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1、实验二ka波段主动探测器目标识别一、实验目的1、了解运动目标的探测原理；2、掌握多普勒频率的分析和计算。二、实验原理说明 （一）连续波多普勒探测器收发原理本实验ka波段主动探测器采用连续波多普勒体制，即发射不加调制的连续波, 利用多普勒效应工作的探测器，其探测原理框图如图1所示。图一 连续波多普勒主动探测器测试原理图我们知道，在探测器和目标接近的过程中，由于探测器和目标存在径向运动， 探测器发射的电磁波经目标反射之后被探测器接受一部分，接受的目标回波信号 与发射信号之间存在着一个随时间而变化的相位差，致使回波信号的频率不同于 发射信号的频率。这一现象就叫做多普勒效应。目标回波信号频率与发射频率
2、之 间的差频被称为多普勒频率。多普勒频率的大小和符号与探测器及目标之间的接 近速度有关。设连续波多普勒探测器发射的是未加调制的正弦信号，则多普勒频 率可表示为：f 2Vfd 丁0（1）式中： fd 多普勒频率；V R 接近速度；九0 工作波长。fd 在探测器与目标接近时为正值（接收信号频率高于发射信号频率），相远 离时为负值（接收信号频率低于发射信号频率）；二者若不存在相对运动，或接近速度为零时，fd亦为零。由此看出，回波信号的频率相对于发射信号变化了 一个多普勒频率，其数值大小与目标间的接近速度VR成正比，与发射源工作波长成反比。因此，我们可以利用连续波多普勒探测器来检测目标的运动速度，即接
3、近速度：VR = 20（2） 利用式子（2）还可以定距。1、多普勒信号的提取根据下式：3）即：02VRc4）可见，多普勒频率的相对值正比于接近速度VR与光速C之比，fd的正负值 取决于相对运动方向。一般来说，V c，所以相对多普勒频率f / f是很小的，Rd 0多处于音频范围。因此，要从接收信号中提取多普勒频率信号，一般可采用混频 后取其差频的方法，即|f - f =f。0 rd对于连续波多普勒探测器，通过天线发射未调制的连续正弦波，目标反射回 来的信号经天线接收，与发射源信号进行混频取出差频信号，如果探测器与目标 之间存在相对径向运动，相干检波后输出多普勒频率信号。二）连续波多普勒探测器测量
4、原理及组成1、接近速度的测量多普勒频率的测量连续波多普勒探测器可用于检测目标的运动速度，它首先测量的是目标与探 测器之间的径向速度分量即接近速度，V = 1 f九，然后再通过径向速度分量VR 2 d 0R与它同目标之间的夹角a，求得目标运动的速度V，故采用测定f，从而得到V。TdT2、测速原理及系统组成 本实验毫米波连续波多普勒探测器主要由天线、收发装置、多普勒信号放大 器、测频电路及蜂鸣器组成。由发射源（连续波振荡源）产生的等幅连续波高频振荡信号 f ，其绝大部 0分能量从发射天线辐射到空间，很少一部分能量（漏功率）耦合到接收机输入端 作为基准信号。当目标与探测器有相对运动时，a点发射信号和
5、b点回波信号经过混频得到c点输出信号，其中含有f，f 土 f，2f 土 f频率成分，由多普勒d 0 d 0 d信号放大器选出 f 频率信号，通过测频，获得与目标的接近速度信息。d3、测频的基本方法 无论是自差式、外差式还是超外差式测速系统，他们的信号处理电路的工作 原理是相同的，对于单一目标，他的多普勒频率在频域上是单一谱线，可采用以 下几种基本测频方法。（1） 计数法 计数法的实质就是按照频率定义来频率，即单位时间内信号周期的个数即为频率。计数法有较好的线性范围和很宽的频带范围，容易数字化，但对多普勒 信号要求很高，信噪比要求高，且对于频率较高的测量精度取决于数学器件 的转换速度，测频精度依
6、赖于闸门时间长短和精确度。（2）鉴频法 鉴频法的实质就是利用某些器件或电路对不同的频率的信号具有不同的电压传输比的性质，进行鉴频，即利用器件或电路频率特性进行测频。鉴频法测频速度快，适用于频率较高场合的测量，对于一定频率范围内 的多普勒信号幅值、信号规则性、信噪比的要求低，具有较高的灵敏度。输 出地电压信号可直接有示波器显示，但鉴频法测频范围小，电路不易调试， 且精度有限。（3）窄带滤波法 窄带滤波法的实质就是利用信号的频率特性进行测频，即采用窄带滤波器组，对于选定的几个频率点进行测量。（4）周期性 周期性的实质就是按照周期的定义来测量的，及信号周期的倒数即为频率。周期法与计数法相比，实质是相
7、同的，所不同的是选通闸门时间和被计 数的脉冲方波的位置互换了一下，因此，周期法更适合多普勒频率很低时的 测量。三、实验要求本实验为演示性实验，由于场地限制只在室内进行。 由于实验设备数量有限和受实验场地的限制，多组探测器一起工作将相互干 扰，影响实验效果，所以实验老师演示进行，学生须仔细观察并作记录，然后学 生再分组分批进行操作验证。四、实验设备和装置1、三角架，木制小车及轨道一套2、直流稳压电源1台；3、示波器1台；4、数字万用表1只；。五、实验方法和步骤1、将探测器固定在三角架上，注意目标中心与天线波束中心保持水平；2、将直流稳压电源两输出端口电压分别调至+ 18V和+ 9V （见实样），
8、并 数字万用表测量确定，然后关闭电源；3、通过两付电源夹子线接到探测器电源输入端；4、将探测器输出接到示波器，具体见样机；5、打开电源，等待探测器稳定；6、径向匀速拉动三角架，接近探测器装置运动，接近到一定距离时，探测 器蜂鸣器叫，观察示波器上显示的多普勒频率，测量目标与探测器的距离；7、加快运动速度，观察示波器上显示的多普勒频率，测量目标与探测器的 距离；8、更换目标（可预先准备几种不同大小或材料的目标），重复步骤6和7，比 较显示频率及蜂鸣器鸣叫时目标和探测器之间的距离；9、目标中心偏离天线波束中心，匀速拉动小车，至探测器蜂鸣器叫，观察 示波器上显示多普勒频率和目标与探测器距离；再次改变角
9、度，重复上述实验；10、将轨道平行放置，匀速拉动小车平行于探测器运动，即运动时目标与探 测器距离保持不变，无径向运动分量，观察多普勒频率；六、思考题1、从原理上分析同一目标沿探测器不同方向运动时，对多普勒频率及蜂鸣 报警距离的影响，并与实际数据相比较，分析误差原因；答:多普勒频率只与目标的接近速度有关，当同一目标以一定速度沿探测器 不同方向运动时，运动方向与天线波束夹角越小多普勒频率越大。如果采用简单 幅度定距法，定距距离与目标的运动方向关系不大，若是采用双支路微分定距法， 运动方向就与蜂鸣报警距离有关，运动速度一定的目标，运动方向与天线波束之 间的夹角越小，接近速度越大，定距距离就越大。2、
10、从原理上分析大小不同目标沿探测器不同方向运动时，对多普勒频率及 蜂鸣报警距离的影响，并与实际数据相比较，分析误差原因。答：多普勒频率只与目标的接近速度有关，与目标大小无关，不过目标的雷 达截面积较大时多普勒频率信号容易被探测到。如果采用简单幅度定距法，雷达 截面积大的目标的定距距离会比较远；若是采用双支路微分定距法，定距距离与 目标雷达截面积的大小无关，与目标的接近速度相关，因此运动速度一定的目标， 运动方向与天线波束之间的夹角越小，接近速度越大，定距距离就越大。3、说明采用毫米波作为探测工作频率的优缺点。答：毫米波具有抗干扰能力强、精度高、低仰角探测性能好、能够穿透等离 子体，可以应用于各种不同的气候环境下，所需的天线口径小，波束窄等优点。功率源输出功率和效率比较低，接收机混频器和传输线损失比较大，回波特 征的稳定性比较差（相对于光电探测）等缺点。
