现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第9章资料

进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于
导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据 率通常在每秒10次以上。
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(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主 要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空 域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫 描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT 低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般 能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天 线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。 (3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标
就点目标而言，只进行一次观察就可做出的基本雷达测量 包括距离测量、径向速度测量、方向(角度)测量和特殊情况下 的切向速度测量。 (1)距离测量。第1章中曾提到距离是根据雷达信号到目标
的往返时间TR获得的，即距离R＝cTR /2。远程空中监视雷达的
距离测量精度可达几十米，但采用精密系统可达几厘米的精度 雷达按信号所占据的谱宽进行测量是精确距离测量所要求的基
理想的目标模型，目标相对于雷达的距离表现为回波相对于发
射信号的时延；
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而目标相对于雷达的径向速度则表现为回波信号的多普勒频移 等。由于目标回波中总是伴随着各种噪声和干扰，接收机输入 信号可写为
x(t)＝s(t；β)＋n(t)＋c(t)
式中s(t；β)为包含未知参量β的回波信号，n(t)是噪声，c(t)
所要求的典型信噪比条件下，目标的测角精度大约为1/10个波
束宽度。如果信噪比足够大并且尽可能地使误差最小，则用于 靶场测量的单脉冲雷达的测角精度可达0.1毫弧度(0.006°)。
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(3)径向速度测量。在许多雷达中，速度的径向分量根据距 离的变化率来获得。但是这种求距离变化率的方法在这里并不 作为基本雷达测量来考虑。多普勒频率是获得径向速度的基本 方法。多普勒频率fd与径向速度vr的经典表达式
本资源，带宽越宽，距离测量越精确。
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(2)角度测量。几乎所有雷达都使用具有较窄波束宽度的定 向天线。定向天线不仅提供大的发射增益和检测微弱回波信号 所需要的较大接收天线孔径，而且窄的波束宽度能够使目标的 方向得以精确确定，接收回波信号最大时的波束指向就是目标 所在方向。典型的微波雷达有一度或几度的波束宽度，有的甚 至仅为零点几度的波束宽度。波束宽度越窄，天线所要求的机 械和电气容差就越小。测角精度与天线的电气尺寸(用波长衡 量的尺寸)有关。测角精度一般远好于波束宽度。在可靠检测
第9章 参数测量与跟踪雷达
9.1 概述 9.2 雷达测量基础 9.3 角度测量与跟踪 9.4 距离测量与跟踪 9.5 多普勒测量 9.6 多目标跟踪 9.7 MATLAB程序和函数列表
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9.1 概 述
雷达的基本任务是检测目标并测量出目标的参数(位置坐 标、速度等)。现代雷达还逐步从回波中提取诸如目标形状、 运动状态等信息。跟踪雷达系统用于测量目标的距离、方位、
为干扰。由于噪声或干扰的影响，测量参量β会产生误差而不
能精确地测定，因而只能是估计。因此，从雷达中提取目标信 息的问题就变为一个统计参量估计的问题。对于接收到的观测
信号x(t)，应当怎样对它进行处理才能对参量β尽可能精确的估
计，这就是估计理论的任务。
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当雷达连续观测目标一段时间(通常取3个扫描周期)后，雷 达就能检测出目标的航迹，然后对该航迹进行滤波并保持对目 标的跟踪。在军用雷达中，负责目标跟踪的有制导雷达、火控 雷达和导弹制导等测量与跟踪雷达。事实上，如果不能对目标 进行正确的跟踪也就不可能实现导弹的制导。对民用机场交通 管制雷达系统来说，目标跟踪是控制进港和出港航班的常用方 法。跟踪雷达主要有四种类型： (1)单目标跟踪(STT)雷达。这种跟踪雷达用来对单个目标
的情况下，这种跟踪方式通过快速扫描有限的角度扇区来维持
对目标的跟踪，并提供中等的数据率。这种跟踪方式已广泛应 用于防空雷达、飞机着陆雷达、机载火控雷达，以保持对多目
标的跟踪。
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(4)相控阵跟踪雷达。电子扫描的相控阵雷达能对大量目标 进行跟踪，具有较高的数据率。在计算机的控制下，以时分的 方式对不同波位多批次目标进行跟踪。因为电扫描阵列的波束 能够在几微秒的时间内从一个方向快速切换到另一个方向，特 别适合对多批次目标的跟踪，所以在宙斯顿和爱国者等防空武 器系统中均采用了相控阵跟踪雷达。 跟踪雷达主要包括距离跟踪、角度跟踪，有的甚至包括多 普勒跟踪。本章首先介绍雷达测量的基本原理；然后重点阐述
角度测量与跟踪；接着讨论距离测量、多普勒测量；最后讨论
多目标的跟踪问题。
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9.2 雷达测量基础
雷达通过比较接收回波信号和发射信号来获取目标的信息。 本节先介绍雷达测量的基本物理量，然后介绍雷达测量的理论
精度和基本测量过程。
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9.2.1 雷达测量的基本物理量
雷达可以获得目标的距离、方位、仰角等信息，在一定时 间内对运动目标进行多次观察后还可以获得目标的航迹或轨道。 本节先把目标作为点散射体，然后针对分布式散射体目标，来 讨论可以获得的目标有用信息。点散射体或点目标是与分辨单
仰角和速度，然后利用这些参数进行滤波，实现对目标的跟踪，
同时还可以预测它们下一时刻的值。
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参数测量精度是一个重要的性能指标，在某些雷达(如精 密测量、火控跟踪和导弹制导等雷达)中测量精度是关键指标。 测量精度表明雷达测量值和目标实际值之间的偏差(误差)大小， 误差越小则精度越高。影响一部雷达测量精度的因素是多方面 的，例如不同体制雷达采用的测量方法不同，雷达设备各分系 统的性能差异，以及外部电波的传播条件等。混杂在回波信号 中的噪声和干扰是限制测量精度的基本因素。 目标的信息包含在雷达的回波信号中。在一般雷达中，对
元相比较，目标具有小的尺寸，目标本身的散射特点不能分辨
出来。分布式散射体或目标的尺寸比雷达分辨单元大，从而使 各个散射体得以辨认。雷达的分辨能力通常(但不总是)决定着
目标是当作点目标还是当作分布式目标来考虑。一个复杂的目
标含有多个散射体，复杂的散射体可以是点散射体也可以是分 布式散射体。
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1.点目标的测量