雷达技术 第六章 目标距离的测量21-22

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6.1 脉冲法测距
6.1.1 基本原理
lp l
R=CtR /2 R=0.15tR ，R（km） tR （us）
发射 脉冲
近区地 物回波
目标回波
0 10 20 30 40 50 60 70 km 机械距离刻度标 尺
思考问题：
用脉冲的哪里来作为 回波到达时刻? 有何区别？ 回波前沿 回波中心
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图6.2 显示器荧光屏画面
Δc为电波传播速度平均值的误差; ΔtR为测量目标回波延迟时间的误差。
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6.1 脉冲法测距
（1）电波传播速度变化产生的误差 估算传播速度变化引起的误差
R c R c tR c 2
R
R

c
c
表6.1 电波传播速度
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6.1 脉冲法测距
（2）时间差测量误差
R c R c tR c 2
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6.1 脉冲法测距
?
用多重复频率测距
办法可以从我国的余数定理中找到
魔术师背对观众坐在一张椅子上，让某位观众心中 随意想定一个不超过500的数， 然后用7去除这个数并报出余数； 然后再用8去除原来想定的数并报出余数； 然后再用9去除并报出余数； 这样魔术师就知道到底这个观众心里想的数是多少。 -如余数分别为1，5，8，答案是多少？ 197 -如余数分别为3，5，7，答案是多少？ 493 26
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6.2 调频法测距
当反射回波来自运动目标, 其距离为 R0而径向
速度为 v 时, 其回波频率 fr 为
4f fr f0 fd Tm 8f fb ft f r Tm c 8f fb f r ft Tm c
平均 频率差
2 R0 t c
t
目标距离最大 模糊数
图6.7
(b) “舍脉冲”法判模糊 (b )
添加标记，无模糊距离变为M倍
' MTr mmaxTr tR
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6.2 调频法测距
6.2.1 调频连续波测距
测得 距离
收发分置
频率计
调 频 发射机 直接耦合信号
发射天线
r
目标
放 大 器 和限幅器
混频器 接收天线
频率差
接收机
图6.8 调频连续波雷达方框图
-4dB
S (t ) A cos(2 f 0t t 2 )
c 1 rc 2 B
B为线性调频信号的带宽
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6.1 脉冲法测距
（2）测距精度：
包括最小可测距离、最大单值测距范围 最小可测距离：雷达能测量的最近目标的距离。 收发共用天线，发射脉冲宽度时间内，无法接收回波；
普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。
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6.2 调频法测距
调频连续波雷达的主要缺点是:
(1) 难于同时测量多个目标。如欲测量多个目标, 必
须采用大量滤波器和频率计数器等 , 使装置复杂，从
而限制其应用范围。
(2) 收发间的完全隔离是所有连续波雷达的难题。发
射机泄漏功率将阻塞接收机 , 因而限制了发射功率的
第 6 章 目标距离的测量
6.1 脉冲法测距
6.2 调频法测距 6.3 距离跟踪原理 6.4 数字式自动测距器
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第 6 章 目标距离的测量
主要内容及基本要求
理解脉冲测距的基本原理； 理解调频法测距的基本原理； 了解距离跟踪原理；
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雷达如何测距？
（1） 脉冲雷达 （2） 连续波雷达
B R
A
目标距离的测量
脉冲积累会改善检测性能 M
0.5

fr
0.5 1
Tr
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6.1 脉冲法测距
存在m次距离模糊时，距离R如何计算？
如何判断？
c R mTr tr 2
m为正整数
回波时延
t0 tr Tr
tr为接收回波信号与最邻近的发射脉冲之间的延迟。
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6.1 脉冲法测距
6.1 脉冲法测距
n1 n2 tR t1 t2 f r1 fr2
n1, n2分别为用 fr1和 fr2 测距时的模糊数。
选a=1,
f r1 N fr 2 N 1
当 n1=n2 时，
t1 f r1 t2 f r 2 tR f r1 f r 2
f r1 f r 2
图 6.2
6.1 脉冲法测距

门限
检测 发现、虚警 和支路
Σ
本振
差支路
匹 配 滤波器 包络 检波 微分 (d / dt) 过零点 检 测
t
t
图6.3 回波脉冲中心估计
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6.1 脉冲法测距
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6.1 脉冲法测距
6.1.2 影响测距精度的因素 误差种类： （1）系统误差 由于测量工具本身固有误差、测量原理本身 理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生 理条件的制约而带来的测量误差． 特征：可知性、可补偿 （2）随机 误差 即使在完全消除系统误差这种理想情况下， 多次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预 测的不确定因素干扰而产生测量误差． 特征：随机性、难补偿
大小。发射机噪声的泄漏会直接影响接收机的灵敏度。
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6.2 调频法测距
6.2.2 调频脉冲测距
调制信号 产 生 器 T 调 频 振荡器 脉冲功率 放 大 器 τ um 脉 冲 调制器 混频器 收发开关
2R tR c R 1 ctR 2
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雷达测距的实现方法
实现方法： 调幅——脉冲法测距 调频——频率法测距 调相——相位法测距
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雷达测距的实现方法
连续波雷达
常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子。 其发射波形是单载频的按一定重复周期工作的矩 形脉冲。发射的每个脉冲都相当于对电磁波打上 了标记，以测量回波时间，从而完成测距。
Tr NTr1 N a Tr 2
N和a为正整数, 常选a=1, 使N和N+a为互质数。
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6.1 脉冲法测距
发 fr1 收 fr1 t1 发 fr2 t2 收 fr2 tR Tn0 tR tR
fr2频率小
fr1频率大
5：4
公约频率 目标回波
图6.7 （a）用双重复频率测距
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(a )
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雷达测距的实现方法
连续波雷达
测距物理解释： 一般来说，单载频的连续波雷达没有测距能 力，这与其无法适用基于脉冲回波时延的测距手 段，且发射信号带宽较窄有关。 若必须测量距离，需要在连续波发射信号上 加上某些定时标志，以识别发射的时间和回波时 间。标志越尖锐、鲜明，则传输时间的测量越准 确。 由傅里叶变换知：定时标志越尖锐，则发射 信号的频谱越宽。因此为了测量传输时延或距离 ，必须扩展单载频连续波的频谱。
测频的精度决定了测距的精度， 测频的分辨率决定了测距的分辨率。 例：若频率计的测量精度是 50Hz ，三角波调制周期为 40ms （正负各半），中心频率为 300MHz ，调频斜率为 2MHz/ms，目标距离50km，求：
cTm c （1）频率计的输出频率 fbav； f R0 fbav fbav 8f 2u （2）测距精度δR； -25~+25Hz
6.1.5 判距离模糊的方法 （1） 多种重复频率判模糊
c c Tr 2 2 fr
设重复频率分别为 fr1 和 fr2 , 它们都不能满足不模糊测距的要求。
Rmax
fr Tr Rmax
fr1和fr2具有公约频率fr 。
f r1 fr2 fr N N a
fr的选择应保证不模糊测距。
（3）分辨率∆R 。 ∆f =50Hz
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6.2 调频法测距
连续波雷达的特点：
• •
•
发射频谱窄（减少了无线电干扰，使得相应滤
波和波形处理简化）。
峰值功率与平均功率可比拟。
收发间难以完全隔离。
调频连续波雷达的优点是: • 最小可测距离小，且有较高的测量精度。 • 雷达线路简单，体积小、重量轻、适用广。
调频率
接收频率 f r f 0
4f Tm
2 R0 t c
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回波时延
6.2 调频法测距
正程发射频率 f t f 0 t ,
f Tm / 4
积分求得发射信号 S (t ) A cos(2 f t t 2 ) t 0 接收信号 S r (t ) kSt (t tr )
当 n1=n2+1时， t t1 f r1 t2 f r 2 1 R
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6.1 脉冲法测距
双重频最大无模糊距离
Rmax c Tr1, Tr 2 的最小公倍数 2
例： Tr1 为3ms，Tr2 为4ms，
则此时双重频的最大无模糊距离对应12ms。
相当于增大了无模糊距离，并没有消除模糊距离。 天干地支，十二生肖，六十一甲子。
收发切换时间t0内，无法接收回波。 最小可测距离： Rminc Nhomakorabeat0 2
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6.1 脉冲法测距
最大单值可测距离：雷达可探测的最大无模糊距离
思考：最大无模糊距离由什么决定？
脉冲重复周期Tr
2 Tr Rmax c
c c Tr Rmax Tr Rmax Tr 2 2 Rmax 越大越好？ Tr
R0 f d R0 f d
(前半周正向调频范围) 正程 (后半周负向调频范围) 逆程
fbav
fb fb 8f R0 求得 R0 cTm fb fb 2 Tm c 8f 2
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6.2 调频法测距
cTm fb fb cTm R0 fbav 8f 2 8f