雷达原理第八章运动目标检测PPT134页

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1、第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第八章第八章 运动目标检测运动目标检测电话电话:15182388504 V网网: 66286 西南科技大学国防科技学院西南科技大学国防科技学院黄传波黄传波角度测量角度测量主要内容主要内容u多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用u动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成u盲速、盲速、 盲相的影响及其解决途径盲相的影响及其解决途径u 回波和杂波的

2、频谱及动目标显示滤波器回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器u 动目标显示雷达的工作质量及质量指标动目标显示雷达的工作质量及质量指标u动目标检测动目标检测(MTD)u自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统u速度测量速度测量 MTDMTD滤波器组示意图滤波器组示意图8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.1 多普勒效应多普勒效应 1.雷达发射连续波的情况雷达发射连续波的情况这时发射信号可表示为发射信号可表示为 s(t) = A cos(0t + ) 式中, 0为发射角频率, 为初相; A为振幅。 在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号由目标反射的回波信号sr(t

3、)为为 (8.1.1) 式中, tr = 2R/c, 为回波滞后于发射信号的时间, k为回波的衰减系数。 如如果果目目标标固固定定不不动动, 则距离R为常数。回波与发射信号之间有固固定定相相位位差差0tr=2f02R/c = (2/) 2R, 它它是是电电磁磁波波往往返返于雷达与目标之间所产生的相位滞后于雷达与目标之间所产生的相位滞后。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 当当目目标标与与雷雷达达站站之之间间有有相相对对运运动动时时, 则距离R随时间变化。 设设目目标标以以匀匀速速相相对对雷雷达达站站运运动动, 则在时间t时刻, 目目标标与与雷雷达达站站间的距离间

4、的距离R(t)为为 R(t) = R0 - vrt 式中，R0 为 t=0 时的距离；vr为目标相对雷达站的径向运动速度。 由由目目标标反反射射的的回回波波信信号号sr(t)说说明明, 在在t时时刻刻接接收收到到的的波波形形sr(t)上的某点上的某点, 是在是在t-tr时刻发射的。时刻发射的。 由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁波速度c, 故时延tr可近似写为近似写为 (8.1.2)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 回波信号比起发射信号来回波信号比起发射信号来, 高频相位差高频相位差 是时间t的函数, 在径向速度在径向速度vr为常数时为常数时, 产

5、生频率差为产生频率差为 (8.1.3)这就是多普勒频率, 它正正比比于于相相对对运运动动的的速速度度而而反反比比于于工工作作波波长长。当当目目标标飞飞向向雷雷达达站站时时, 多多普普勒勒频频率率为为正正值值, 接接收收信信号号频频率率高高于于发发射射信信号号频频率率, 而当当目目标标背背离离雷雷达达站站飞飞行行时时, 多多普普勒勒频频率率为为负负值值, 接收信号频率低于发射信号频率接收信号频率低于发射信号频率。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 多多普普勒勒频频率率可可以以直直观观地地解解释释为为: 振荡源发射的电磁波以恒速c传播, 如如果果接接收收者者相相对对

6、于于振振荡荡源源是是不不动动的的, 则他他在在单单位位时时间间内内收收到到的的振振荡荡数数目目与与振振荡荡源源发发出出的的相相同同, 即即二二者者频频率率相相等等。如如果果振振荡荡源源与与接接收收者者之之间间有有相相对对接接近近的的运运动动, 则接接收收者者在在单单位位时时间间内内收收到到的的振振荡荡数数目目要要比比他他不不动动时时多多一一些些, 也就是接接收收频频率率增增高；当二者作背向运动时高；当二者作背向运动时, 结果相反结果相反。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2. 窄带信号时的多普勒效应窄带信号时的多普勒效应 常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心

7、频率)。 其发射发射信号可以表示为信号可以表示为 式中，Re表示取实部; u(t)为调制信号的复数包络; 0为发射角频率。 由目标反射的回波信号目标反射的回波信号sr(t)可以写成 (8.1.4) 当当目目标标固固定定不不动动时时, 回波信号的复包络有一固定迟延, 而高频则有一个固定相位差。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 当当目目标标相相对对雷雷达达站站匀匀速速运运动动时, 按式(8.1.2)近似地认为其延迟时间tr为 则式(8.1.4)的的回回波波信信号号表表示示式式说说明明, 回回波波信信号号比比起起发发射射信信号号来来讲讲, 复复包包络络滞滞后后tr,

8、 而而高高频频相相位位差差=-0tr=-2 (2/)(R0-vrt)是是时时间的函数间的函数。当速度vr为常数时, (t)引起的频率差为 称为多普勒频率多普勒频率, 即回波信号的频率比之发射频率有一个多普回波信号的频率比之发射频率有一个多普勒频移勒频移。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 附注附注: 从从式式(8.1.1)出出发发, 较较严严格格地地讨讨论论运运动动目目标标回回波波的的特特点点。在t时刻收到的回波是在t-tr时刻发射的, 而照照射射到到目目标标上上的的时时间间是是t=t - (1/2) tr, 照射时的目标距离目标距离为 (8.1.5) 往返往返

9、R(t)距离所需的时间正是目标的延迟时间距离所需的时间正是目标的延迟时间tr, 即 可解得结果可解得结果 (8.1.6) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 将tr代入式(8.1.1)可得运动目标回波为运动目标回波为 (8.1.7) 由式(8.1.7)可以看出, 运运动动目目标标回回波波信信号号的的角角频频率率变为 , 可化简并近似为化简并近似为 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 即信信号号角角频频率率的的变变化化值值d = (2vr/c) 0 = 2 2vr/, 为为多多普普勒勒频频移移。近似后的结果, 与常用的多普勒频率表达式(

10、8.1.3)相同。 对对于于窄窄带带发发射射信信号号而而言言, 要严格地讨论运动目标回波的特点, 可将式(8.1.6)代入式(8.1.4)后, 得到的结果是: (8.1.8) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 由式(8.1.8)可以讨论窄窄带带信信号号时时的的运运动动目目标标回回波波的的几几个个特特点点: (1) 由由指指数数项项, 信信号号角角频频率率已已变变为为 , 通常总满足c vr, 故角频率可作近似简化处理，得到信号角频率的变化量为 称为多普勒频率。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 (2) 对于复数包络对于复数包络u(

11、t)来讲来讲, 中的因子(c+vr)/(c-vr)表示信信号号在在时时间间轴轴上上的的增增长长或或压压缩缩。根据目标运动的方向可确定其是增长还是压缩。目目标标和和雷雷达达站站相相对对运运动动时时, vr为为正正值值, 相相当当于于波波形形在在时时间间轴轴上上压压缩缩, 而而在在频频率轴上频谱将展宽率轴上频谱将展宽。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 但在雷达的大多数应用情况下, 上述复包络变化的效应可以忽略。设设发发射射信信号号的的时时宽宽为为, 由由于于忽忽略略时时间间轴轴伸伸缩缩所引起的时间误差为时间误差为 当信号的带宽为当信号的带宽为f时时, 上述时间误差可

12、忽略的条件为时间误差可忽略的条件为 (8.1.9) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 这这个个条条件件是是经经常常满满足足的的, 例如若目标速度为10倍音速, vr=3.3103 m/s, 则2vr/c 210-5, 这样即使信号的时间带宽积f为1000数量级时, 不等式(8.1.9)仍能满足。以以上上讨讨论论均均忽忽略略了了目目标标加加速速度度引引起起的的影影响响。可以看出, 在在当当前前目目标标运运动动的的速速度度范围内范围内, 运动目标回波的表达式运动目标回波的表达式(8.1.4)可以近似为可以近似为 (8.1.10) 运运动动目目标标回回波波的的主主要要

13、特特征征是是其其中中心心频频率率偏偏移移多多普普勒勒频频率率, 其其它它影响均可忽略影响均可忽略。前面近似结果完全可以采用。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 回回波波信信号号产产生生的的多多普普勒勒频频移移可由发发射射站站到到目目标标的的距距离离Rt加加上由目标到接收站的距离上由目标到接收站的距离Rr随时间变化求得随时间变化求得： 在在单单基基地地雷雷达达情情况况下下, 引引起起多多普普勒勒频频移移的的是是雷雷达达和和目目标标连连线线方方向向的的径径向向速速度度vr。设目标运动方向与该连线的夹角为, 目标速度为v, 则径向速度分量vr为 (8.1.11) 8.

14、1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.2 多普勒信息的提取多普勒信息的提取 已经知道, 回波信号的多普勒频移fd正比于径向速度，而反比于雷达工作波长, 即 多多普普勒勒频频移移的的相相对对值值正正比比于于目目标标速速度度与与光光速速之之比比, fd的的正正负负值值取取决决于于目目标标运运动动的的方方向向。在多数情况下, 多普勒频率处于音频范围。例如当= 10 cm, vr= 300 m/s时, 求得fd = 6kHz 。而此时雷达工作频率f0 = 3000MHz , 目标回波信号频率为fr = 3000 MHz6kHz, 两者相差的百分比是很小的。因此要要从从接

15、接收收信信号号中中提提取取多多普普勒勒频频率率需需要要采采用用差差拍拍的的方方法法, 即即设设法法取取出出f0和和fr的的差差值值fd 。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 1. 连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达 为取出收发信号频率的差频, 可以在在接接收收机机检检波波器器输输入入端端引引入入发发射射信信号号作作为为基基准准电电压压, 在检检波波器器输输出出端端即即可可得得到到收收发发频频率率的的差差频频电电压压, 即多多普普勒勒频频率率电电压压。这时的基基准准电电压压通常称为相相参参(干干)电电压压, 而完成差频比较的检波器称为相相干干检检波波器器。相相干干检

16、检波波器器就是一种相相位位检检波波器器, 在在其其输输入入端端除除了了加加基基准准电电压压外外, 还有需要还有需要鉴别其差频率或相对相位的信号电压鉴别其差频率或相对相位的信号电压。 图 8.1(a) (c)画出了连续波多普勒雷达的原理性组成方框图、获取多普勒频率的差拍矢量图及各主要点的频谱图。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.1 连续波多普勒雷达原理框图连续波多普勒雷达原理框图(a) 组成框图组成框图; (b) 多普勒频率差拍矢量多普勒频率差拍矢量; (c) 频谱图频谱图 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 发射机产生频

17、率为f0的等幅连续波高频振荡, 其中绝绝大大部部分分能能量量从发射天线辐射到空间, 很很少少部部分分能能量量耦合到接收机输入端作为基准电压。混混合合的的发发射射信信号号和和接接收收信信号号经经过过放放大大后后, 在在相相位位检检波波器器输输出出端端取取出出其其差差拍拍电电压压, 隔隔除除其其中中直直流流分分量量, 得得到到多普勒频率信号多普勒频率信号送到终端指示器。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 （1）固定目标）固定目标 对于固定目标信号, 由由于于它它和和基基准准信信号号的的相相位位差差=0tr保保持持常常数数, 故故混混合合相相加加的的合合成成电电压压幅

18、幅度度亦亦不不改改变变。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 包络检波器输出正比于合成信号振幅。对于固定目标对于固定目标, 合成矢合成矢量不随时间变化量不随时间变化, 检波器输出经隔直流后无输出检波器输出经隔直流后无输出。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 （2）运动目标）运动目标 运运动动目目标标回回波波与与基基准准电电压压的的相相位位差差随随时时间间按按多多普普勒勒频频率率变变化化。即回回波波信信号号矢矢量量围围绕绕基基准准信信号号矢矢量量端端点点以以等等角角速速度度d旋旋转转, 这时合成矢量的振幅为这时合成矢量的振幅为

19、经经相相位位检检波波器器取取出出二二电电压压的的差差拍拍, 通通过过隔隔直直流流电电容容器器得得到到输输出出的多普勒频率信号为的多普勒频率信号为 (8.1.12)在在检检波波器器中中, 还还可可能能产产生生多多种种和和差差组组合合频频率率, 可用低低通通滤滤波波器器取取出出所所需需要要的的多多普普勒勒频频率率fd送到终端指示(例如频率计), 即可可测测得得目标的径向速度值目标的径向速度值。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2. 脉冲工作状态时的多普勒效应脉冲工作状态时的多普勒效应 当雷达发射脉冲信号时, 和连续发射时一样, 运动目标回波信号中产生一个附加的多普

20、勒频率分量。所所不不同同的的是是目目标标回回波仅在脉冲宽度时间内按重复周期出现波仅在脉冲宽度时间内按重复周期出现。 图8.2画出了利用多普勒效应的脉冲雷达方框图及各主要点的波形图, 图中所示为多普勒频率fd小于脉冲宽度倒数的情况。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达 (a) 原理框图原理框图; (b) 主要波形图主要波形图;(c) A显画面显画面(对消前对消前) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达 (a) 原

21、理方块图原理方块图; (b) 主要波形图主要波形图;(c) A显画面显画面(对消前对消前) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达 (a) 原理方块图原理方块图; (b) 主要波形图主要波形图;(c) A显画面显画面(对消前对消前) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 和和连连续续波波雷雷达达的的工工作作情情况况相相类类比比: 发射信号按一定的脉冲宽度和重复周期Tr工作。由连续振荡器取出的电压作为接收机相位检波器的基准电压, 基基准准电电压压在在每每一一重重复复周周期期均均和

22、和发发射射信信号有相同的起始相位号有相同的起始相位, 因而是相参的因而是相参的。 相相位位检检波波器器输输入入端端所所加加电电压压有有两两个个: 连连续续的的基基准准电电压压uk，uk=Uksin(0t+0), 其频率和起始相位均与发射信号相同; 回回波波信信号号ur, ur = Ursin0(t-tr)+0 , 当当雷雷达达为为脉脉冲冲工工作作时时, 回回波波信信号号是是脉脉冲冲电电压压, 只只在在信信号号来来到到期期间间即即trttr+时时才才存存在在, 其它时间只有基准电压Uk加在相位检波器上。经经过过检检波波器器的的输输出信号为出信号为 (8.1.14) 8.1 多普勒效应及其在雷达中

23、的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 式中, U0为为直直流流分分量量, 为为连连续续振振荡荡的的基基准准电电压压经经检检波波后后的的输输出出, 而U0m cos则代代表表检检波波后后的的信信号号分分量量。在在脉脉冲冲雷雷达达中中, 由由于于回回波波信信号号为为按按一一定定重重复复周周期期出出现现的的脉脉冲冲, 因因此此, U0m cos表表示示相相位位检检波波器器输输出出回回波波信信号号的的包包络络。图8.3给出了相位检波器输出波形图。 对于固定目标来讲对于固定目标来讲, 相位差是常数, 合成矢量的幅度不变化, 检波后隔去直流分量可得到一串等幅脉冲输出。对对运运动动目目标标回回波波而而言言,

24、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。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.3 相位检波器输出波形相位检波器输出波形 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 合合成成矢矢量量为为基基准准电电压压Uk以以及及回回波波信信号号相相加加, 经检检波波及及隔隔去去直流分量后得到脉冲信号的包络为直流分量后得到脉冲信号的包络为 (8.1.15) 即回回波波脉脉冲冲的的包包络络调调制制频频率率为多多普普勒勒频频率率。这相相当当于于连连续续波波工工作作时时的的取取样样状状态态, 在脉冲工作状态时, 回回波波信

25、信号号按按脉脉冲冲重重复复周周期期依次出现依次出现, 信号出现时对多普勒频率取样输出信号出现时对多普勒频率取样输出。 脉冲工作时, 相邻重复周期运动目标回波与基准电压之间的相位差是变化的, 其变化量变化量为 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 相相邻邻重重复复周周期期延延迟迟时时间间的的变变化化量量tr=2R/c=2vrTr/c是是很很小小的的数数量量, 但当它它反反映映到到高高频频相相位位上上时时, =0tr就就会会产产生生很很灵灵敏敏的的反反应应。相参脉冲雷达利用了相邻重复周期回波信号与基准信号之间相位差的变化来检测运动目标回波, 相相位位检检波波器将高频的相

26、位差转化为输出信号的幅度变化器将高频的相位差转化为输出信号的幅度变化。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 脉冲雷达工作时, 单个回波脉冲的中心频率亦有相应单个回波脉冲的中心频率亦有相应的多普勒频移的多普勒频移, 但在在fd1/的条件下的条件下(这是常遇到的情况), 这个多普勒频移只使相位检波器输出脉冲的顶部产生畸变这个多普勒频移只使相位检波器输出脉冲的顶部产生畸变。这就表明要检测出多普勒频率需要多个脉冲信号要检测出多普勒频率需要多个脉冲信号。只有当只有当fd 1/时时, 才有可能利用单个脉冲测出其多普勒频率才有可能利用单个脉冲测出其多普勒频率。对于运动目标回波,

27、其重复周期的微小变化Tr = (2vr/c) Tr通常均可忽略。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.3 盲速和频闪盲速和频闪 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, 即盲速盲速和频闪效应频闪效应。 盲盲速速是指目标虽然有一定的径向速度vr, 但若其回回波波信信号号经经过过相相位位检检波波器器后后, 输输出出为为一一串串等等幅幅脉脉冲冲, 与与固固定定目目标标的的回回波波相相同同，此时的目目标标运运动动速速度度称为盲速。 频频闪闪效效应应是当脉冲工作状态时, 相位检检波波器器输输出出端端回回波波脉脉冲冲串串的包包络络调调制制频频率率

28、Fd, 与目目标标运运动动的的径径向向速速度度vr不不再再保保持持正正比比关关系系。此时如用包络调制频率测速时将产生测速模糊。 产产生生盲盲速速和和频频闪闪效效应应的的基基本本原原因因在在于于, 脉脉冲冲工工作作状状态态是是对对连连续续发发射射的的取取样样, 取样后的波形和频谱均将发生变化取样后的波形和频谱均将发生变化。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 由式(8.1.10)知, 当雷达信号为窄带信号时, 运动目标的雷运动目标的雷达回波达回波sr(t)为为 sr(t) =Reku(t-tr)expj(0+d)(t-t0) 式中，tr为复包络迟延, 而fd为高频的

29、多普勒频移。当当雷雷达达处处于于脉冲工作状态时脉冲工作状态时, 简单脉冲波形时的复调制函数脉冲波形时的复调制函数u(t)可写成 式中, rect表示矩形函数; 为脉冲宽度; Tr为脉冲重复周期。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 u(t)的的频频谱谱U(f)是是一一串串间间隔隔fr = 1/Tr的的谱谱线线, 谱谱线线的的包包络络取取决决于于脉脉冲冲宽宽度度的的值值。运动目标的回波信号是u(t-tr)和具有多普勒频移的连续振荡相乘, 因而其频谱是两者的卷积频谱是两者的卷积, 如图8.4(b)所示，相当于把U(f)的频谱中心分别搬移到f0+fd和-(f0+fd)的

30、位置上。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.4 脉冲工作时各主要点信号频谱脉冲工作时各主要点信号频谱(a)发射信号频谱发射信号频谱; (b) 接收信号频谱接收信号频谱; (c) 相参电压谱相参电压谱; (d) 相位检波输出相位检波输出谱谱 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 相相位位检检波波器器的的输输入入端端加有频频率率为为f0的的相相参参电电压压和回回波波信信号号电电压压, 在其输输出出端端得到两两个个电电压压的的差差频频, 如图8.4(d)所示, 其谱线的位置在nfrfd处, n=0, 1, 2, , 谱线的包络与U

31、(f)相同。 由由图图8.4的的频频谱谱图图可可以以看看出出脉脉冲冲信信号号产产生生“盲盲速速”的的原原因因: 固固定定目目标标时时，fd=0, 其其回回波波的的频频谱谱结结构构与与发发射射信信号号相相同同, 是是由由f0和和f0nfr的的谱谱线线所所组组成成。对对于于运运动动目目标标回回波波, 谱谱线线中中心心移移动动fd, 故故其其频频谱谱由由f0+fd、f0+fdnfr的的谱谱线线组组成成, 经经过过相相位位检检波波器器后后, 得得到到fd及及nfrfd的的差差频频, 其其波波形形为为多多普普勒勒频频率率fd调调幅幅的的一一串串脉脉冲冲。当当fd=nfr时时, 运运动动目目标标回回波波的

32、的谱谱线线由由nfr所所组组成成, 频频谱谱结结构构与与固固定定目标回波的相同目标回波的相同, 这时无法区分运动目标与固定目标这时无法区分运动目标与固定目标。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 从从图图8.4的的频频谱谱图图上上也也可可以以分分析析产产生生频频闪闪的的原原因因: 当当多多普普勒勒频频率率fd超超过过重重复复频频率率fr的的一一半半时时, 频频率率nfr的的上上边边频频分分量量nfr+fd与与频频率率(n+1)fr的的下下边边频频分分量量(n+1)fr-fd在在谱谱线线排排列列的的前前后后位位置置上上交交叉叉。两两个个不不同同的的多多普普勒勒频频率

33、率fd1和和fd2, 只只要要满满足足fd1=nfr-fd2, 则则二二者者的的谱谱线线位位置置相相同同而而无无法法区区分分。同同样样, 当当fd1=nfr+fd2时时, 二二者者的的频频谱谱结结构构相相同同也也是是显显而而易易见见的的。因此, 在相参脉冲雷达中, 如果要用相位检波器输出脉冲的包络频率来单值地测定目标的速度, 必须满足的条件是 (8.1.16) 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 盲速和频闪效应也可以从矢量图和相对应的波形图加以说明盲速和频闪效应也可以从矢量图和相对应的波形图加以说明。 1、关于盲速、关于盲速 从从矢矢量量图图8.5(a)可可以以看

34、看出出, 相相邻邻周周期期运运动动目目标标的的回回波波和基基准准电电压压之间相相位位差差的的变变化化量量为为=dTr, 根据的变化规律即可得到一一串串振振幅幅变变化化的的视视频频脉脉冲冲。当当=2时时, 虽虽然然目目标标是是运运动动的的, 但但相相邻邻周周期期回回波波与与基基准准电电压压间间的的相相对对位位置置不不变变, 其其效效果果正正如如目目标标是是不不运运动动的的一一样样, 这这就就是是盲盲速速。可求得盲速与雷达参数的关系。 当=2n, 即 =dTr =2n n=1, 2, 3, 时, 会产生盲速, 这时 fdTr = n 或 fd = nfr 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒

35、效应及其在雷达中的应用 图图 8.5 用矢量和波用矢量和波形图说明盲速和频形图说明盲速和频闪闪(a) 盲速说明盲速说明; (b) 频闪说明频闪说明; (c) Fa的变化规律的变化规律 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 因 fd = 2vr/, 所以盲速 盲盲速速的的出出现现的的原原因因是是取取样样系系统统的的观观察察是是间间断断而而不不是是连连续续的的。在在连连续续系系统统中中, 多多普普勒勒频频率率总总是是正正比比于于目目标标运运动动的的速速度度而而没没有有模模糊糊。但在在脉脉冲冲工工作作时时, 相相位位检检波波器器输输出出端端的的回回波波脉脉冲冲包包络络频频

36、率率只只在在多多普普勒勒频频率率较较脉脉冲冲重重复复频频率率低低时时(fd1/2fr)才能代表目标的多普勒频率才能代表目标的多普勒频率。在盲速时在盲速时, 即即在在重重复复周周期期内内, 目目标标走走过过的的距距离离正正好好是是发发射射高高频频振振荡荡半半波波长长的的整整数数倍倍, 由由此引起的高频相位差正好是此引起的高频相位差正好是2的整数倍。的整数倍。 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2、关于频闪效应、关于频闪效应 可可从从图图8.5(b)的的矢矢量量图图上上看看出出，当当相相邻邻重重复复周周期期回回波波信信号号的的相相位位差差=2n-时时, 在相相位位检

37、检波波器器输输出出端端的结果与与=时时是是相相同同的的, 差别仅为矢矢量量的的视视在在旋旋转转方方向向相相反反, 因此上述二种情况下, 脉脉冲冲信信号号的的包包络络调调制制频频率率相相同同。相相位位差差=2n+时时, 其相相位位检检波波器器输输入入端端合合成成矢矢量量与=完完全全一一样样, 因而其输出脉冲串的调制频率亦相同。当当=0时时表表现现为为盲盲速速现现象象,一般情况下0, 表表现现为为频频闪闪现现象象, 这时相位检波器输出脉冲包络调制频率与回波信号的多普勒频率不相等。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷

38、达中的应用 包络调制频率包络调制频率随着多普勒频率的增加多普勒频率的增加按雷达工作的重复频率雷达工作的重复频率周期周期性地变化性地变化。包络调制频率的最大值产生在包络调制频率的最大值产生在=2n-时时, 相应的多普勒多普勒频率为频率为nfr-(1/2)fr, 而这时的包络调制频率包络调制频率Fd=fr/2 。只有当只有当fdfr/2时时, 包络调制频率包络调制频率和多普勒频率多普勒频率才相等相等。图8.5(c)中画出了脉冲包络调制频脉冲包络调制频率率Fd变化规律曲线变化规律曲线, 它随着多普勒频率的增加而周期性变化随着多普勒频率的增加而周期性变化, 这就是频频闪效应闪效应。当当fd=nfr时时

39、, 包络调制频率包络调制频率Fd=0, 这就是盲速盲速。图图 8.6 高速目标高速目标(fd 1/)的多普勒效应的多普勒效应(a) 波形波形; (b) 频谱频谱 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 一、动目标显示雷达与普通雷达的主要区别一、动目标显示雷达与普通雷达的主要区别 当脉冲雷达利用多普勒效应来鉴别运动目标回波和固定目标回波时, 与普通脉冲雷达的差别是：有产生相干振荡电压的系统；用相干检波器代替普通振幅检波器，输出相干视频脉冲串；信号经相消设备后送到终端，显示运动目标回波脉冲 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 二、

40、动目标显示雷达的基本类型二、动目标显示雷达的基本类型1. 1. 中频全相参中频全相参( (干干) )动目标显示动目标显示 当雷达发射机采用主主振振放放大大器器时, 每次发射脉冲的初相由连续振荡的主主振振源源控控制制, 发射信号是全全相相参参的的, 即发射高频脉冲、本振电压、相参电压之间均有确定的相位关系。相相位位检检波波通常是在中频上进行的, 因为在超外差接收机中, 信号的放大主要依靠中频放大器。在中频进行相位检波, 仍能保持和高频相位检波相同的相位关系。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.7 中频全相参中频全相参(干干)动目标显示雷达方框图

41、动目标显示雷达方框图主振源为U0cos(0t+0)中频相参振荡器Uc cos(ct+c)和频回波信号为Urcos0(t-tr)+0回波与本振混频后中频信号: Urcosct+c+0tr8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 2. 2. 锁相相参动目标显示锁相相参动目标显示 当雷达发射机采用自自激激振振荡荡器器(如磁控管振荡器)时, 它的每每一一发发射射脉脉冲冲高高频频起起始始相相位位是是随随机机的的。因此，为了得到与发射脉冲起始相位保持严格关系的基基准准电电压压, 应该采用锁锁相相的的办办法法, 也就是使使振振荡荡电电压压的的起起始始相相位位受受外外加加电

42、电压压相相位位的的控控制制。原则上有两两种种锁锁相相的的办办法法: : 一一种种是是将发射机输出的高频电压加到相参振荡器去锁相; 另另一一种种是是将连续振荡的相参电压加到发射机振荡器去, 以控制发射脉冲的起始相位。后一种方法要求较大的控制功率, 因而在实际中用得较少。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.8 中频锁相的脉冲相参雷达方框图中频锁相的脉冲相参雷达方框图 本地振荡器 发射机输出 混频后取其差频作为锁相电压: 目标回波信号为:混频后得到中频信号:回波信号回波信号ur与基准电压比较相位位差只与基准电压比较相位位差只决定于决定于8.2 动

43、目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 对磁控管发射机的雷达, 如果后后面面用用数数字字信信号号处处理理, 则接接收收相相参参可用图8.9所示的方式。将将发发射射信信号号的的随随机机相相位位t测测量量出出来来, 并与送送到到数数字字对对消消器器前前的的接接收收信信号号相相位位r相相减减, 消消去去发发射射信信号号随随机机相相位位的的影影响响而而获获得得等等效效的的接接收收相相参参。发发射射信信号号经稳稳定定本本振振混混频频后获得中中频频发发射射脉脉冲冲, 而后以相相参参振振荡荡器器(COHO)的的电电压压为基准, 在正正交交相相位位检检波波器器中中相相参参检检波波,

44、 获得I与与Q两两路路基基带带输输出出,t的的信信息息包包含含在在基基带带输输出出中中, t = arctan Q/I。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.9 相位存储式接收相参相位存储式接收相参MTI 如如果果A/D变变换换器器的的精精度度足足够够, 则则这这种种方方式式的的接接收收相相参参所所能能得得到到的的对对消消结结果果将将优优于于通通常常所所用用的的锁锁相相相相参参振振荡荡器器。这是因因为为连续工作的相参振荡器, 其频率稳定性比每次发射脉冲均要被锁相而处于启断工作状态的相参振荡器要好得多。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成

45、动目标显示雷达的工作原理及主要组成 三、三、 消除固定目标回波消除固定目标回波 1. 相消设备特性相消设备特性由相位检波器输出的脉冲包络为 式中，为回波与基准电压之间的相位差回波与基准电压之间的相位差, 回波信号按重复周期Tr出现, 将回波信号延迟一周期回波信号延迟一周期后, 其包络为 u=U0 cosd(t-Tr)-0 (8.2.6) 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相消器的输出为两者相减, (8.2.7) 输出包络输出包络为一多普勒频率的正弦信号一多普勒频率的正弦信号, 其振幅振幅为 也是多普勒频率的函数。当当dTr/2 = n(n=1, 2,

46、 3)时时, 输输出出振振幅幅为为零零。这这时时的的目目标标速速度度正正相相当当于于盲盲速速。此时，运运动动目目标标回回波波在在相相位位检检波波器器的的输输出端与固定目标回波相同出端与固定目标回波相同, 因而经相消设备后输出为零因而经相消设备后输出为零, 如图 8.10 所示。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.10 迟延相消设备及其输出响应迟延相消设备及其输出响应(a) 组成框图组成框图; (b) 速度响应速度响应; (c) 频率响应特性频率响应特性 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相相消消设

47、设备备也也可可以以从从频频率率域域滤滤波波器器的的观观点点来来说说明明。下面求出相消设备的频率响应特性。输出为 网络的频率响应特性为 (8.2.8) 其频率响应特性如图8.10(c)所示。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相相消消设设备备等等效效于于一一个个梳梳齿齿形形滤滤波波器器, 其频率特性在f=nfr各点均为零。固固定定目目标标频频谱谱的的特特点点是是, 谱谱线线位位于于nfr点点上上, 因而在理想情况下, 通过相消器这样的梳齿滤波器后输出为零。当当目目标标的的多多普普勒勒频频率率为为重重复复频频率率整整数倍时数倍时, 其频谱结构也有相同的特

48、点其频谱结构也有相同的特点, 故通过上述梳状滤波器后无输出。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 2. 2. 数字式相消器数字式相消器 用数数字字迟迟延延线线代替模模拟拟迟迟延延线线是数字动目标显示(DMTI)的基本点。采用数字式对消器具有许多优点: 它稳定可靠, 平时不需要调整, 便于维护使用, 且体积小、重量轻。 此外， 数字式对消器还具有一些特点: 容容易易得得到到长长的的延延时时, 因而便于实现多脉冲对消, 以改善滤波器频率特性; 容容易易实实现现重重复复周周期期的的参参差差跳跳变变, 以消除盲速并改善速度响应特性; 容容易易和和其其它它数数字

49、字式式信信号号处处理理设设备备( (如如数数字字式式信信号号积积累累器器等等) )配配合合, 以提高雷达性能; 动动态态范范围围可可做做得得较大较大。总之, 它可以实现更为完善和灵活的信号处理功能。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.11 数字式相消器简单组成方框数字式相消器简单组成方框 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 模拟信号变为数字信号要经过时间取样时间取样和幅度分层幅度分层两步。以时钟脉冲控制以时钟脉冲控制取样保持电路取样保持电路对输入相参视频信号取样取样, 被时间量化的取样保持信号时间量

50、化的取样保持信号送到模数转模数转换电路换电路(A/D变换器变换器)进行幅度分层进行幅度分层, 转为数字信号输出。首先要把从相位检波首先要把从相位检波器输出的模拟信号变器输出的模拟信号变为数字信号为数字信号 数字信号的迟延可用存储器完成, 将将数数字字信信号号按按取取样样顺顺序序写写入入存存储储器器内内, 当当下下一一个个重重复复周周期期的的数数字字信信号号到到来来时时, 由由存存储储器器中中读读出出同同一一距距离离单单元元的的信信号号进进行行相相减减运运算算, 在输出端得到跨跨周周期期相相消消的的数数字字信信号号。这个数字信号可以很方便地用来作其它数字处理(例如积累、恒虚警等), 如果需要模拟

51、信号作显示, 则可将数字信号经过数模转换器, 变为模拟信号输出。 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 8.3.1 盲速盲速 1. 盲速以及消除盲速影响的方法盲速以及消除盲速影响的方法盲速在相邻两周期运动目标回波的相位差为相位差为2的整数倍的整数倍, 即 此n=1时为第一盲速, 要要可可靠靠地地发发现现目目标标, 应应保保证证第第一一盲盲速速大于可能出现的目标最大速度。大于可能出现的目标最大速度。 在均匀重复周期时, 盲盲速速和工工作作波波长长以及重重复复频频率率fr的关关系系是是确确定的

52、定的, 这两个参数的选择还受到其他因素的限制。 以3cm雷达为例, 如果最大测距范围为30km, 则其重复频率fr应小于5kHz, 由这个参数决定的第一盲速值vr01 = (/2) fr=75m/s, 这个速度远低于目前超音速目标的速度, 也就是说, 如如果果不不采采取取措措施施, 在在目目标标运运动动的速度范围内的速度范围内, 将多次碰到各个盲速点而发生丢失目标的危险将多次碰到各个盲速点而发生丢失目标的危险。 因此, 当雷达工作时, 采用两两个个以以上上不不同同重重复复频频率率交交替替工工作作(称为参差重复频率), 就可以改善“盲速”对动目标显示雷达的影响。8.3 盲速、盲相的影响及其解决途

53、径盲速、盲相的影响及其解决途径 2. 参差重复频率对动目标显示性能的影响参差重复频率对动目标显示性能的影响 设雷达采用两种脉冲重复频率fr1和fr2交替工作, 而fr1和fr2均满足最大不模糊测距的要求, 则在一次对消器的输出端其响应分别为2usin(fdTr1) 和 2usin(fdTr2), 只只有有在在两两种种重重复复频频率率上上均均出出现现盲盲速速而而输输出出为为零零时时, 才才等等效效于于参参差差后后的的“盲盲速速”vr0, 它所对应的多普勒频率为f d0, 这时要满足: 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 式中, n1、n2为整数。所以 如果选择Tr1

54、 = aT, Tr2 = b, 且a、b互为质数, 则合合成成第第一一盲盲速点产生于速点产生于n1=a, n2=b点处点处。 可以作出比较: 当当不不采采用用参参差差重重复复频频率率时时, 其平均重复周期Tr = (Tr1+Tr2)/2, 这时第一盲速值和其相应的多普勒频率值fd0为 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 采用参差后, 第一盲速对应的多普勒频率值为 (8.3.2) 这时, 可求得采用参差频率后采用参差频率后, 第一等效第一等效“盲速盲速”提高的倍数提高的倍数为 (8.3.3) 当采采用用N个个参参差差重重复复频频率率, 且且其其重重复复周周期期的的比

55、比值值为为互互质质数数(a1,a2,a3, , aN)时, 第一等效第一等效“盲速盲速”提高的倍数提高的倍数为 (8.3.4) 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 在实际工作中, 不仅要求第第一一等等效效盲盲速速值值要要尽尽可可能能覆覆盖盖目目标标可可能能出出现现的的速速度度范范围围, 而且要求在在该该速速度度范范围围内内响响应应曲曲线线比比较较平平坦坦。这两个要求实现起来常有矛盾, 需要选择合适的需要选择合适的参差数参差数和最佳的参差比最佳的参差比来解决。 以两个重复频率参差的情况来说, 盲速提高倍数愈多, 则合成曲线愈不平坦, 特别是第一凹点深度愈大, 这是不

56、希望的。改改进进的的办办法法是采采用用三三个个以以上上重重复复频频率率的的参参差差及及好好的的参参差差比比来来得得到到较较好好的的速速度度响响应应特特性性。图8.12画出了几种不同情况下的速度响应, 横坐标为归一化的速度响应vr/vr0, k表示合成盲速比原盲速增大的倍数, 参差比不同时, k的值是不同的。 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 图图 8.12 参差周期时的速度响应曲线参差周期时的速度响应曲线 (a) 二参差二参差; (b) 三参差三参差 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 在 8.12(a)图 中 , 当Tr1/Tr2

57、 = 2/3时, 盲速提高为原来的2.5倍, 而当Tr1/Tr2 =7/8时, 盲速提高为原来的7.5倍, 但在原来第一盲速处输出较小, 速度响应不平坦。图8.12(b)是三参差周期, 其比值为313233的速度响应。可以看出，三参差可较二参差获得较平坦的响应曲线。 如果选用合适参差比的四参差时, 其速度响应将更为平坦。 8.3.2 盲相盲相 1. 点盲相和连续盲相点盲相和连续盲相 相位检波器输出经一次对消器后, 运动目标回波运动目标回波u已由式(8.2.7)得到 u= u-u= 2U0sin(fdTr)sin(dt-fdTr-0) 输出的振幅值大小为2U0sinfdTr, 与多普勒频率有关,

58、 其输输出出的的振振幅幅受受多多普普勒勒频频率率调调制制。在某些点上, 输出幅度为零, 这些点称为盲盲相相, 它由相位检波器的特性它由相位检波器的特性(见图见图8.15(a)决定决定。8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 图图 8.15 相检特性和相消器输出脉冲波形相检特性和相消器输出脉冲波形(a) 相检特性相检特性; (b) 相消器输出脉冲波形相消器输出脉冲波形 从相检特性上看, 如果相邻两个回波脉冲的相位相当于相检特性的相邻两个回波脉冲的相位相当于相检特性的a、c二点二点, 其相位差虽不同, 但却是一对相检器输出相等的工作点是一对相检器输出相等的工作点, 因此经

59、经过相消器过相消器后, 其输出为零输出为零而出现点盲相。8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 2. 正交双通道处理正交双通道处理(零中频处理零中频处理) 图图 8.17 正交双通道处理正交双通道处理 (a) 原理框图原理框图; (b) 矢量矢量8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 正交双通道处理正交双通道处理：一支路和基准电压cosit 进行相位检波, 称为同相支路同相支路I; 另一路和基准电压sinit进行相位检波, 得到正交支路正交支路Q, sinit 由cosit移相90得来。故输出值分别为a(t)cos(t) 和a(t) sin

60、(t)。 如如果果要要取取振振幅幅函函数数a(t)(中中频频矢矢量量值值), 则同同相相和和正正交交支支路路取取平平方方和和再再开开方方; 如如果果要要判判断断相相位位调调制制函函数数的的正正负负值值, 则需需比比较较I、Q两两支支路路的的相相对值来判断对值来判断。正交支路的输出也可以重新恢复为中频信号，如下所示： 即将零中频的I .Q分量分别与正交中频分量相重后组合即可。 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 8.6.1 限幅的影响和线性限幅的影响和线性MTI 1. 限幅的影响限幅的影响 早期动目标显示雷达的性能较差, 其改

61、善因子一般在20 dB左右, 而通常雷达收到的杂波强度比机内噪声高出20 dB以上, 例如50 dB甚至更强。因此通过对消器之后的杂波剩余功率c2为 (8.6.1) 式中，I为改善因子；Ci为输入杂波功率, Ni和No分别表示输入和输出的噪声功率。 而 即杂杂波波剩剩余余高高出出噪噪声声的的分分贝贝数数是是输输入入杂杂噪噪比比(分分贝贝)与与改改善善因因子子之之差差。在在强强杂杂波波时时, 大大的的杂杂波波剩剩余余将将使使检检测测虚虚警警明明显显增增大大及及终终端端饱饱和和。当时解决这个问题的办法是在在对对消消器器前前的的中中频频放放大大采采用用限限幅幅中中放放。限幅电平L的选择满足以下关系:

62、 式中，Ni为输入噪声。这样，相消器输出的杂波电平近似为噪声电平, 得到近似恒虚警的性能。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 中中放放限限幅幅也也会会带带来来一一些些不不利利的的因因素素:（1）限限幅幅会会使使强强杂杂波波背背景景上上的的运运动动目目标标信信号号受受到到损损失失, 波波形形产产生生失失真真, 并并妨妨碍碍后后续续的的信信号号处处理理, 个个别别情情况况还还可可能能产产生生连连续续盲盲相相。（2）限限幅幅作作用用会会使使杂杂波波的的相相关关性性减减弱弱, 杂杂波波谱谱展展宽宽。以硬限幅为例, 若输入杂波的相关系数为i(), 则输出杂波的相关系数o()为 (8.6.2) 上上

63、式式表表明明, 限幅作用使相关系数的图形变窄, 从而使杂波的梳状谱展宽, 特别是在高频端拖有长的“尾巴”, 深入到相消滤波特性的通带中去。加宽滤波特性的凹口宽度对抑制“尾巴”部分的杂波谱分量没有什么好处。因此采用限幅后会加大杂波剩余, 而且杂波谱的展宽对于后续的信号处理将带来不能弥补的损失。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 2. 线性线性MTI的实现的实现 由于雷达收到的杂杂波波回回波波强强度度很很大大, 为了避避免免产产生生限限幅幅, 就应当采采用用动动态态范范围围达达60dB或或80 90 dB的的高高频频和和中中频频放放大大器器。一般的高频放大器, 特别是中频放大器不可能有这样大

64、的动态范围, 只只有有借借助助于于增增益益控控制制。 在动目标检测系统中保证中频处于线性工作状态所用的增益控制有它的特殊性。增增益益控控制制电电压压应应随随着着输输入入杂杂波波的的强强度度成成比比例例地地变变化化。但杂波特别是地物杂波的情况是多变的。即使在一次扫描里, 距离单元不同, 杂波强度也可能有很大变化。因此，增增益益控控制制必必须须是是快快速速的的。此外, 由于要进行相消运算, 对对于于任任一一距距离离单单元元, 相相继继扫扫描描周周期期的的增增益益变变化化必必须须是是准确和已知的准确和已知的, 而且还必须把它储存下来, 以便在相消运算中加以考虑。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD

65、) 图图 8.35 用杂波图存储控制中放增益用杂波图存储控制中放增益(a) 杂波图存储的原理图杂波图存储的原理图; (b) 线性线性MTI的实现框图的实现框图 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 将雷达所监视的空间按距离和方位分割成许多空间单元，每一空间单元的距离长度相当于一个脉冲宽度或稍大些，方位宽度相当于半个波瓣宽度或更大些，每个空间单元的回波振幅分别加以储存。采用单回路反馈积累的办法。例例如如将新接收到的杂波值乘以1-K1, 然后和该空间单元的原存储值乘以K1相加后作为新的存储值。图图 8.33 用杂波图存储控制中放增益用杂波图存储控制中放增益(a) 杂波图存储的原理图杂波图存储的原

66、理图; (b) 线性线性MTI的实现框图的实现框图 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 地杂波图存储应该随着实际情况及时更新, 因为要用“时间单元平均”的杂波图作为检测切向飞行目标之用。“时时间间单单元元”平平均均，就就是是以以一一个个天天线线扫扫描描周周期期作作为为一一个个单单元元。每个空间单元里储存的应是多次天线扫描所得杂波的平均值估值。用用Z变变换换分分析析可可以以得得到到杂杂波波图图存存储的传输函数储的传输函数。因为Y(z)=(1-K1)X(z)+ K1Y(z)z-1, 故传输函数H(z)为 这是一个单极点系统, 其直流增益为1, 脉冲响应是指数式的, 所以它相相当当于于对对多多次

67、次扫扫描描(天天线线扫扫描描周周期期为为TA)作作指指数数加加权权积积累累, 然然后后取取得得杂杂波波的的平均值估值。平均值估值。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 天线扫过一个点目标时在方位上的相继回波数，称为击击中数中数 H H 8.6.1 多普勒滤波器组多普勒滤波器组 根据最佳线性滤波理论, 在杂波背景下检测运动目标回波, 除了杂杂波波抑制滤波器抑制滤波器H1(f)外, 还应串接有对脉冲串信号匹配的滤波器串接有对脉冲串信号匹配的滤波器H2(f), 而 式中，S(f)是运动目标回波的频谱, 则H2(f)是信号匹配滤波器的频响。 对于相参脉冲串来

68、讲, H2(f)又可以表示为 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 式中, H21(f)为单个脉冲的匹配滤波器为单个脉冲的匹配滤波器, 通常在接收机中放实现; H22(f)是梳齿形滤波器是梳齿形滤波器, 齿的间隔齿的间隔为脉冲重复频率fr, 齿的位置齿的位置取决于回波信号的多普勒频移, 而齿的宽度齿的宽度则应和回波谱线宽度相一致。 H22(f)是对相参脉冲串进行匹配滤波, 它利用了回波脉冲串的相参性而进行相参积累; 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 图图 8.36 动目标显示滤波器和多普勒滤波器组的特性动目标显示滤波器和多普勒滤波器组的特性(a) 动目标显示滤波动目标显示滤波; (b)

69、 多普勒滤波器组的特性多普勒滤波器组的特性 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 在实际工作中, 多普勒频移fd不能预知, 因此需要采用一组相邻且部分重叠的滤波器组, 覆盖整个多普勒频率范围, 这就是窄带多普勒滤波器组，如图8.36所示。 1. 多普勒滤波器组的实现方法多普勒滤波器组的实现方法 具有N个输出的横向滤波器(N个脉冲和N-1根迟延线), 经过各脉冲不同的加权并求和后, 可以做成N个个相相邻邻的的窄窄带带滤滤波波器器组组。该滤波器组的频率覆盖范围为0到到fr, fr为雷达工作重复频率。 式中，i表示第i个抽头; k表示从0到N-1的标记, 每一个k值对应一组不同的加权值, 相应地对

70、应于一个不同的多普勒滤波器响应不同的多普勒滤波器响应。权值：8.6 动目标检测动目标检测(MTD) (8.6.4)图图8.37 横向滤波器横向滤波器 a)组成组成 b) N=8时滤波器的频响时滤波器的频响每根迟延线的迟延时间Tr= 1/fr8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 横向滤波器按式(8.6.4)加权时的脉冲响应为 (8.6.5) 脉冲响应的傅里叶变换就是频率响应函数: (8.6.6) 滤波器振幅特性是频率响应取幅值, 即 (8.6.7) 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 滤滤波波器器的的峰峰值值产生于sin(fT-k/N)=0 或者(fT-k/N) = 0, , 2, ；当当

71、k=0时时, 滤滤波波器器峰峰值值位位置置为为f = 0, 1/T, 2/T, , 即该滤波器的中心位置在零频率以及重复频率的整数倍处, 这个滤滤波波器器通通过过没没有有多多普普勒勒频频移移的的杂杂波波, 因此对对地地杂杂波波没没有有抑抑制制能能力力。 然而, 它它的的输输出出在在某某些些MTI雷雷达达中中可可以以作作提提供供杂杂波波地地图图之之用用。这个滤波器的第一个零点是当式(8.6.7)分子第一次取零值时, 或f = 1/(NT)时。在第一对零点之间的频带宽度为2/(NT), 而半功率带宽近似为0.9/(NT)。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 当当k=1时时, 峰峰值值响响应应

72、产产生生在在f = 1/(NT)以以及及 f = 1/T + 1/(NT), 2/T+1/(NT), 等等。对对k=2, 峰峰值值响响应应时时的的f = 2/(NT) 依次类推。 因而每每一一个个k值值决决定定一一个个独独立立的的滤滤波波器器响响应应。全全部部的的滤滤波波器器响响应应覆覆盖盖了了从从零零到到fr的的频频率率范范围围, 由于信号的取样性质, 其余的频带按同样的响应周期覆盖, 因而会会在在频频率率上上产产生生模模糊糊。每个滤波器的形状和k=0时的相同, 只是滤波器的中心频率不同。图8.37(b)所示的滤波器有时称为相相参参积积累累滤滤波波器器, 因为通过该滤波器后, 它将N个个相相

73、参参进进行行脉脉冲冲积积累累, 使信号噪声比提高到N倍(对“白”噪声而言)。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 如果要同时得到N个滤波器的响应, 则图8.37(a)中横向滤波器的每一个抽头应该有N个分开的输出并有相应的加权, 其加权值由式(8.6.4)中令k=0至N-1分别得到。 产产生生N个个滤滤波波器器组组可可以以用用上上述述横横向向滤滤波波器器N组组抽抽头头分分别别加加权权的的办办法法, 这时需完成(N-1)2次乘法运算。但由式(8.6.4)亦可看出, 第k个滤波器完成的运算是 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) （8.6.8）式中, s(i-1）T为横向滤波器从输入开始各点的

74、信号值。式(8.6.8)就是进行离散傅里叶变换的表述式, 因此当当N是是2的的乘乘方方时时(例如N=2, 4, 8, 16, ), 可可以以用用快快速速傅傅里里叶叶变变换换(FFT)的的算算法法来来完完成成式式(8.6.8), 亦亦即即用用FFT实实现现N个个滤滤波波器器组组, FFT算法差不多只要做(N/2) log2N个乘法运算, 就可以明显地节省处理所需的运算量。 用横向滤波器来实现窄带滤波器组时, 可可以以不不采采用用式式(8.6.4)所所示示的的权权值值而而是是根根据据特特定定的的需需要要灵灵活活地地选选用用不不同同的的加加权权矢矢量量, 这样, 设计者就能根据要求在不同频率处设置特

75、性相异的滤波器。8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 2. 窄带滤波器组信号处理的优点窄带滤波器组信号处理的优点 (1)在在用用均均匀匀排排列列的的滤滤波波器器组组时时, 每每个个窄窄带带滤滤波波器器只只占占迟迟延延线线对对消消器器通通频频带带的的大大约约1/N宽宽度度, 因因而而其其输输出出端端的的信信噪噪比比有有相相应应的的提提高高。 对对于于“白白色色”噪噪声声(含含由由于于系系统统不不稳稳所所产产生生者者), 采用窄带滤波器组后信噪比应提高近N倍。对对于于有有色色杂杂波波(频频域域不不具具备备平平坦坦特特性性的的杂杂波波)来讲, 各个滤波器输出端的改善因子均有提高(与迟延对消器比较)

76、, 但提高的程度是不相同的: 越越靠靠近近杂杂波波中中心心的的滤滤波波器器, 其其改改善善程程度度愈愈差差; 杂杂波波谱谱越越宽宽, 各各滤滤波波器器的的改善程度也变差改善程度也变差。8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 但但要要注注意意到到, 杂杂波波不不仅仅由由各各滤滤波波器器的的主主瓣瓣进进入入, 而而且且未未加加权权的的滤滤波波器器由由于于其其副副瓣瓣值值较较高高(-13.2dB)而而副副瓣瓣的的频频率率位位置置又又处处于于强强杂杂波波处处, 这这时时由由副副瓣瓣进进入入的的杂杂波波将将明明显显地地降降低低其其改改善善因因子子。解解决决的的办办法法可可以以有有两两种种, 一一种种是是

77、在窄带滤波器组前面先采用对消器(一次或二次), 将杂波的主要部分滤去, 这样后接的滤波器组中通过副瓣进入的杂波明显减少, 各滤波器的改善因子会提高。 这种方法实际上常用, 因为滤去强杂波后, 滤波器组的动态范围可明显减小, 利于技术实现。第第二二种种办法是采用加权法降低各个滤波器的副瓣, 同样可以提高改善因子,所付代价是滤波器的主瓣有所加宽。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) (2)窄窄带带滤滤波波器器组组对对于于运运动动杂杂波波的的抑抑制制效效果果较较好好。 来自鸟群或气象的运动杂波, 其多多普普勒勒频频率率不不是是零零频频, 普普通通对对消消器器无无法法抑抑制制它它。如果不止一个运动

78、杂波同时出现, 则采用自适应滤波抑制也很困难。但这这种种运运动动杂杂波波可可能能出出现现在在窄窄带带滤滤波波器器组组中中的的某某一一滤滤波波器器内内, 而每每个个滤滤波波器器的的检检测测门门限限可可以以根根据据该该滤滤波波器器内内所所含含噪噪声声和和杂杂波波的的强强弱弱而而选选定定, 杂波强时门限值选得高, 这样就可可以以将将运运动动杂杂波波的的影影响响排排除除, 使之不影响出现于其它滤波器内的信号。 8.6 动目标检测动目标检测(MTD) 速速度度(频频率率)补补偿偿的的原原理理: 加到正交双通道相位检波器的中频杂波电压为sc(t), 经正交检波后输出的零中频杂波复电压Sc=Ic+jQc，等

79、于中中频频杂波杂波sc(t)与相参电压与相参电压e-jit相乘后滤去高频分量相乘后滤去高频分量, 可参考式(8.3.10)。 sc(t) =a(t)cos(it+(t)+0) t=tr+nTr; n=0, 1, 2, , N-1 (8.7.1) 式中，a(t)为杂波振幅;(t) =dct为运动杂波多普勒频移。相邻重复周期杂波回波之间的相位差 =dcTr 。 8.7.1 自适应速度补偿自适应速度补偿 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 如果将相参振荡电压的频率由i变化到i+dc, 则正交双通道输出为sc(t)e-j(i+dc)t。 这个杂波分量可以用普通MTI滤波器抑制。 8.7

80、自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 脉冲雷达工作时, 杂杂波波也也是是按按重重复复周周期期Tr在有限时间内出现, 故只需在杂波出现时间内相相参参振振荡荡器器输输出出电电压压附附加加所所需需的的移移相相量量即可消去杂杂波波回回波波中中由由于于多多普普勒勒所所产产生生的的附附加加相相移移。这这种种附附加加相相移移的的特特点点是是每每隔隔一一个个重重复复周周期期增增加加量量为为dcTr, 而以进入MTI处理的第一个脉冲为基准, 因此移相补偿适宜于组处理。数字移相器的相移量可以在不同距离上根据需要而改变, 故数字移相补偿适用于全距离量程上有多个不同多普勒频移杂波源的情况。 8.7 自适应动目标显

81、示系统自适应动目标显示系统 运运动动杂杂波波的的相相移移补补偿偿也也可可以以在在输输入入杂杂波波数数据据上上完完成成。当当估估计计出出杂杂波波相相移移量量dcTr后后, 对对正正交交相相位位检检波波器器输输出出进进行行相相应应的的补补偿偿。如果相参振荡器的频率和相位不变化, 则相位检波器输出端的杂波复数据相位检波器输出端的杂波复数据为 要对上述Sc进行补偿, 只需对此杂波数据进行如下复数乘法校正只需对此杂波数据进行如下复数乘法校正: (8.7.3) 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 自自适适应应的的关关键键是是实实时时地地估估计计出出杂杂波波的的多多普普勒勒频频移移dc或或相相

82、移移dcTr。下下面面以以高高斯斯型型杂杂波波谱谱C(f)为为例例进进行行讨讨论论(高斯谱与大多数分布杂波的谱形状很接近)。 (8.7.4) 式中，Pc为杂波功率；f为杂波谱宽的标准偏差；fdc为杂波的多普勒频移。 杂杂波波谱谱和和杂杂波波的的自自相相关关函函数数Rc()是是一一对对傅傅里里叶叶变变换换, 由此可获得杂波的自相关函数Rc()为 Rc() = Pc exp-2(f)2expj2fdc(8.7.5) 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 两个杂波回波在相邻重复周期Tr的复相关系数(Tr)可以写成 (8.7.6) 式中，exp(j2fdcTr)为杂杂波波多多普普勒勒频频移

83、移引引起起的的相相移移。在复相关系数(Tr)中包含了脉脉冲冲间间移移相相值值dcTr的信息, 复复相相关关系系数数可可在在一一次次对对消消器器相相邻邻周周期期的的杂杂波波复复回回波波中中获获得得, (Tr)所需的统计平均则由同同一一杂杂波波区区内内对对多多个个距距离单元内的数据求平均离单元内的数据求平均后得到。 (8.7.7) 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 式中，E表示统计平均得到期望值；Sc(Tr)为Sc相邻一个重复周期的杂波数据。由由(Tr)中提取相位量中提取相位量exp(jdcTr)作为自适应补偿的权值作为自适应补偿的权值。 图8.40所示为采用数据补偿的自适应MTI

84、框图。如图所示，杂杂波波的的多多普勒相移量普勒相移量由相邻重复周期的杂波取样值中获得由相邻重复周期的杂波取样值中获得, 然后在在杂杂波波区区多多个个距距离离单单元元内内求求平平均均而而获获得得其其期期望望值值。由平平均均后后的的cos及及sin两两项项中中可可求求出出相相移移量量 =dcTr 。送入累加器隔隔周周期期Tr累累加加依次获获得得累加后的相移量累加后的相移量 = n, n = 1, 2, 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 图图 8.40 数据补偿的开环自适应数据补偿的开环自适应MTI(对付固定和运动杂波对付固定和运动杂波) 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示

85、系统 送至杂波数据复乘校正的移相量为e-jdct(见式(8.7.3), 其中t=tr+nTr, 不失一般性，可令tr=0, 即校正相移量依次为e-jndcTr, n=1, 2, 。数据补偿在直角坐标进行, 因为 (8.7.8) 所需的校正权值分别为cosdcnTr = cos以及sindcnTr = sin, 如8.40框图所示。 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 补补偿偿后后的的杂杂波波数数据据相相当当于于将将运运动动杂杂波波谱谱中中心心移移到到零零频频处处, 故后面可接正常的正交双通道MTI滤波器。滤滤波波器器的的阶阶数数由由杂杂波波谱谱宽宽度度及及所所需需改改善善因子指标

86、决定因子指标决定。 因为杂杂波波多多普普勒勒相相移移的的估估值值及及相相应应运运算算均均需需要要时时间间, 所以被被补补偿偿校校正正的的杂杂波波回回波波数数据据必必须须有有一一个个对对应应的的迟迟延延，以便用估值出来的移相值对它们进行复乘运算。 图8.40框图中虚线所示的MTI滤波器, 是针对多普勒频移为零的地杂波而设置的。整个系统可以对付同一雷达分辨单元中有双杂波(地地杂杂波波和运动杂波运动杂波)的情况。 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 速速度度补补偿偿的的另另一一类类办办法法是是移移动动MTI滤滤波波器器的的凹凹口口, 使使凹凹口口对对准准运运动动杂波的多普勒频移杂波的多

87、普勒频移fdc, 此时杂波滤波器的传输函数为 H(z) = 1-ejz-1 (一次对消) = dcTr 复数滤波器所需的权值分别为cosdcTr和sindcTr, 其需用上面讨论过的自适应方法对运动杂波进行相移估计后才能得出。当当距距离离全全程程上上有有多多个个不不同同速速度度的的杂杂波波时时, 可可以以分分别别估估计计其其相相移移值值并并实实时时馈馈予予滤滤波波器器作作为为权权值值, 保证滤波器在不同距离段有相异的凹口位置。当当需需要要高高阶阶滤滤波波器器来来抑抑制制频谱较宽的运动杂波时频谱较宽的运动杂波时, 其复数滤波器的传输函数H(z)为 (8.7.9) 8.7 自适应动目标显示系统自适

88、应动目标显示系统 8.7.2 自适应最佳滤波自适应最佳滤波 最最佳佳MTI滤滤波波器器的的理理论论结结果果, 是是在在高高斯斯杂杂波波背背景景下下检检测测多多普普勒勒频频移移信信号号的的条条件件下下获获得得的的。一一种种准准则则是是假定所有可能出现的目标速度是均匀分布的, 在此约束条件下使杂波输出功率最小的滤波器称为最佳MTI滤波器, 即求平均改善因子最佳的滤波器。 第第二二种种准准则则是是假定目标径向速度为预先知道, 则把在高斯杂波背景下检测已知多普勒频率信号的似然比接收机作为最佳滤波器。为了覆盖所期待的目标速度范围, 最佳滤波器应由多普勒滤波器组组成。 8.7 自适应动目标显示系统自适应动

89、目标显示系统 根据最佳滤波理论根据最佳滤波理论, 在杂波环境中的最佳滤波器必须随杂波特性在杂波环境中的最佳滤波器必须随杂波特性而变化。而变化。注意到实际的杂波性质随环境具有多变性, 要获得接近最佳的滤波器来检测杂波中的目标, 均要求用自适应的方法均要求用自适应的方法, 首先对雷首先对雷达工作时的环境杂波特性予以估计达工作时的环境杂波特性予以估计, 然后根据杂波的实时估计值控然后根据杂波的实时估计值控制滤波器参数来实现自适应最佳滤波。制滤波器参数来实现自适应最佳滤波。8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 也也可可在在时时域域中中讨讨论论相相参参脉脉冲冲串串的的最最佳佳处处理理。用一组

90、复复加加权权值值置于相应的脉脉冲冲串串上上求求得得的的加加权权和和作为其输出, 该该加加权权值值就是所求的横向滤波器最最佳佳权权值值。当用似然比检测来求高斯杂波背景下的最佳检测器时, 可得以下结果: 设输入信号的相参脉冲序列为 S =s1 s2 sNT 式中 T表示转置。 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 脉冲雷达工作时, 杂杂波波的的特特性性可由N个个杂杂波波复复回回波波c的的协协方方差差矩矩阵阵c来表征, c的元素ij为 式中，E表示统计平均, ci、cj表示ti和tj时刻收到的杂波复回波。 已证明最佳滤波器的权值Wopt为 在在获获得得杂杂波波特特性性估估计计值值c后后,

91、 对于每每一一个个不不同同多多普普勒勒角角频频率率d的的目目标标均有相应的滤波器权值滤波器权值和信号信号/杂波改善因子杂波改善因子ISCR, (8.7.11) (8.7.10) 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 为了对各种可以检测到的目标多普勒频移均实现最佳滤波, 这种最佳滤波器应是一组覆盖所需多普勒频率范围的并行滤波器组覆盖所需多普勒频率范围的并行滤波器组。 求平均改善因子最佳的MTI滤波器, 获获得得最最佳佳的的基基础础也是实实时时估估计计出出杂杂波波的的协协方方差差矩矩阵阵c, 因为协方差矩阵c中包含了杂杂波波回回波波的的相相关关性性和功功率率谱谱的的全全部部信信息息。已

92、经证明, 最最佳佳MTI滤滤波波器器的的权权值值是杂杂波波协协方方差差矩矩阵阵最最小小特特征征值值所所对对应应的的特特征征函函数数, 而平平均均MTI改改善善因因子子等于最最小小特特征征值值的倒数的倒数。 8.7 自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统 8.9 速度测量速度测量 8.9.1 连续波雷达测速连续波雷达测速 当测出目标回波信号的多普勒频移fd后, 根据关系式fd=2vr/ 和雷达的工作波长, 即可换算出目标的径向速度vr。 1. 连续波雷达测速连续波雷达测速 连续波雷达测速的原理框图如图8.1所示。相位检波器输出经低通滤波器取出多普勒频率信号送到终端测量和指示。低低通通滤滤波波器

93、器的的通通频频带带应应为为f到到fdmax, 其低低频频截截止止端端用用来来消消除除固固定定目目标标回回波波, 同同时时应应照照顾顾到到能能通通过过最最低低多多普普勒勒频频率率的的信信号号; 滤滤波波器器的的高高频频端端fdmax则则应应保保证证目目标标运运动动时时的的最最高高多多普普勒勒频频率率能能够够通通过过。连续波测量时, 可以得到单值无模糊的多普勒频率值。 图图 8.1 连续波多普勒雷达原理框图连续波多普勒雷达原理框图(a) 组成框图组成框图; (b) 多普勒频率差拍矢量多普勒频率差拍矢量; (c) 频谱图频谱图 8.9 速度测量速度测量 限限制制简简单单连连续续波波雷雷达达(零零中中

94、频频混混频频)灵灵敏敏度度的的主主要要因因素素是是半半导导体体的的闪闪烁烁效效应应噪噪声声, 这种噪声的功率差不多和频率成反比, 因而在低频端即大多数多普勒频率所占据的音频段和视频段, 其噪声功率较大。当当雷雷达达采采用用零零中中频频混混频频时时, 相相位位检检波波器器(半半导导体体二二极极管管混混频频器器)将将引引入入明明显的闪烁噪声显的闪烁噪声， 因而降低了接收机灵敏度。 克克服服闪闪烁烁噪噪声声的的办办法法是是采采用用超超外外差差式式接接收收机机, 将将中中频频fi的的值值选选得得足足够够高高, 使使频频率率为为fi时时的的闪闪烁烁噪噪声声降降低低到到普普通通接接收收机机噪噪声声功功率率

95、的的数数量量级级以以下下。 8.9 速度测量速度测量 在图8.63中, 如果要测量多普勒频率的正负值, 则图中的二二次次检检波波器应采用正交双通道处理器应采用正交双通道处理，以避免单路检波产生的频谱折叠效应频谱折叠效应。 连续波多普勒雷达可用来发现运动目标并能单值地测定其径向速度。 利用天线系统的方向性可以测定目标的角坐标, 但简单的连续波雷达不能测出目标的距离。这这种种系系统统的的优优点点是是: 发射系统简单, 接收信号频谱集中, 因而滤波装置简单, 从干扰背景中选择动目标性能好, 可发现任一距离上的运动目标, 故适用于强杂波背景条件(例如在灌木丛中蠕动的人或爬行的车辆)。 由于最小探测距离

96、不受限制, 故可用于雷达信管, 或用来测量飞机、炮弹等运动体的速度。 8.9 速度测量速度测量 图图 8.63 连续波多普勒雷达方框图连续波多普勒雷达方框图(超外差式超外差式) 8.9 速度测量速度测量 2. 连续波多普勒跟踪系统连续波多普勒跟踪系统 1) 频频率率跟跟踪踪滤滤波波器器 跟跟踪踪滤滤波波器器的的带带宽宽很很窄窄(和和信信号号谱谱线线相相匹匹配配), 且且当当多多普普勒勒频频率率变变化化时时, 滤滤波波器器的的中中心心频频率率也也跟跟随随变变化化, 始始终终使使多多普普勒勒频频移移信信号号通通过过而而滤滤去去频频带带之之外外的的噪噪声声。图8.64画出了跟踪滤波器的组成方框图,

97、这就是一个自动频率微调系统。 输入入信信号号的的频频率率为为fi+fd(fi为固定目标回波的频率), 它与压压控控振振荡荡器器输输出出信信号号在混混频频器器差差拍拍后后, 经过放大器和滤波器送到鉴鉴频频器器。如如果果差差拍拍频频率率偏偏离离中中频频fz, 则鉴鉴频频器器将将输输出出相相应应极极性性和和大大小小的的误误差差控控制制电电压压, 经低低通通滤滤波波器器后送去控控制制压压控控振振荡荡器器的的工工作作频频率率, 一一直直到到闭闭环环系系统统工工作作达达到到稳稳定定, 这时压压控控振振荡荡器器的的输输出出频频率率接接近近于于输输入入频频率率和和中中频频之之和和。压压控控振振荡荡频频率率的的

98、变变化化就就代代表表了了信信号号的的多多普普勒勒频频率率, 因而从经过处理后的压控振荡频率中即可取出目标的速度信息。因而从经过处理后的压控振荡频率中即可取出目标的速度信息。 8.9 速度测量速度测量 图图 8.64 频率跟踪滤波器组成频率跟踪滤波器组成 8.9 速度测量速度测量 2) 锁锁相相跟跟踪踪滤滤波波器器 频率跟踪滤波器是一个一阶有差系统, 因为系统中没有积分环节。可以采用锁相回路来得到无稳态频偏的结果。相相位位差差是是频频率率差差积积分分的的结结果果, 只有频频率率差差等等于于零零时时才才能能得得到到固固定定的的相相位位差差。锁锁相相回回路路的的组组成成及及其其系系统统传传递递函函数

99、数如如图图8.65所所示示。设输输入入信信号号为为Uicos(i+i )t+i, 其相相角角增增量量为为i = i t +i; 而压压控控振振荡荡器器输输出出电电压压为为U0cos (0 + 0)t +0, 其其相相角角增增量量为为0 = 0t +0。鉴鉴相相器器的的输输出出是是输输入入相相角角i和和输输出出相相角角0之之差差的的函函数数, 当其相角较小时, 可用线性函数表示, 这时输出电压u1=Kd(i-0)。 8.9 速度测量速度测量 图图 8.65 锁相回路锁相回路 (a) 原理框图原理框图; (b) 系统传递函数系统传递函数 8.9 速度测量速度测量 由于频频率率是是相相位位的的导导数

100、数, 而误误差差电电压压u2直直接接控控制制压压控控振振荡荡器器的的频频率率, 故对对输输出出相相角角0来来讲讲, VCO相相当当一一个个积积分分环环节节。系系统统稳稳定定工工作作后后有有相相位位误差误差e=i-0而没有频率误差而没有频率误差。 因此，将将锁锁相相回回路路用用作作跟跟踪踪滤滤波波器器时时, 由由压压控控振振荡荡器器输输出出的的频频率率中中取取出出多多普普勒勒频频率率, 将没没有有固固定定的的频频率率误误差差。但用锁相回路时要求压控振荡器(VCO)的起始装定值更接近输入值, 且目标的运动比较平稳。 8.9 速度测量速度测量 8.9.2 脉冲雷达测速脉冲雷达测速 1. 多目标测速多

101、目标测速 和和连连续续波波雷雷达达测测速速不不同同之之处处在在于于, 取取样样工工作作后后信信号号频频谱谱和和对对应应窄窄带带滤滤波波器器的的频频响响均均是是按按雷雷达达重重复复频频率率fr, 周周期期地地重重复复出出现现, 因而将引起测测速速模糊模糊。为保证不模糊测速, 原则上应满足： 式中，fdmax为目标回波的最大多普勒频移, 即选选择择重重复复频频率率fr足足够够大大, 才才能能保保证证不不模模糊糊测测速速。因此在测速时, 窄带滤波器的数目N通常比用于检测的MTD所需滤波器数目要多。8.9 速度测量速度测量 有时雷达重复频率的选择不能满足不模糊测速的要求, 即由窄带滤波器输出的数据是模

102、糊速度值。 要得到真实的速度值, 就应在数据处理机中有相应的解速度模糊措施。解解速速度度模模糊糊和和解解距距离离模模糊糊的的原原理理和和方方法法是相同的是相同的。 8.9 速度测量速度测量 和和连连续续波波测测速速时时不不同同, 脉脉冲冲雷雷达达测测速速时时将将存存在在速速度度模模糊糊, 即跟跟踪踪回回路路不不是是跟跟在在中中心心谱谱线线而而是是跟跟在在旁旁边边的的谱谱线线上上, 压压控控振振荡荡器器输输出出的的频频率率增增量量f=fdnfr。因此首首先先要要判判断断是是否否有有模模糊糊。可可以以用用距距离离的的微微分分量量来来作作为为比比较较的的标标准准, 这个量作为速度虽然精度不高但却是单

103、值的, 只要其相应于多普勒频率的测量误差小于(1/2) fr, 即fd= (2/)vr(1/2) fr即可。8.9 速度测量速度测量 2. 单目标测速单目标测速脉冲多普勒跟踪系统脉冲多普勒跟踪系统 8.9 速度测量速度测量 将将测测距距系系统统送送来来的的微微分分量量和和测测速速回回路路的的输输出出量量加加以以比比较较, 求出测测速速回回路路的的模模糊糊值值n, 然后用适当的方式对对测测速速回回路路压压控控振振荡荡器器发发出出指指令令, 强制其频频率率突突变变nfr值值, 使得压压控控振振荡荡器器频频率率和和信信号号的的中中心心谱谱线线之之差差能能通通过过窄窄带带滤滤波波器器, 让系统跟跟踪踪

104、在在信信号号的的中中心心谱谱线线上上, 这样, 把压控振荡器的输出送到多普勒频率输出设备就可以读出不模糊的速度值。 第八章第八章 作业作业第八章第八章 作业作业第八章第八章 作业作业9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2024/9/72024/9/7Saturday, September 7, 202410、雨中黄叶树，灯下白头人。2024/9/72024/9/72024/9/79/7/2024 12:29:49 AM11、以我独沈久，愧君相见频。2024/9/72024/9/72024/9/7Sep-2407-Sep-2412、故人江海别，几度隔山川。2024/9/72024/9/72024/9/7

105、Saturday, September 7, 202413、乍见翻疑梦，相悲各问年。2024/9/72024/9/72024/9/72024/9/79/7/202414、他乡生白发，旧国见青山。07 九月 20242024/9/72024/9/72024/9/715、比不了得就不比，得不到的就不要。九月 242024/9/72024/9/72024/9/79/7/202416、行动出成果，工作出财富。2024/9/72024/9/707 September 202417、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2024/9/72024/9/72024/9/72024/

106、9/79、没有失败，只有暂时停止成功！。2024/9/72024/9/7Saturday, September 7, 202410、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2024/9/72024/9/72024/9/79/7/2024 12:29:49 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2024/9/72024/9/72024/9/7Sep-2407-Sep-2412、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2024/9/72024/9/72024/9/7Saturday, September 7, 202413、不知香积寺，数里入云峰。2024/9

107、/72024/9/72024/9/72024/9/79/7/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。07 九月 20242024/9/72024/9/72024/9/715、楚塞三湘接，荆门九派通。九月 242024/9/72024/9/72024/9/79/7/202416、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2024/9/72024/9/707 September 202417、空山新雨后，天气晚来秋。2024/9/72024/9/72024/9/72024/9/79、杨柳散和风，青山澹吾虑。2024/9/72024/9/7Saturday, September 7, 2

108、02410、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/9/72024/9/72024/9/79/7/2024 12:29:49 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。2024/9/72024/9/72024/9/7Sep-2407-Sep-2412、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2024/9/72024/9/72024/9/7Saturday, September 7, 202413、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2024/9/72024/9/72024/9/72024/9/79/7/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。07 九月 20242

109、024/9/72024/9/72024/9/715、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。九月 242024/9/72024/9/72024/9/79/7/202416、业余生活要有意义，不要越轨。2024/9/72024/9/707 September 202417、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/9/72024/9/72024/9/72024/9/7MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus. 感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉