

无模糊多普勒频率为：
对应目标的无模糊相对速度为：
=
9、影响PD雷达距离方程的主要因素
当要求信噪比为S/N时作用距离R与R。

的关系为：
（1）发射脉冲遮挡效应
特点：降低了回波有效宽度；
当回波全部被发射脉冲挡住时，影响最严重，使作用距离降为0，称
为盲距；
一般重复频率越高，发射脉冲越宽，遮挡的平均影响越严重。

解决方法：用概率平均的方法研究
（2）跨越效应
特点：回波脉冲不是完全进入一个距离门，而是跨接在两个相邻的距离门中间。

解决方法：用统计平均的方法研究。

若采用比回波更宽的距离门，可以降低跨越发生的概率。

（3）频域处理和带宽的影响
多普勒频移正好落在主瓣杂波频率上的动目标回波谱也被滤除了。

这就是频域中的遮挡现象。