雷達原理－第6章(revised)目標距離的測量

第6章目標距離的測量理解脈沖測距的根本原理；理解調(diào)頻法測距的根本原理；了解距離跟蹤原理；主要內(nèi)容及根本要求雷達如何測距？〔1〕脈沖法〔2〕調(diào)頻法目標距離的測量6.1脈沖法測距

6.1.1根本原理R=0.15tR

需要思考的問題！用脈沖的哪里來作為回波到達時刻?有何區(qū)別？顯示器熒光屏畫面回波脈沖中心估計

注意：合回路的作用是什么？6.1.2影響測距精度的因素誤差種類：〔1〕系統(tǒng)誤差由于測量工具本身固有誤差、測量原理本身理論的缺陷、實驗操作及實驗人員本身心理生理條件的制約而帶來的測量誤差．有何特征？〔2〕隨機誤差即使在完全消除系統(tǒng)誤差這種理想情況下，屢次重復測量，仍會由于各種偶然的、無法預測的不確定因素干擾而產(chǎn)生測量誤差．有何特征？怎么考慮測距中的誤差？Δc為電波傳播速度平均值的誤差;ΔtR為測量目標回波延遲時間的誤差。R=0.15tR

〔1〕電波傳播速度變化產(chǎn)生的誤差估算一下傳播速度變化引起的誤差〔2〕因大氣折射引起的誤差

大氣層中電波的折射

〔3〕測讀方法誤差直接從顯示器上測量目標距離：顯示器熒光亮點直徑，刻度精度，人工測讀時的慣性等。自動測距時的測量誤差：測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)傳遞函數(shù)，噪聲干擾等。測距精度的理論極限信號最大值出現(xiàn)的時延估值式中，E為信號能量；N0為噪聲功率譜密度；Be為信號u(t)的均方根帶寬，

時延估值均方根誤差反比于信號噪聲比及信號的均方根帶寬。?雷達系統(tǒng)?丁鷺飛,張平編

6.1.3距離分辨力和測距范圍〔1〕距離分辨力：同一方向上兩個大小相等點目標之間最小可區(qū)分距離。d為光點直徑;υn為光點掃掠速度(cm/μs)。距離分辨力估算一下對于一般雷達其單值測距最大范圍是多少？有時雷達重復頻率的選擇不能滿足單值測距的要求,例如遠程雷達,這時目標回波對應的距離R為：m為正整數(shù)6.1.4判距離模糊的方法〔1〕多種重復頻率判模糊設重復頻率分別為fr1和fr2,它們都不能滿足不模糊測距的要求。fr1和fr2具有公約頻率，其為fr。N和a為正整數(shù),常選a=1,使N和N+a為互質(zhì)數(shù)。fr的選擇應保證不模糊測距。用二重復頻率測距n1,n2分別為用fr1和fr2測距時的模糊數(shù)。或用多重復頻率測距方法可以從我國的余數(shù)定理中找到?以三種重復頻率為例,真實距離Rc為

Rc≡(C1A1+C2A2+C3A3)mod(m1m2m3)A1,A2,A3分別為三種重復頻率測量時的模糊距離;m1,m2,m3為三個重復頻率的比值。常數(shù)C1,C2,C3分別用下面三式表示：C1=b1m2m3mod(m1)≡1 C2=b2m1m3mod(m2)≡1 C3=b3m1m2mod(m3)≡1

b1為一個最小的整數(shù),它被m2m3乘后再被m1除,所得余數(shù)為1(b2,b3與此類似)。例如:設m1=7,m2=8,m3=9;A1=3,A2=5,A3=7m1m2m3=504b3=5 5×7×8=280mod9≡1，C3=280b2=7 7×7×9=441mod8≡1，C2=441b1=4 4×8×9=288mod7≡1，C1=288C1A1+C2A2+C3A3=5029Rc≡5029mod504=493τ為距離分辨單元所對應的時寬?！?〕“舍脈沖〞法判模糊(b)“舍脈沖〞法判模糊6.2調(diào)頻法測距6.2.1調(diào)頻連續(xù)波測距

調(diào)頻連續(xù)波雷達方框圖三角形波調(diào)制

調(diào)頻雷達工作原理示意圖有測距模糊嗎？Tm為數(shù)百分之一秒實際工作中估計一下天空的飛機是否滿足式子?當反射回波來自運動目標,其距離為R而徑向速度為v時,其回波頻率fr為(前半周正向調(diào)頻范圍)(后半周負向調(diào)頻范圍)調(diào)頻連續(xù)波雷達的特點調(diào)頻連續(xù)波雷達的優(yōu)點是:(1)能測量很近的距離,一般可測到數(shù)米,而且有較高的測量精度。

(2)雷達線路簡單,且可做到體積小、重量輕,普遍應用于飛機高度表及微波引信等場合。連續(xù)波雷達的特點：發(fā)射頻譜窄〔減少了無線電干擾，使得相應濾波和波形處理簡化〕。峰值功率比平均功率大不了多少。收發(fā)間難以完善隔離。調(diào)頻連續(xù)波雷達的主要缺點是:(1)難于同時測量多個目標。如欲測量多個目標,必須采用大量濾波器和頻率計數(shù)器等,使裝置復雜，從而限制其應用范圍。

(2)收發(fā)間的完善隔離是所有連續(xù)波雷達的難題。發(fā)射機泄漏功率將阻塞接收機,因而限制了發(fā)射功率的大小。發(fā)射機噪聲的泄漏會直接影響接收機的靈敏度。6.2.2脈沖調(diào)頻測距脈沖調(diào)頻測距原理(a)原理性方框圖組成;脈沖調(diào)頻測距原理(b)信號頻率調(diào)制規(guī)律;6.3距離跟蹤原理6.3.1人工距離跟蹤操作員按照顯示器上的畫面，將電刻度對準目標回波。電刻度及其在掃掠線上的位置〔1〕鋸齒電壓波法

鋸齒電壓波法產(chǎn)生移動指標〔2〕相位調(diào)制法相位調(diào)制法產(chǎn)生移動指標W不低于15KHz6.3.2自動距離跟蹤自動距離跟蹤簡化方框圖1.時間鑒別器時間鑒別器(a)組成方框圖;(b)各點波形注意：比較電路是否一直有輸出？

2.控制器控制器的作用是把誤差信號uε進行加工變換后,將其輸出去控制跟蹤波門移動,即改變時延t′,使其朝減小uε的方向運動。設控制器的輸出是電壓信號E,那么其輸入和輸出之間可用下述通常函數(shù)關(guān)系表示:E=K2uε

(6.3.2)uε=K1(t-t′)E=K2uε=K1K2(t-t′)當用鋸齒電壓波法產(chǎn)生移動指標時,下式成立:(6.3.3)將式(6.3.2)代入后得t′=K1K2K3(t-t′)(6.3.4)(6.3.2)E=K2uε=K1K2(t-t′)跟蹤脈沖絕不可能無誤差地對準目標回波，這稱為位置誤差.目標的距離越遠(t′較大),跟蹤系統(tǒng)的誤差Δt=t-t′越大。如果控制器采用積分元件,那么可以消除位置誤差,這時候的工作情況為,輸出E與輸入uε之間的關(guān)系可以用積分表示,(6.3.5)綜合式(6.3.6)uε=K1(t-t′)如果將目標距離R和跟蹤脈沖所對應的距離R′代入上式微分得

(6.3.7)

3.跟蹤脈沖產(chǎn)生器

機電模擬式距離自動跟蹤系統(tǒng)方框圖6.4數(shù)字式