运动目标检测及测速

ur Ur cos0 (t tr ) 0
u0 U0 cos 0t 0
uc Uc cos ct c
0tr ct c
0tr
0tr
4
R(t)
4
(R0
vrt)
0 2
fdt 0 dt
§8.2.3 消除固定目标回波
固定目标回波和运动目
相位检波器的输出
标回波均会形成输出
u U0 cos U0 cos(0tr )
tr
2(R0 vrt) c
u U0 cos dt 0
延时Tr
u U0 cosd (t Tr ) 0 u U0 cosd (t Tr ) 0
相消器输出
u
u u
2U
0
sin
dTr
2
sin
d
t
dTr
2
0
包络振幅
相消器输出
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u
u u
dt dTr 2 fdTr 2k
此时：
fd
2vr
k
fr ,
k 0, 1, 2
Uk
U∑
vr 0
1 2
k
fr
,
k 0, 1, 2
从采样上看，所有采样都发生在正弦波的同一相位点上
频闪 速度测量有多值性
现象：
d
2
fd
2
2vr
相检器输出：
d
Ur1 △ϕ
相邻脉冲相差： dTr 2 fdTr
dTr
相邻重复周期延迟时间变化小 相邻重复周期高频相位变化大 同等条件下，利用高频相位差检测动目标 灵敏度更高
§ 8.1.3 盲速和频闪
盲速 目标具有径向速度 vr ，但其回波经过相位检波器
后输出为一串等幅脉冲，vr 为盲速。
原因：
0tr
0
2R(t) c
4
(R0
vrt)
d
△ϕ
Ur1 Ur2
目标固定不动时
0tr
2
f0tr
2
f0
2R c
2
2R
目标以匀速vr 运动时
0tr
4
R(t)
4
(R0
vrt)
fd
1
2
d
dt
fd
2vr
运动目标
发射频率：f0
接收频率：f0 + fd
fd
2vr
多普勒频率
线速度
v
vr v cos
vr
径向速度
➢ fd大小与径向速度有关 ➢ fd正负与运动方向有关
第八章 运动目标检测及测速
§8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用
§ 8.1.1 多卜勒效应
1842年，多卜勒发现多普勒现象 1930年，多普勒规律应用于电磁波范围
分析假定目标为点目标
尺寸远小于雷达 分辨单元
雷达发射连续波时的多普勒效应
发射信号： s(t) Acos(0t 0 )
回 波： sr (t) Ks(t tr ) KAcos[0 (t tr ) 0 ]
输出
2 2 FdTr
Fd
11 22
ffrr
Fd fr fd
0
1 fr
fr
2
fd
t
fd Fd t
2fr
fd
第二节 MTI雷达工作原理及组成
§8.2.1 基本工作原理
关键 相参电压获取 固定杂波消除
§8.2.2 获得相参振荡电压的方法
中频全相参动目标显示 uI UI cos(0 c )t 0 c
f0
放大器 相位检波器
f0 f0 fd
实质：
利用相位检波器输出发射 信号与接收信号中的差拍 频率电压
多卜勒滤波 器和放大器
指示器
发射耦合信号与回 波信号的合成电压
相检器 输入
u0 U0 cos(0t 0 )
u u0 ur
ur Ur cos[0 (t tr ) 0 ]
φ为u0与ur的相位差
t 相位检波(运动)
t
固定目标：
相检器输出
Ur
0tr
0
2R0 c
τ
Tr
Uk
U∑in
运动目标：
0tr
d
0
2R(t) c
4
(R0
vr t )Uk
0
t
相检器输出
cos(ωdt﹣ϕ0 )
U∑in
脉冲的包络相当于连续波输出的采样
0
t
dTr 相邻重复周期多普勒频率形成的相位差
检波器输出
➢ 固定目标：
例. 设雷达工作波长为10cm，目标径向速度为 300m/s，求回波信号的多普勒频移。
fd
2vr
2 300 0.1
6kHz
f0
c
3 108 0.1
3GHz
f0 fd
如何提取 fd
采用差拍法提取多普勒频移
§ 8.1.2 多卜勒信息的提取
连续波多卜勒雷达
产生发射 信号
收发信号 差频比较
连续波 发射机
Ur2 Uk U∑
原因： 脉冲工作状态是对连续波工作的采样， 取样后的波形和频谱都会发生变化。
完全没有多值的测量为：
d
Tr
, Tr
或
fd fr 2
盲速与频闪的矢量图及波形图分析
Ur1
Fd
2π
Ur2
Fd= 0
τ
Uk ωd fd= fr
Tr
Ur2 Ur1
τ
Tr
Δϕ
dTr Uk 2 1
ƒ
ƒd ƒ0﹣ ƒd ƒ0 ƒ0﹢ ƒd
2ƒ0
ƒ
滤波器频率特性
ƒd
ƒd max
ƒ
脉冲工作时的多卜勒效应
思考：脉冲工作时与连续波工作时的相同点和不同点
脉冲 调制器
f0
功率
连续
放大器
振荡器
f0 fd
接收机
显示系统
连续振荡
t 脉冲发射
t
2R0
回波(固定)
C
2R0-△R
t
回波(运动)
C
t 相位检波(固定)
2U
0
sin
dTr
2
sin
d
t
dTr
2
0
dTr k , k 0, 1, 2
2
dTr 2k 1, k 0, 1, 2
22
相消设备输出响应
对动目标具 有最佳响应
u 0
u 最大
盲
盲
速
速
频域观点
数字相消器
相干视频 采样保持电路
模数转换电路
数字延迟线 相减器
延迟 数字信号
相消视频 数模转换电路
0tr
0
2R0 c
检波输出为等幅脉冲串
➢ 运动目标：
0tr
0
2R(t) c
4
(R0
vrt)
相位检波隔直流输出
U0
m cos
U0
m
cos
20
c
R
dt
U0
m cos dt
0
输出为包络调制脉冲串，包络调制频率为多卜勒频率
➢ 相邻PRI动目标回波时延差
➢ 相邻PRI动目标回波高频相位差
相检器 输出
U
U0 Ur cos
d
相检器输出
固定目标
0tr
4
R
U 为常数
ur
uΣ u0
0
匀速目标
t
4
R(t)
4
(R0
vrt)
0
2
fdt
dt
0
U U0 Ur ctos(dt 0 )
连续波 发射机
ƒ0 放大器 相位检波器
多卜勒滤波 器和放大器
指示器
信号频谱变化图
ƒ0
ƒ0
ƒ
ƒ0
ƒd
ƒ0 -ƒd ƒ0 ƒ0 +ƒd
消除固定回波的方法
对消法
相邻重复周期信号相减，固定目标由于振 幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相 邻重复周期振幅变化的部分作为输出。
频谱抑制法 滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个nfr
相消设备特性
对消法
u U0 cos dt 0
urI UrI cos(0tr ct c )
uc Uc cos ct c