第2章脈沖雷達.

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 脈沖雷達測距脈沖雷達測距 脈沖延時法：脈沖延時法：最最直接直接、應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣的測距法的測距法 R = c tR/2，1m ms = 150m 簡單雷達簡單雷達顯示器直接測讀顯示器直接測讀 現(xiàn)代雷達現(xiàn)代雷達距離門（波門）選通距離門（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

2、.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開模擬雷達：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

3、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 脈沖雷達測距范圍脈沖雷達測距范圍 最小可測距離最小可測距離：脈寬：脈寬t t + 收發(fā)轉(zhuǎn)換時間收發(fā)轉(zhuǎn)換時間 t0 最大不模糊距離最大不模糊距離：脈沖重復(fù)周期：脈沖重復(fù)周期 影響測距精度的因素影響測距精度的因素 電波傳播速度變化電波傳播速度變化 大氣折射：視在距離和真實距離大氣折射：視在距離和真實距離)(210mintcRtrTcR21max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mR視在視在

4、= 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)換期收發(fā)共用天線雷達，在發(fā)射脈沖和收發(fā)轉(zhuǎn)換期間不接收信號：間不接收信號：tB = t t + t0 存在距離模糊時，存在距離模糊時，tB 所對應(yīng)的各真實距離處的目所對應(yīng)的各真實距離處的目標(biāo)將被屏蔽，形成標(biāo)將被屏蔽，形成距離盲區(qū)距離盲區(qū)，寬度，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，則該目的整數(shù)倍，則該目標(biāo)將落在距離盲區(qū)內(nèi)而不被

5、發(fā)現(xiàn)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 解距離模糊方法解距離模糊方法 多重脈沖重復(fù)頻率法多重脈沖重復(fù)頻率法 可得到更大的不模糊距離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）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）脈沖舍棄法（舍去脈沖串中的一個脈沖）)( :)(,2121aNNfffaNfNffrrrrrr第2章 脈沖雷達脈沖雷達測距 多重多重PRF解距離模糊解距離模糊 雷達以雷達以 fr1 和和 fr2 為為PRF交替發(fā)射相參脈沖串，目交替發(fā)射相參脈沖串，目標(biāo)回波

6、的真實延時標(biāo)回波的真實延時 tR 為為n1 和和 n2 分別為用分別為用 fr1 和和 fr2 時的測距模糊數(shù)。通時的測距模糊數(shù)。通常取常取 a = 1，則，則 n1 = n2 或或 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)在不同的距離上，若有兩個同向同速的目標(biāo)出現(xiàn)在不同的距離上，采用兩重采用兩重PRF解距離模糊時將出現(xiàn)配對模糊，解距離模糊時將出現(xiàn)配對模糊，即有兩組配對方式，一組是真實的，另一組則即有兩組配對方式，一組是真

7、實的，另一組則為幻影。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 增增加第三重加第三重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)定理中國余數(shù)定理（孫子點兵定理）解模糊（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 Ai 為模糊（視在）距離為模糊（視在）距離mi 為

8、為PRF比值比值 C1 = b1m2m3 ; C2 = b2m1m3; C3 = b3m1m2b1 是使是使 b1m2m3 mod(m1) = 1 成立的最小整數(shù)，成立的最小整數(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 t 為距離門寬度，為距離門寬度，則有則有m1m2m3 = 504b3 = 5, 578 = 280 mod 9 1， C3 = 280b2 = 7, 779 = 441 mod 8 1， C2 = 441b1 =

9、 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 t = 246.5 ct t第2章 脈沖雷達最優(yōu)濾波 最最優(yōu)優(yōu)濾波器的頻率響應(yīng)濾波器的頻率響應(yīng) HM( f )：單脈沖：單脈沖波形波形匹配濾波匹配濾波 HC( f )：多脈沖：多脈沖雜波雜波對消對消 HM2( f )：窄帶多普勒濾波，脈沖串相參積累窄帶多普勒濾波，脈沖串相參積累窄帶多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：窄帶多普勒濾波器組頻率覆蓋范圍：- f

10、r / 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，輸函數(shù)是輸入信號頻譜的復(fù)共軛， 脈沖響應(yīng)是脈沖響應(yīng)是輸入信號的鏡像函數(shù)輸入信號的鏡像函數(shù) 匹配濾波器的輸出匹配濾波器的輸出SNR在時刻在時刻 t0 達到最大達到最大 N0 是輸入噪聲譜密度，是輸入噪聲譜密度，E是輸入信號能量是輸入信號能量)()(,)()(0*0ttsktheSkHtj0max2

11、)(NENSdttsdffSE22| )(| )(|第2章 脈沖雷達tttTrcos(dt0)uuUrUkUinUr2UkUr100動目標(biāo)顯示雷達 動目標(biāo)顯示（動目標(biāo)顯示（MTI）雷達）雷達 目標(biāo)相對徑向速度目標(biāo)相對徑向速度 vr，多普勒頻移，多普勒頻移 fr = 2vr/l l 單路解調(diào)后，脈沖串被多普勒頻率調(diào)幅單路解調(diào)后，脈沖串被多普勒頻率調(diào)幅 正交雙通道（正交雙通道（I、Q）處理無盲相）處理無盲相第2章 脈沖雷達動目標(biāo)顯示雷達 MTI雷達原理雷達原理 固定目標(biāo)：等幅脈沖串，脈間相差固定目標(biāo)：等幅脈沖串，脈間相差0 運動目標(biāo)：運動目標(biāo)： 調(diào)幅脈沖串，脈間相差調(diào)幅脈沖串，脈間相差 2p p

12、fdTr相鄰脈沖相減濾除固定雜波，保留運動目標(biāo)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，動目標(biāo)回波信號將在終端顯示器上顯現(xiàn)出來，故稱故稱動目標(biāo)顯示動目標(biāo)顯示 一次相消器，（運動雜波抑制濾波器）一次相消器，（運動雜波抑制濾波器）rdjTfzezHp2,1)(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0fi fi動目標(biāo)顯示雷達 脈沖雷達發(fā)射信號頻譜脈沖雷達發(fā)射信號頻譜 等幅脈沖串：被等幅脈沖串：被 sinc 函

13、數(shù)調(diào)幅的周期線譜函數(shù)調(diào)幅的周期線譜 天線方向圖調(diào)幅脈沖串：被天線方向圖調(diào)幅脈沖串：被 sinc 函數(shù)調(diào)幅的周函數(shù)調(diào)幅的周期帶狀譜。復(fù)雜目標(biāo)：頻譜展寬期帶狀譜。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fdfrfdfdfdfrfdfrf

14、d 2frfd 3frnfr265.0第2章 脈沖雷達(a)固定雜波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（動目標(biāo)檢測（MTD） MTI 雷達改善因子一般在雷達改善因子一般在 20dB 左右左右 窄帶多卜勒濾波器組：一組相鄰且部分重疊的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，窄帶濾波器組使白噪聲時，窄帶濾波器組使SNR提高提高 N 倍倍 MTD = MTI + 窄帶多卜勒濾波器組窄帶多卜勒濾波器組MTDMTD第2章 脈沖雷達遲延TrW1W2W

15、3W4WN 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)方法多卜勒濾波器組的實現(xiàn)方法 硬件：硬件：N 抽頭橫向濾波器，各脈沖加權(quán)后求和抽頭橫向濾波器，各脈沖加權(quán)后求和 實際：實際：N點加窗點加窗DFT實現(xiàn)，第實現(xiàn)，第 k 個濾波器中心頻個濾波器中心頻移：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：

16、問題：由由DFT實現(xiàn)的窄帶濾波器的頻譜副瓣較高，實現(xiàn)的窄帶濾波器的頻譜副瓣較高，如第一副瓣峰如第一副瓣峰-13.2dB，副瓣滲入的強雜波或強，副瓣滲入的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目標(biāo)較低，不利于檢測較弱的運動目標(biāo) 越靠近雜波中心的濾波器，副瓣滲漏影響越大越靠近雜波中心的濾波器，副瓣滲漏影響越大 解決方案：解決方案：先對消主雜波，再進行加窗先對消主雜波，再進行加窗DFT 加窗目的：加窗目的：壓低窄帶濾波器副瓣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

17、脈沖雷達動目標(biāo)檢測雷達 雜波圖雜波圖 將雷達監(jiān)視空間分割成許多距離將雷達監(jiān)視空間分割成許多距離-方位單元，儲方位單元，儲存在各個單元中的雜波強度構(gòu)成雜波圖存在各個單元中的雜波強度構(gòu)成雜波圖 作用：作用： 對中放增益控制：雜波強度隨距離快速變化對中放增益控制：雜波強度隨距離快速變化 檢測檢測0多普勒多普勒強強目標(biāo)：目標(biāo)：MTI造成速度盲區(qū)造成速度盲區(qū) 實現(xiàn)：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)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

18、/ 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 解解模糊：模糊：多重多重PRF配合配合中國余數(shù)定理，中國余數(shù)定理，或或HPRF 多個同距同向目標(biāo)解模糊，配對錯誤導(dǎo)致多個同距同向目標(biāo)解模糊，配對錯誤導(dǎo)致幻影幻影 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 = 零零多普勒附近成為多普勒附近成為多普勒盲區(qū)多普勒盲區(qū) 多普多普勒模糊時，勒模糊時，k fr 附近的目標(biāo)速度稱為附近的目標(biāo)速度稱為盲速盲速 減少多普勒盲區(qū)大?。簻p少多普勒盲區(qū)大?。憾嘀囟嘀豍RF ，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，雜波強度高：測距模糊，測速不模糊，雜波強度高 LPRF：測距不模糊，測速模糊：測距