第八章 运动目标检测及测速 雷达原理 教学课件
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R(t)R0vrt
第八章 运动目标检测及测速
tr 2Rc(t)2c(R0vrt)
0 tr 02 c(R 0 v rt) 22 (R 0 v rt)
fd
21
d
dt
2
vr
第八章 运动目标检测及测速 多卜勒频率正比于相对运动的速度而反比于工
作波长。当目标飞向雷达站时，勒频率为正值， 接收信号频率高于发射信号频率。而当目标背离 雷达站飞行时勒频率为负值，接收信号频率低于 发射信号频率。
第八章 运动目标检测及测速
2.窄带信号时的多卜勒效应
fd
1
2
d
dt
2vr
第八章 运动目标检测及测速
8. 1.2 多卜勒信息的提取
fd
2
vr
f0 c
2v r
fd 2 vr
f0
c
两者相差的百分比是很小的。因此要从接收
信号中提取多卜勒频率需要采用差拍的方法，即
设法取出f0和fr的差值fd。
第八章 运动目标检测及测速
空间传播时它等于光速;k为回波的衰减系数。
第八章 运动目标检测wenku.baidu.com测速
■如果目标固定不动，则距离R为常数。回波与 发射信号之间有固定相位差
0 tr 2f0 .2 R /c ( 2/) 2 R
它是电磁波往返于雷达与目标之间所产生的相 位滞后。 ■当目标与雷达站之间有相对运动时，则距离R 随时间变化。设目标以匀速相对雷达站运动。 则在时间t时刻，目标与雷达站间的距离R(t)为
下面研究当雷达与目标有相对运动时，雷达站接收信 号的特征。
1.雷达发射连续波的情况
这时发射信号可表示为: s(t)Acos(0t)
在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号为:
s r k s ( t tr) k A c o s [0 ( t tr )]
R式为中目：标t和r 雷2达R站/ c间的为距回离波;滞c为后电于磁发波射传信播号速的度时，间在，自其由中
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
■对运动目标回波而言，相位差随时间t改变，其变
化情况由目标径向运动速度vr及雷达工作波长决
定。
2 R (t) 2
0 tr0
c
2 (R 0 v rt)
合成矢量为基准电压Uk以及回波信号相加，经检波 及隔去直流分量后得到脉冲信号的包络为：
U 0 m c o s U 0 m c o s ( 2 c 0 R 0 d t ) U 0 m c o s (d t 0 )
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
■对于固定目标来讲，相位差是常数，
0tr
0
2R c
合成矢量的幅度不变化，检波后隔去直流分量可到 一串等幅脉冲输出。
多卜勒效应是指当发射源和接收者之 间有相对径向运动时，接收到的信号频率 将发生变化。这一物理现象首先在声学上 由物理学家克里斯顿.多卜勒于1842年发现。 1930年左右开始将这一规律运用到电磁波 范围。雷达应用日益广泛及对其性能要求 更加提高，推动了利用多勒卜效应来改善 雷达工作质量的进程。
第八章 运动目标检测及测速
（3）而频闪效应则是指当脉冲工作状态时，相位 检波器输出端回波脉冲串的包络调制频率Fd，与目标运动 的径向速度vr不再保持正比关系。此时如用包络调制频率 测速时将产生测速模糊。
多卜勒频率可以直观地解释为:振荡源发射的电 磁波以恒速c传播，如果接收者相对于振荡源是不 动的，则他在单位时间内收到的振荡数目与振荡 源发出的相同，即二者频率相等。如果振荡源与 接收者之间有相对接近的运动，则接收者在单位 时间内收到的振荡数目要比他不动时多一些，也 就是接收频率增高，当二者作背向运动时，结果 相反。
包络检波器输出正比于合成信号振幅。对于固定 目标,合成矢量不随时间变化，检波器输出经隔直 流后无输出。
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
而运动目标回波与基准电压的相位差随时间按 多卜勒频率变化。即回波信号矢量围绕基准信号矢 量端点以等角速度旋转，这时合成矢量的振幅为
U U 0 U rcos(dt 0)
1.连续波多卜勒雷达
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
1)对于固定目标信号，由于它和基准信号的相位差
0tr
保持常数，故混合相加的合成电压幅度亦不改变。 当回波信号振幅Ur远小于基准信号振幅U0时，从 矢量图上可求得其合成电压为:
UU0Urcos
经相位检波器取出二电压的差拍。通过隔直流电 容器得到输出的多卜勒频率信号为
U U rcos(dt0)
在检波器中，还可能产生多种和差组合频率，可 用低通滤波器取出所需要的多卜勒频率送到终端指 示(例如频率计)，即可测得目标的径向速度值。
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
即回波脉冲的包络调制频率为多卜勒频率。这相当 于连续波工作时的取样状态，在脉冲工作状态时， 回波信号按脉冲重复周期依次出现，信号出现时 对多卜勒频率取样输出。
8.1.3盲速和频闪
（1）当雷达处于脉冲工作状态时，将发生区别于连 续工作状态的特殊问题，即盲速和频闪效应。
（2）所谓盲速，是指目标虽然有一走的径向速度 vr，但若其回波信号经过相位检波器后，输出为一串等幅 脉冲。与固定目标的回波相同，此时的目标运动速度称为 盲速。
第八章 运动目标检测及测速
概述 雷达要探测的目标，通常是运动着的物体，
例如空中的飞机、导弹，海上的舰艇，地面的车 辆等。但在目标的周围经常存在着各种背景，例 如各种地物、云雨、海浪及敌人施故的金属丝干 扰等。这些背景可能是完全不动的，如山和建筑 物，也可以是缓慢运动的。如有风时的海浪和金 属丝干扰，一般来说，其运动速度远较目标为小。 这些背景所产生的回波称为杂波或无源干扰。
第八章 运动目标检测及测速
本章主要内容 1）多卜勒效应及其在雷达中的应用 2）动目标显示(MTI)雷达的工作原理及主要组成 3）回波和杂波的频谱及动目标滤波器 4）动目标显示(MTI)雷达的工作质量及质量指标 5）动目标检测（MTD) 6）速度测量
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
第八章 运动目标检测及测速
tr 2Rc(t)2c(R0vrt)
0 tr 02 c(R 0 v rt) 22 (R 0 v rt)
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21
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第八章 运动目标检测及测速 多卜勒频率正比于相对运动的速度而反比于工
作波长。当目标飞向雷达站时，勒频率为正值， 接收信号频率高于发射信号频率。而当目标背离 雷达站飞行时勒频率为负值，接收信号频率低于 发射信号频率。
第八章 运动目标检测及测速
2.窄带信号时的多卜勒效应
fd
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第八章 运动目标检测及测速
8. 1.2 多卜勒信息的提取
fd
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两者相差的百分比是很小的。因此要从接收
信号中提取多卜勒频率需要采用差拍的方法，即
设法取出f0和fr的差值fd。
第八章 运动目标检测及测速
空间传播时它等于光速;k为回波的衰减系数。
第八章 运动目标检测wenku.baidu.com测速
■如果目标固定不动，则距离R为常数。回波与 发射信号之间有固定相位差
0 tr 2f0 .2 R /c ( 2/) 2 R
它是电磁波往返于雷达与目标之间所产生的相 位滞后。 ■当目标与雷达站之间有相对运动时，则距离R 随时间变化。设目标以匀速相对雷达站运动。 则在时间t时刻，目标与雷达站间的距离R(t)为
下面研究当雷达与目标有相对运动时，雷达站接收信 号的特征。
1.雷达发射连续波的情况
这时发射信号可表示为: s(t)Acos(0t)
在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号为:
s r k s ( t tr) k A c o s [0 ( t tr )]
R式为中目：标t和r 雷2达R站/ c间的为距回离波;滞c为后电于磁发波射传信播号速的度时，间在，自其由中
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
■对运动目标回波而言，相位差随时间t改变，其变
化情况由目标径向运动速度vr及雷达工作波长决
定。
2 R (t) 2
0 tr0
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2 (R 0 v rt)
合成矢量为基准电压Uk以及回波信号相加，经检波 及隔去直流分量后得到脉冲信号的包络为：
U 0 m c o s U 0 m c o s ( 2 c 0 R 0 d t ) U 0 m c o s (d t 0 )
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
■对于固定目标来讲，相位差是常数，
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0
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合成矢量的幅度不变化，检波后隔去直流分量可到 一串等幅脉冲输出。
多卜勒效应是指当发射源和接收者之 间有相对径向运动时，接收到的信号频率 将发生变化。这一物理现象首先在声学上 由物理学家克里斯顿.多卜勒于1842年发现。 1930年左右开始将这一规律运用到电磁波 范围。雷达应用日益广泛及对其性能要求 更加提高，推动了利用多勒卜效应来改善 雷达工作质量的进程。
第八章 运动目标检测及测速
（3）而频闪效应则是指当脉冲工作状态时，相位 检波器输出端回波脉冲串的包络调制频率Fd，与目标运动 的径向速度vr不再保持正比关系。此时如用包络调制频率 测速时将产生测速模糊。
多卜勒频率可以直观地解释为:振荡源发射的电 磁波以恒速c传播，如果接收者相对于振荡源是不 动的，则他在单位时间内收到的振荡数目与振荡 源发出的相同，即二者频率相等。如果振荡源与 接收者之间有相对接近的运动，则接收者在单位 时间内收到的振荡数目要比他不动时多一些，也 就是接收频率增高，当二者作背向运动时，结果 相反。
包络检波器输出正比于合成信号振幅。对于固定 目标,合成矢量不随时间变化，检波器输出经隔直 流后无输出。
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
而运动目标回波与基准电压的相位差随时间按 多卜勒频率变化。即回波信号矢量围绕基准信号矢 量端点以等角速度旋转，这时合成矢量的振幅为
U U 0 U rcos(dt 0)
1.连续波多卜勒雷达
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
第八章 运动目标检测及测速
1.连续波多卜勒雷达
1)对于固定目标信号，由于它和基准信号的相位差
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保持常数，故混合相加的合成电压幅度亦不改变。 当回波信号振幅Ur远小于基准信号振幅U0时，从 矢量图上可求得其合成电压为:
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经相位检波器取出二电压的差拍。通过隔直流电 容器得到输出的多卜勒频率信号为
U U rcos(dt0)
在检波器中，还可能产生多种和差组合频率，可 用低通滤波器取出所需要的多卜勒频率送到终端指 示(例如频率计)，即可测得目标的径向速度值。
第八章 运动目标检测及测速
2. 脉冲工作状态时的多卜勒效应
第八章 运动目标检测及测速
即回波脉冲的包络调制频率为多卜勒频率。这相当 于连续波工作时的取样状态，在脉冲工作状态时， 回波信号按脉冲重复周期依次出现，信号出现时 对多卜勒频率取样输出。
8.1.3盲速和频闪
（1）当雷达处于脉冲工作状态时，将发生区别于连 续工作状态的特殊问题，即盲速和频闪效应。
（2）所谓盲速，是指目标虽然有一走的径向速度 vr，但若其回波信号经过相位检波器后，输出为一串等幅 脉冲。与固定目标的回波相同，此时的目标运动速度称为 盲速。
第八章 运动目标检测及测速
概述 雷达要探测的目标，通常是运动着的物体，
例如空中的飞机、导弹，海上的舰艇，地面的车 辆等。但在目标的周围经常存在着各种背景，例 如各种地物、云雨、海浪及敌人施故的金属丝干 扰等。这些背景可能是完全不动的，如山和建筑 物，也可以是缓慢运动的。如有风时的海浪和金 属丝干扰，一般来说，其运动速度远较目标为小。 这些背景所产生的回波称为杂波或无源干扰。
第八章 运动目标检测及测速
本章主要内容 1）多卜勒效应及其在雷达中的应用 2）动目标显示(MTI)雷达的工作原理及主要组成 3）回波和杂波的频谱及动目标滤波器 4）动目标显示(MTI)雷达的工作质量及质量指标 5）动目标检测（MTD) 6）速度测量
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