第2章脈沖雷達ppt課件

1、現(xiàn) 代 雷 達 技 術(shù)第第2 2章章 脈沖雷達脈沖雷達第2章 脈沖雷達本章介紹 本章簡介本章簡介 脈沖雷達測距脈沖雷達測距 最優(yōu)濾波最優(yōu)濾波 動目標(biāo)顯示動目標(biāo)顯示MTI雷達雷達 動目標(biāo)檢測動目標(biāo)檢測MTD雷達雷達 脈沖多普勒脈沖多普勒PD雷達雷達第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 脈沖雷達測距 脈沖延時法：最直接、應(yīng)用最廣的測距法 R = c tR/2， 1ms = 150m 簡單雷達 顯示器直接測讀 現(xiàn)代雷達 距離門波門選通發(fā)射脈沖近區(qū)地物回波目標(biāo)回波機械距離刻度標(biāo)尺llp圖 6.201020 3040 5060 70km具有機械距離刻度標(biāo)尺的具有機械距離刻度標(biāo)尺的 顯示器熒光屏畫面顯示器熒光屏畫

2、面第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 距離門測距距離門測距 測讀回波脈沖延時的距離增量單元）測讀回波脈沖延時的距離增量單元） 模擬雷達：按時間順序開閉的一組高速電子模擬雷達：按時間順序開閉的一組高速電子開關(guān)，每個開關(guān)開啟時間為一距離門開關(guān)，每個開關(guān)開啟時間為一距離門 數(shù)字雷達：采樣間隔為一距離門數(shù)字雷達：采樣間隔為一距離門匹匹配配濾濾波波1#1#門門2#2#門門K#K#門門距離門距離門匹配匹配濾波濾波模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換采樣距離門采樣距離門存儲器存儲器距離單元距離單元第2章 脈沖雷達RR0H地面目標(biāo)視在位置目標(biāo)真實位置脈沖雷達測距 脈沖雷達測距范圍 最小可測距離：脈寬t + 收發(fā)轉(zhuǎn)換時間 t0 最大不模

3、糊距離：脈沖重復(fù)周期 影響測距精度的因素 電波傳播速度變化 大氣折射：視在距離和真實距離)(210mintcRrTcR21max第2章 脈沖雷達 距離模糊距離模糊 雷達作用距離雷達作用距離 最大不模糊距離：距離模糊最大不模糊距離：距離模糊 若測得回波延遲若測得回波延遲 tR，PRT = Tr，模糊值，模糊值m R視在視在 = 0.5 c tR R真實真實= 0.5 c (mTr + tR)脈沖雷達測距10km10km60km60km110km110km50km50km第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 距離盲區(qū)距離盲區(qū) 收發(fā)共用天線雷達，在發(fā)射脈沖和收發(fā)轉(zhuǎn)換收發(fā)共用天線雷達，在發(fā)射脈沖和收發(fā)轉(zhuǎn)換期間

4、不接收信號：期間不接收信號：tB = t + t0 存在距離模糊時，存在距離模糊時，tB 所對應(yīng)的各真實距離處所對應(yīng)的各真實距離處的目標(biāo)將被屏蔽，形成距離盲區(qū)，寬度的目標(biāo)將被屏蔽，形成距離盲區(qū)，寬度 0.5 c tB 若目標(biāo)回波延時正好是若目標(biāo)回波延時正好是PRT的整數(shù)倍，則該的整數(shù)倍，則該目標(biāo)將落在距離盲區(qū)內(nèi)而不被發(fā)現(xiàn)目標(biāo)將落在距離盲區(qū)內(nèi)而不被發(fā)現(xiàn)第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 解距離模糊方法 多重脈沖重復(fù)頻率法 可得到更大的不模糊距離 可解決發(fā)射脈沖遮擋造成的距離盲區(qū)問題 示蹤脈沖法給各脈沖加標(biāo)簽） 脈沖舍棄法舍去脈沖串中的一個脈沖）)( :)(,2121aNNfffaNfNffrrrrrr

5、第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 多重PRF解距離模糊 雷達以 fr1 和 fr2 為PRF交替發(fā)射相參脈沖串，目標(biāo)回波的真實延時 tR 為n1 和 n2 分別為用 fr1 和 fr2 時的測距模糊數(shù)。通常取 a = 1，那么 n1 = n2 或 n1 = n2 1)/(/21222111aNfNfffntfnttrrrrrR2122111 , 0, 1rrrrRffftftt第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 幻影幻影Ghost） 若有兩個同向同速的目標(biāo)出現(xiàn)在不同的距離若有兩個同向同速的目標(biāo)出現(xiàn)在不同的距離上，采用兩重上，采用兩重PRF解距離模糊時將出現(xiàn)配對解距離模糊時將出現(xiàn)配對模糊，即有兩組配對方式

6、，一組是真實的，模糊，即有兩組配對方式，一組是真實的，另一組則為幻影。另一組則為幻影。 例：例： fr1： 兩個目標(biāo)兩個目標(biāo)R視在視在11 R視在視在12 fr2： 兩個目標(biāo)兩個目標(biāo)R視在視在21 R視在視在22 配對配對1： R視在視在11 R視在視在21 R視在視在12 R視在視在22 配對配對2： R視在視在11 R視在視在22 R視在視在12 R視在視在21 增加第三重增加第三重PRF可去幻影可去幻影第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 中國余數(shù)定理孫子點兵定理解模糊中國余數(shù)定理孫子點兵定理解模糊 真實距離真實距離 Rc = (C1A1+C2A2+C3A3) mod(m1m2m3) 其中其中

7、Ai 為模糊視在間隔為模糊視在間隔mi 為為PRF比值比值 C1 = b1m2m3 ; C2 = b2m1m3; C3 = b3m1m2b1 是使是使 b1m2m3 mod(m1) = 1 成立的成立的最小整數(shù)，最小整數(shù)，b2 和和b3 與此類似與此類似第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 例：設(shè)例：設(shè) m1 = 7, m2 = 8, m3 = 9; A1 = 3, A2 = 5, A3 = 7，Ai 為距離門序號，為距離門序號，t 為距離門寬度，則為距離門寬度，則有有m1m2m3 = 504b3 = 5, 578 = 280 mod 9 1， C3 = 280b2 = 7, 779 = 441 mo

8、d 8 1， C2 = 441b1 = 4, 489 = 288 mod 7 1， C1 = 288 C1A1 + C2A2 + C3A3 = 5029 得不模糊距離門序號得不模糊距離門序號 Rc = 5029 mod 504 = 493 目標(biāo)真實距離為目標(biāo)真實距離為 R = 0.5Rc ct = 246.5 ct第2章 脈沖雷達最優(yōu)濾波 最優(yōu)濾波器的頻率響應(yīng)最優(yōu)濾波器的頻率響應(yīng) HM( f )：單脈沖波形匹配濾波：單脈沖波形匹配濾波 HC( f )：多脈沖雜波對消：多脈沖雜波對消 HM2( f )：窄帶多普勒濾波，脈沖串相參積：窄帶多普勒濾波，脈沖串相參積累累窄帶多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：

9、窄帶多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：- fr / 2 fr / 2 空域處理或空域濾波時域濾波多普勒處理波形匹配)()()()()()(),(sGsGsGfHfHfHsfHRTCMCM第2章 脈沖雷達最優(yōu)濾波 匹配濾波器 白噪聲背景中檢測信號的最佳線性濾波器，其傳輸函數(shù)是輸入信號頻譜的復(fù)共軛， 脈沖響應(yīng)是輸入信號的鏡像函數(shù) 匹配濾波器的輸出SNR在時刻 t0 達到最大 N0 是輸入噪聲譜密度，E是輸入信號能量)()(,)()(0*0ttsktheSkHtj0max2)(NENSdttsdffSE22| )(| )(|第2章 脈沖雷達ttTrcos(dt0)uuUrUkUinUr2UkUr100動目

10、標(biāo)顯示雷達 動目標(biāo)顯示MTI雷達 目標(biāo)相對徑向速度 vr，多普勒頻移 fr = 2vr/l 單路解調(diào)后，脈沖串被多普勒頻率調(diào)幅 正交雙通道I、Q處理無盲相第2章 脈沖雷達動目標(biāo)顯示雷達 MTI雷達原理 固定目標(biāo)：等幅脈沖串，脈間相差0 運動目標(biāo)： 調(diào)幅脈沖串，脈間相差 2p fdTr相鄰脈沖相減濾除固定雜波，保留運動目標(biāo) 濾除固定雜波后，原來被強雜波背景淹沒的運動目標(biāo)回波信號將在終端顯示器上顯現(xiàn)出來，故稱動目標(biāo)顯示 一次相消器，（運動雜波抑制濾波器）rdjTfzezH2,1)(1第2章 脈沖雷達動目標(biāo)顯示雷達第2章 脈沖雷達00fff單路相位檢波頻譜折疊正交雙通道處理等效頻譜中頻信號復(fù)頻譜0f

11、i fi動目標(biāo)顯示雷達 脈沖雷達發(fā)射信號頻譜 等幅脈沖串：被 sinc 函數(shù)調(diào)幅的周期線譜 天線方向圖調(diào)幅脈沖串：被 sinc 函數(shù)調(diào)幅的周期帶狀譜。復(fù)雜目標(biāo)：頻譜展寬 運動目標(biāo)回波將發(fā)射信號頻譜搬至( f0 +fd ) 正交雙通道處理：單邊低通濾波第2章 脈沖雷達動目標(biāo)顯示雷達m(t)um(t)tt0f0fdf0fdffUm( f )M( f )000(a)(b)(c)(d )ffff0fd 2 frf0fdfrf0fdf0fdfrf0fd 2 fr000f0中 頻 譜相 干 電 壓視 頻 譜fdfrfdfdfdfrfdfrfd 2frfd 3frnfr265.0第2章 脈沖雷達(a)固定雜

12、波MTI濾波氣象雜波 動目標(biāo)回波fr1T00雜波剩余r1Tf氣象雜波動目標(biāo)回波(b)MTIMTI動目標(biāo)檢測雷達 動目標(biāo)檢測MTD） MTI 雷達改善因子一般在 20dB 左右 窄帶多卜勒濾波器組：一組相鄰且部分重疊的濾波器組覆蓋整個多卜勒頻率范圍 白噪聲時，窄帶濾波器組使SNR提高 N 倍 MTD = MTI + 窄帶多卜勒濾波器組MTDMTD第2章 脈沖雷達遲延TrW1W2W3W4WN 求 和(a)輸出遲延Tr遲延Tr遲延Tr(N1)個遲延線輸入NT1NT201234567012fNT3NT4NT5NT6NT7T1)(1fHNT9 . 0(b)0動目標(biāo)檢測雷達 多卜勒濾波器組的實現(xiàn)方法 硬件

13、：N 抽頭橫向濾波器，各脈沖加權(quán)后求和 實踐：N點加窗DFT實現(xiàn)，第 k 個濾波器中心頻移：NfkfNkffrdrd22橫向濾波器橫向濾波器(n = -N/2-1, ,-1,0,1,N/2)第2章 脈沖雷達動目標(biāo)檢測雷達 加窗加窗FFT實現(xiàn)多卜勒濾波器組實現(xiàn)多卜勒濾波器組 問題：由問題：由DFT實現(xiàn)的窄帶濾波器的頻譜副瓣實現(xiàn)的窄帶濾波器的頻譜副瓣較高，如第一副瓣峰較高，如第一副瓣峰-13.2dB，副瓣滲入的，副瓣滲入的強雜波或強干擾剩余剩余仍然很強，導(dǎo)致通強雜波或強干擾剩余剩余仍然很強，導(dǎo)致通帶內(nèi)的信雜比較低，不利于檢測較弱的運動帶內(nèi)的信雜比較低，不利于檢測較弱的運動目標(biāo)目標(biāo) 越靠近雜波中心的

14、濾波器，副瓣滲漏影響越越靠近雜波中心的濾波器，副瓣滲漏影響越大大 解決方案：先對消主雜波，再進行加窗解決方案：先對消主雜波，再進行加窗DFT 加窗目的：壓低窄帶濾波器副瓣加窗目的：壓低窄帶濾波器副瓣 相參脈沖數(shù)：通常相參脈沖數(shù)：通常2的冪次的冪次+2，可利用，可利用FFT第2章 脈沖雷達動目標(biāo)檢測雷達 雜波圖 將雷達監(jiān)視空間分割成許多距離-方位單元，儲存在各個單元中的雜波強度構(gòu)成雜波圖 作用： 對中放增益控制：雜波強度隨距離快速變化 檢測0多普勒強目標(biāo)：MTI造成速度盲區(qū) 實現(xiàn)： Y(n) = (1-K1)X(n)+K1Y(n-1)11111)()()(zKKzHzXzY第2章 脈沖雷達動目標(biāo)

15、檢測雷達 多普勒模糊測速模糊）多普勒模糊測速模糊） 多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：- fr / 2 fr / 2 | fd | fr / 2 時，頻率混迭時，頻率混迭 = 多普勒模糊多普勒模糊 解模糊：多重解模糊：多重PRF配合中國余數(shù)定理，或配合中國余數(shù)定理，或HPRF 多個同距同向目標(biāo)解模糊，配對錯誤導(dǎo)致幻多個同距同向目標(biāo)解模糊，配對錯誤導(dǎo)致幻影影 多普勒盲區(qū)盲速多普勒盲區(qū)盲速 / 測速盲區(qū)）測速盲區(qū)） MTI對消器對消器 = 零多普勒附近成為多普勒盲零多普勒附近成為多普勒盲區(qū)區(qū) 多普勒模糊時，多普勒模糊時，k fr 附近的目標(biāo)速度稱為盲附近的目標(biāo)速度稱為盲速速

16、減少多普勒盲區(qū)大?。憾嘀販p少多普勒盲區(qū)大小：多重PRF ，或，或HPRF第2章 脈沖雷達動目標(biāo)檢測雷達 PRF選取選取 HPRF：測距模糊，測速不模糊，雜波強度：測距模糊，測速不模糊，雜波強度高高 LPRF：測距不模糊，測速模糊：測距不模糊，測速模糊 MPRF：測距、測速都有模糊，雜波強度下：測距、測速都有模糊，雜波強度下降降 間隔間隔-多普勒二維盲區(qū)多普勒二維盲區(qū) 8/3準(zhǔn)則：一種常用的多重準(zhǔn)則：一種常用的多重MPRF選擇方案，選擇方案，又稱又稱“3:8準(zhǔn)繩，即利用準(zhǔn)繩，即利用8個不同個不同PRF中的中的3個來檢測某一目標(biāo)回波以避開距離個來檢測某一目標(biāo)回波以避開距離-多普勒多普勒二維盲區(qū)二維盲區(qū) 在選取的在選取的3個個MPRF中，中，2個用來解模糊，第個用來解模糊，第3個用來去幻影個用來去幻影第2章 脈沖雷達動目標(biāo)檢測雷達 自適應(yīng)最佳濾波自適應(yīng)最佳濾波 相參脈沖序列相參脈沖序列S = s1 s2 sN T 最佳濾波器權(quán)值為最佳濾波器權(quán)值為 信雜比改善因子信雜比改善因子SWcopt1*optcTopt