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1、第 6 章 目标距离的测量,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；,主要内容及基本要求,雷达如何测距？ （1） 脉冲法 （2） 调频法,目标距离的测量,6.1 脉 冲 法 测 距,6.1.1 基本原理,R=0.15 tR,需要思考的问题！,用脉冲的哪里来作为 回波到达时刻? 有何区别？,显示器荧光屏画面,回波脉冲中心估计,注意：合回路的作用是什么？,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 有何特征？ （2）随机 误差 即使在完全消除系
2、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 有何特征？,怎么考虑测距中的误差？,c为电波传播速度平均值的误差; tR为测量目标回波延迟时间的误差。,R=0.15 tR,（1） 电波传播速度变化产生的误差,估算一下传播速度变化引起的误差,（2） 因大气折射引起的误差,大气层中电波的折射,（3）测读方法误差 直接从显示器上测量目标距离：显示器荧光亮点直径，刻度精度，人工测读时的惯性等。 自动测距时的测量误差：测距系统的结构，系统传递函数，噪声干扰等。,测距精度的理论极限,信号最大值出现的时延估值,式中，E为信号能量；N0为噪声功率谱密度；Be为信
3、号u(t)的均方根带宽，,时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方根带宽。,雷达系统 丁鹭飞,张平编,6.1.3 距离分辨力和测距范围,（1）距离分辨力：,同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。,d为光点直径; n为光点扫掠速度(cm/s)。,距离分辨力,估算一下对于一般雷达其单值测距最大范围是多少？,有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求, 例如远程雷达, 这时目标回波对应的距离R为 ：,m为正整数,6.1.4 判距离模糊的方法,（1） 多种重复频率判模糊,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。fr1和fr2具有公约频率，其为fr。,N和a为
4、正整数, 常选a=1, 使N和N+a为互质数。fr的选择应保证不模糊测距。,用二重复频率测距,n1, n2分别为用fr1和fr2测距时的模糊数。,或,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1000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，然后再用9去除，并都报出余数。 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3，4，5，答案是多少？）,?,以三种重复频率为例, 真实距离Rc为,Rc(C1A1+C2A2+C3A3) mod(m1m2m3),A1, A2, A3分别为三种重复频率测量
5、时的模糊距离; m1 , m2 , m3为三个重复频率的比值。,常数C1, C2, C3分别用下面三式表示：,C1=b1m2m3mod(m1)1 C2=b2m1m3mod(m2)1 C3=b3m1m2mod(m3)1,b1为一个最小的整数, 它被m2m3乘后再被m1除, 所得余数为1(b2, b3与此类似)。,例如: 设m1=7, m2=8, m3=9; A1=3, A2=5, A3=7,m1m2m3=504,b3=5 578=280 mod91， C3=280 b2=7 779=441 mod81， C2=441 b1=4 489=288 mod71， C1=288,C1A1+C2A2+C3
6、A3=5029,Rc5 029 mod504=493,为距离分辨单元所对应的时宽。,（2） “舍脉冲”法判模糊,(b) “舍脉冲”法判模糊,6.2 调 频 法 测 距,6.2.1 调频连续波测距,调频连续波雷达方框图,三角形波调制,调频雷达工作原理示意图,有测距模糊吗？,Tm为数百分之一秒,实际工作中,估计一下天空的飞机是否满足式子?,当反射回波来自运动目标, 其距离为R而径向速度为v时, 其回波频率fr为,(前半周正向调频范围),(后半周负向调频范围),调频连续波雷达的特点,调频连续波雷达的优点是: (1) 能测量很近的距离, 一般可测到数米, 而且有较高的测量精度。 (2) 雷达线路简单,
7、 且可做到体积小、重量轻, 普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。,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）。,峰值功率比平均功率大不了多少。 收发间难以完善隔离。,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) 收发间的完善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大小。发射机噪声的泄漏会直接影响接收机的灵敏度。,6.2.2 脉冲调频测距,脉冲调频测距原理 (a) 原理性方框图组成;,脉冲调频测距原理 (b)
8、信号频率调制规律;,6.3 距离跟踪原理,6.3.1 人工距离跟踪,操作员按照显示器上的画面，将电刻度对准目标回波。,电刻度及其在扫掠线上的位置,（1） 锯齿电压波法,锯齿电压波法产生移动指标,（2） 相位调制法,相位调制法产生移动指标,W不低于15KHz,6.3.2 自动距离跟踪,自动距离跟踪简化方框图,1. 时间鉴别器,时间鉴别器 (a) 组成方框图; (b) 各点波形,注意：比较电路是否一直有输出？,2. 控制器,控制器的作用是把误差信号u进行加工变换后, 将其输出去控制跟踪波门移动, 即改变时延t, 使其朝减小u的方向运动。设控制器的输出是电压信号E, 则其输入和输出之间可用下述通常函
9、数关系表示:,E=K2u,(6.3.2),u=K1(t-t),E=K2u=K1K2(t-t),当用锯齿电压波法产生移动指标时, 下式成立:,(6.3.3),将式(6.3.2)代入后得,t=K1K2K3(t-t),(6.3.4),(6.3.2),E=K2u=K1K2(t-t),跟踪脉冲绝不可能无误差地对准目标回波，这称为位置误差. 目标的距离越远(t较大), 跟踪系统的误差t=t-t越大。,如果控制器采用积分元件, 则可以消除位置误差, 这时候的工作情况为, 输出E与输入u之间的关系可以用积分表示,(6.3.5),综合式,(6.3.6),u=K1(t-t),如果将目标距离R和跟踪脉冲所对应的距离R代入上式,微分得,(6.3.7),3. 跟踪脉冲产生器,机电模拟式距离自动跟踪系统方框图,6.4 数字式自动测距器,数字式测距的基本原理,数字式测距 (a) 原理框图; (b) 波形图,数字式测距 (a) 原理框图; (b) 波形图,本章课后总结与练习,复习测距原理 区别连续波与脉冲雷达测距方法 阅读相关参考文献 王军等译雷达手册，电子工业出版社,Thank you for your attention,
