全固态连续波导航雷达
性能与指标论证一、体制
调频连续波（FMCW）。
二、系统组成
系统组成见下图。
图1.系统组成框图
三、技术指标
1、频率
X波段，9.3GHz~9.4GHz
2、峰值功率
100mW
3、扫频带宽
小于等于75MHz
4、扫频重复频率
200Hz
5、扫频时宽
1.2ms
6、接收机噪声系数
小于等于6dB
7、天线转速
24rpm,+/-10％
8、收/发天线水平波束宽度
5.2o+/-10％(-3dB宽度) 9、收/发天线垂直波束宽度
25o+/-20％(-3dB宽度)
10、收/发天线旁瓣电平
小于等于-18dB(正负10o内)
小于等于-24dB(正负10o外)
11、极化方式
水平极化
12、通信协议
高速以太网或串口
四、性能指标
1、探测距离
典型目标探测距离见下表。
表1.探测距离表
2、量程
50m~24nm, 17档可调
3、功耗
工作：19W @13.8Vdc
待机：2W @13.8Vdc~150ma 4、电源
9V~31.2V直流
5、使用环境
工作温度：-25o~+55 o
相对湿度：+35o，95％RH
防水：IPX6
相对风速：51m/s(最大100节)
五、 组成原理 1、收发系统组成
图2.收发系统原理框图
2、信号处理系统组成
图3.信号处理原理框图
六、 关键指标分析论证 1、A/D 采样率与采样位数
雷达最大量程24nm ，回波最大延迟：
max
8
2241852
296.32310
d t s μ??==?
最大差拍频率： max max 75
296.3218.521200
b d m F f t MHz T ?=
=?= 应选择A/D 采样频率f s ≥2f bmax ， 实际可选：
f s =40MHz 。
采样位数选16位，对应动态范围96dB 。
2、距离分辨率
（1）、理论分辨率
发射波形扫频带宽ΔF=75MHz ，理想距离分辨率为：
8
06
3102227510
C R m F ??===??? 对自差式FMCW 雷达，当目标回波延时t d ，有效带宽降为：
(1)d
m
t F F T '?=?-
式中T m 为调制时宽。实际目标距离分辨率为：
2(1)
d m
C
R t F T ?=
?-
从上式可以看出，FMCW 雷达在不同的探测距离上有不同的距离分辨率。距离越远，分辨率越差。取T m =1.2ms,最小和最大量程的距离分辨率为： 量程=50m, 距离分辨率ΔR ≤2m
量程=24nm, 距离分辨率ΔR ≤2.66m
以上给出的是距离分辨率的理论计算值，实际距离分辨率还与信
号处理（主要是FFT ）的频率分辨精度等因数有关。 （2）、相干处理时间间隔对分辨率的影响
最大量程时的可用相干处理时间间隔：
1200 - 296.32 = 903.68μs 可用采样点数：
903.68 × 40 = 36147
为了便于FFT 处理，若实际采样点数选32768。对应的频率分辨率： Δf = 1221 Hz
该频率分辨率对距离分辨率的限制为：
386
1.2103101221
2.9304227510
m T C f R m F -?????'?===??? 该值大于理论距离分辨率，是实际能达到的距离分辨率。
小量程时，差拍频率小，与大量程相比可获得更长的相干处理时间，FFT 频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可得到一定程度的改善。 比如，50m 量程时，最大回波延时0.33μs ，可用相干处理时间间隔为：
1200 - 0.33 = 1199.67μs 频率分辨率：
Δf = 833.56 Hz
该频率分辨率对距离分辨率的限制为：
386
1.210310833.56
2.0005227510
m T C f R m F -?????'?===??? 因而，FFT 频率分辨率对雷达距离分辨率的影响可忽略。但前提是相
干处理时间必须用足。按40MHz 采样率，50m 量程下的可用样点为47986。实际处理时，可通过补零将序列长度延长至65536再进行FFT 。 如此长序列的FFT 在处理时必须保证有足够的处理动态，否则将产生严重的弱小目标损失。 （3）、FFT 加窗对分辨率的影响
信号处理时，若对经A/D 变换后的回波差拍信号直接进行FFT ，频谱旁瓣仅为-13dB ，在密集目标环境下，大目标的旁瓣谱线可能远高于邻近小目标的主瓣谱线，从而严重干扰小目标的检测和分辨。为了克服这一问题，一般采用加窗处理的方法压低旁瓣。但加窗处理的负作用是引起频谱主瓣的展宽，使雷达分辨率下降。比如，采用Hamming 窗函数进行加权，旁瓣可压低至-40dB ，但主瓣展宽了一倍，雷达的距离分辨率对应下降了一倍。
3、信号处理损失
FMCW 雷达通过FFT 分析差拍频率算出目标距离，FFT 具有所谓的
“栅栏效应”，其输出的频谱是离散的，谱线的间隔Δf 等于相干处理时间的倒数，当差拍回波谱正好等于Δf 的整数倍时，幅度最大，无损失。而当差拍回波谱位于FFT 的两根谱线之间时，即：
/2(0,1,2,...,1)b f n f f n N =?±? =-
谱强度下降了0.637倍，即信号损失3.92dB 。
4、测距精度
线性调频连续波雷达的测距精度取决于信号调频的线性度、测频精度及目标运动引起的距离多普勒耦合等因素。 （1）、线性度的影响
采用DDS 产生LFMCW 信号的设计方案，可获得较理想的线性度，其对测距精度的影响可不予考虑。 （2）、测频精度的影响
差拍频率测量采用FFT 方法时，其“栅栏效应”将带来测频误差，最大测频误差发生在差拍频率位于FFT 两根谱线之间时：
/2f f δ=?
对应的测距误差： 2m T C f
R F
δδ'=
?
按照前述参数，小量程的误差为1m ，大量程误差为1.465m 。 （3）、距离多普勒耦合的影响
当目标有径向运动速度v r 时，其回波频率将产生多普勒频移： 2r
d v f λ=
该频率将直接折合到差拍频率中去，引起的测距误差为： 2m d
T Cf R F
δ''=
? 比如，以30节速度运动的目标，误差为2.31m 。
距离多普勒耦合的影响可采用三角波调频的FMCW 波形，在信号
处理时对该误差进行补偿。若采用锯齿波调频，该误差将直接加到系统总误差中去。
系统总测距误差为：
δ=
R
5、灵敏度频率控制（SFC）
在脉冲雷达中一般采用灵敏度时间控制（STC）电路压制近距离强回波，实现合理的信号动态范围控制。FMCW雷达同样面临压缩动态范围的问题，FMCW雷达的近距离强回波除了干扰目标的观察和检测，还会使中频电路过载，中频过载引起的交调会产生多个虚假目标，增加雷达的虚警率。因而，在FMCW雷达中对近距离强回波进行压制对保证探测性能显得尤为重要。
FMCW雷达的近距离回波处于差拍中频的低端，远距离回波位于差拍中频的高端，所以要压缩信号的动态，必须压低差拍中频低频段的增益，同时保证在高频段有足够的增益放大小信号，即实现所谓的灵敏度频率控制（SFC）。
SFC电路的频率响应曲线应随频率增加而上升，其上升斜率在每倍频程+6dB～+12dB之间，其控制曲线可随“海浪抑制”操作旋钮的变化而变化。
为了取得比较好的效果，SFC电路应放在紧接混频器之后的位置，非常近距离的超大目标回波的抑制靠交流耦合电路实现。
6、发/收信号泄漏
FMCW雷达发射机与接收机之间的信号泄漏问题是该体制雷达面临的最突出问题。泄漏的影响表现在两个方面，一是当发射机泄漏到接收机的信号过强，使接收机前端饱和甚至烧毁；二是泄漏信号的噪声边带落入差拍信号的有效带宽内，严重限制了小信号的检测。因而，从某种意义上讲，FMCW雷达对弱小目标的探测能力并不完全受限于接收机的灵敏度，而在很大程度上取决于收发隔离度。
LOWRANCE雷达解决收/发隔离问题采取的是收、发双天线分置的传统途径。目前从公开资料上查不到隔离度指标，但从其天线结构和两个天线的间距推测，隔离度应该大于60dB。
在收、发天线分置的FMCW系统中，发射信号除了可以通过收、发天线的空间耦合泄漏到接收通道，还可能通过收发模块的电路间耦合到接收电路。所以，在收发前端设计时，必须仔细考虑单元电路的隔离和屏蔽。
7、相位噪声对系统性能的影响
由于FMCW雷达不可避免的信号泄漏，加上该体制雷达一般采用“零拍型”接收方案，发射信号相位噪声对系统性能的影响在方案设计和电路设计阶段都必须加以仔细考虑。
任何射频产生电路在产生发射信号的过程中除产生所需要的信号外，还不可避免地同时产生相位噪声。从频谱上看，相位噪声谱对称分布于主信号谱两边。噪声边带可分为两个部分：一部分相互之间
及与主载频谱线之间的相位关系构成调幅（AM ）噪声；另一部分构成调制度很小的频率调制（FM ）噪声。噪声的一部分由于隔离度的限制泄漏到接收机的输入端；对零拍型FMCW 雷达，本振信号直接取之于发射信号的一部分。因而，发射信号的边带噪声也要作用于混频器的本振输入端。泄漏信号与本振的相互作用使一部分噪声变换到差拍中频，差拍中频中的这一部分噪声将直接影响接收机的灵敏度。
FMCW 雷达系统设计时为了减少边带噪声的影响，除了在信号产生电路设计时尽量采取低噪声方案，还必须在接收机设计时采取抑制信号边带噪声的措施。
为了抑制本振的AM 噪声，混频器电路一般采用平衡混频器，但即使采用平衡混频器，泄漏到混频器信号输入端的发射信号中的AM 噪声仍会变换到差拍中频中去。
抑制FM 噪声的有效措施是对消，对消的原理是保持泄漏到混频器信号输入端的信号和本振信号有尽量一致的传输路径长度。这样，两路信号的FM 噪声保持高度的相关性，混频器输出的FM 噪声就得到了有效的抑制。通过精心设计，这种方法可取得相当好的效果。所以，尽管发射噪声中的FM 噪声电平远高于AM 噪声电平，但通过对消，FM 噪声对差拍中频的影响甚至小于AM 噪声。
当允许因相位噪声泄漏引起的噪声功率增加n 倍，相噪、隔离度等参数应满足以下关系：
17410lg(1
)t P N R C F n ?+++≤-++- 式中：
P t为发射功率，单位dBm
为发射相位噪声，单位dBc/Hz
N
R为收发隔离度，单位dB
C为对消比，单位dB
-174为热噪声功率，单位dBm/Hz
F为噪声系数，单位dB
8、近距离强杂波和大目标的影响
由于体制的特殊性，近距离固定地物的回波和大目标的回波所含发射信号相位噪声对目标检测有显著影响。这种影响的机制与泄漏信号的影响是一样的，但由于杂波或强回波位置是不确定的，无法采用固定对消的方法实现FM噪声的有效抑制。强回波对检测的影响如下图所示：
图4、强回波的影响
从图中可以看到，在强回波附近，噪声基底被抬高，如在大目标或近
区地物附近有小目标，小目标将很难被检测出来。
减小强杂波和大目标对邻近小目标影响的根本解决途径是设计噪声和杂散都尽可能小的信号产生电路。另外，在系统设计时可以考虑小量程用较低的辐射功率、设置SFC 电路等措施。
9、接收机动态范围
接收机动态范围定义为接收机最大接收信号与最小接收信号功率之比。该参数与雷达的测量范围、目标特性、检测能力等因素相关。综合考虑诸因素，以分贝表示的动态范围为：
()r R RCS SNR D D D D dB =++
（1）、D r 表示目标回波功率随距离变化的范围
其公式为：
4
max min 10lg(/)R D R R =
本雷达最大作用距离R max 定为24nm,最小作用距离初步定为10m ，依此计算出的D R 太大，也不符合导航雷达的工作模式。考虑到导航雷达是分量程测量不同距离上的目标的，较为合理的方法是分量程确定最大、最小测量距离计算距离动态范围，取其大者作为D R 。
本雷达最小量程50m ，该量程下最小测量距离暂定5m 。则： (50)40R D m dB =
最大量程24nm ，该量程下最小测量距离暂定1000m 。则： (24)66R D nm dB = 取：
66R D dB =
（2）、D RCS 表示雷达感兴趣的目标RCS 变化范围
大型船舶在X 波段的反射截面积一般为10000m 2,暂定最小目标反射截面积1m 2,则：
40RCS D dB =
（3）、D SNR 表示检测目标所需的信噪比
考虑到信号处理获得的得益，暂定： 0SNR D dB =
综上，要求接收机线性动态范围： 66400106r D dB =++=
考虑分配SFC 电路压缩动态-20dB,则中频以后的接收机动态范围为86dB 。
10、接收机灵敏度
常规脉冲体制雷达的接收机灵敏度由下式决定： 0min (/)S
kTBF L S N =
式中k 为波尔兹曼常数
T 为绝对温度 B 为噪声带宽 F 0为噪声系数 L 为系统损耗
(S/N)min 为最小可检测信噪比，又称识别系数
根据前面的分析，FMCW 雷达的灵敏度不仅决定于接收机本身的噪声还与发射泄漏噪声、本振噪声有关，因而总噪声系数要修正为： 01/f AM F F F F = 式中F 1/f 为本振1/f 噪声系数
F AM 为FM-AM 变换噪声系数
另外，排除接收机以外的因数，识别系数(S/N)min 取为1；暂不考虑系统损耗，L 取1；并对带宽归一化，得到每Hz 的灵敏度： 01/f AM S kTF F F =
已知：F 0=6dB
根据FMCW 雷达前端设计的相关文献，取F 1/f =8dB ，F AM =12dB ，则：
1746812148/S dBm Hz =-+++=-
经过信号处理后，噪声带宽为FFT 的分辨带宽，如在50m 量程时，Δf = 833.56 Hz ，取识别系数(S/N)min =15dB ，对应的整个接收机灵敏度为：
14810lg833.5615103.8T S dBm =-++=-
七、 测试
在实验室对实物测试的目的是进一步补充、完善整机指标体系，对前节的指标分析进行验证，或在测试的基础上调整、优化分析方法，使相关指标更可信、更合理，为下一步开展详细方案设计和研制工作打下基础。
1、收发天线隔离度测试
将天线单元与其背面的电路分离，按下图连接测试设备：
图5、收发隔离度测试
将信号源频率设在9350MHz,输出功率P T =20dBm 。若频谱仪测得的接收功率为P R ,则隔离度为：
10lg ()T
R
P I dB P =
本项测试最好在微波暗室内完成。若无暗室条件，可选室外空旷处，将天线单元口面朝向天空安装。
2、发射中心频率
将天线单元分离后，在发射末级功放的输出端焊接一根带SMA 连接器的同轴线，按下图连接测试仪表。
图6、发射参数测试
按上图连接好后，控制发射机工作，调整频谱仪读出发射中心频率。本项测试时需关注该雷达是工作于定频方式还是调频方式。
3、发射功率电平
本项测试的测试框图如图6所示。在频谱仪上直接读出发射信号的峰值功率电平。
本项测试需特别关注雷达在不同量程时的发射功率电平。
4、调频带宽
本项测试的测试框图如图6所示。调整频谱仪的参数，使频谱仪显示FMCW 信号的精细谱结构，FMCW 信号的谱结构如下图所示。
L
R
图7、FMCW 信号频谱结构
测得信号峰值功率P max ，在频谱上升沿和下降沿分别找到对应0.5％P max 的频率F L 和F R ,调频带宽为： M R L B F F =-
本项测试过程中亦需关注不同量程下调频带宽是否变化。
5、重频、调频时宽
测试框图如下图所示。
图8、调制参数测试框图
在不同量程下测试信号的重复周期、调频信号宽度。本项测试需关注重复周期是否参差，这关系到同频干扰抑制方案的确定。
6、灵敏度
FMCW雷达接收灵敏度或噪声系数受到各种泄漏噪声的影响，因而抛开天线和发射机单独测试接收机灵敏度或噪声系数意义不大，因为这样测得的参数不能真正反映接收机接收微弱信号的能力。真实反映实际情况的测试必须在发射机、天线处于正常工作时进行。考虑多种因素后设计如下图所示的测试方案。
图9、灵敏度测试框图
用X波段喇叭天线收集一部分发射信号，经延时、衰减后通过相加网络馈入接收通道，调整精密衰减器使雷达刚好能检测到测试信
号，用频谱仪测量相加网络输入端的测试信号电平值，该测试值即为灵敏度。
该项测试最好能在微波暗室中完成。条件不具备时，也可选较空旷处完成测试，以尽量避免近距离强杂波的影响。延时电路可用适当长度的传输线替代。
八、测试结果：
1峰值功率
100mW
雷达工作在不同量程时，测试值大约为-7.5（频谱仪显示值）+20（衰减器）+3.5（连接电缆损耗）=16dBm。考虑到焊接到电路上的电缆末端电压驻波比偏大，实际电路峰值功率应该能达到100mW.
2扫频带宽
连续波调频雷达 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达，常规脉冲雷达是周期性地发射高频脉冲。而连续波雷达即是发射连续波信号的雷达，它的信号可以是单频、多频或者调频（多种调制规律如三角形、锯齿波、正弦波、噪声和双重调频或者是编码调制）的。单频连续波雷达可用于测速，多频（至少三个频点）和调频连续波雷达可用于测速和测距。它的优点是不存在距离盲点、精度高、带宽大、功率低、简单小巧，缺点是测距量程受限、存在多普勒距离耦合和收发很难完全隔离。 f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 调频连续波雷达参数与性能分析： 1、频率： 13.6GHz (±15MHz) （Ku 波段） 2、扫频带宽F ?： 30MHz 距离分辨率：m F C R 51030210326 8 =???==?? 3、调制周期T ： ms 06.1=T 理论最大量程：Km C T R 1591031053.02 max 83=???=?=- 0 调制周期T 带宽 F t
4、实际回波最大迟延： s d m 16.0t max = 实际最大量程： Km C R d 241031008.02 t max 83max =???=?= -‘ 实际最大差拍频率： M T t F d b 53.4f max max =?=? 5、相干处理时间间隔：ms s d 9.0m 16.0ms 06.1t -T T max Coherent =-== f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 可采点数： 36000m 9.040T Fs N Coherent =?=?=s MHz 实际频率分辨率： Hz MHz N Fs 111136000 400f === 对应的实际距离分辨率：m F C T R 89.5103021111 1031006.120f 6 83=??????=??= ??‘ （量程越小，差拍频率越小，可获得的越大的相干处理时间，能该晒距离分辨率） 6、速度多普勒耦合： 速度较小不考虑，采用锯齿波调频信号时，一般直接将其影响加到系统误差中去。若采用三角波调频倒可以再信号处理时对其进行补偿。 0 调制周期T 带宽 F t
调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射 频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。
脉冲多普勒雷达的总结 1、适用范围 脉冲多普勒（PD）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂波的能力，因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。 2、PD雷达的定义及其特征 （1）定义：PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。 （2）特征：①具有足够高的脉冲重复频率（简称PRF），以致不论杂波或所观测到的目标都没有速度模糊。 ②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，即频域滤波。 ③PRF很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 3、PD雷达的分类 图1 PD雷达的分类图 ①MTI雷达（低PRF）：测距清晰，测速模糊 ②PD雷达（中PRF）：测距模糊，测速模糊，是机载雷达的最佳波形选择 ③PD雷达（高PRF）：测距模糊，测速清晰 4、机载下视PD雷达的杂波谱分析 机载下视PD雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的。 、PRF 的选择 （1）高、中、低脉冲重复频率的选择 ①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下，通常采用低PRF加脉冲压缩。 ②迎面攻击时高PRF优于中PRF。尾随时，在低空，中PRF优于高PRF ;在高空，高PRF优于中PRF。 ③交替使用中、高PRF的方法，或者再加上在下视时采用低PRF的方法，并在低、中PRF时配合采用脉冲压缩技术，将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方
法。 （2）高PRF时重复频率的选择 ①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中: ②为了识别迎面和离去的目标： A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时： B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时： 注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。 6、PD雷达的信号处理系统 PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。 （1）单边带滤波器 特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频； 从回波频谱中只滤出单根谱线； 避免了后面信号处理过程中可能产生的频谱折叠效应; 距离选通波门必须设在单边带滤波器之前; 要求带外抑制至少要大于60dB; 实现方法：采用石英晶体滤波器 （2）主瓣杂波抑制滤波器 特点：比目标回波能量要高出60-80dB； 主瓣杂波抑制滤波器的幅一频特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数； 相当于一个白化滤波器，经过主瓣杂波抑制之后，后面的多普勒滤波器可以 按照白噪声中的匹配滤波理论来进行设计； 实现方法：首先确定它的频率，用一个混频器先消除变化的，就可以用一个固定频率的滤波器将其滤除. 确定主瓣杂波中心频率有两种方法:一种方法是利用频率跟踪； 另一种是由天线指向和载机飞行速度计算出主瓣杂波应有的多普勒频移，直接控制压 控振荡器去产生的振荡濒率。 （3）零多普勒频率抑制滤波器 特点：用于高度杂波的滤除； 同时抑制发射机直接进人到接收机的泄漏； 实现方法：①只需断开滤波器组中落人高度杂波区的那些子滤波器的输出； ②使用可防止检测高度线杂波专用的CFAR电路; ③使用航迹消隐器除去最后输出的高度线杂波。 （4）多普勒滤波器组 特点：是覆盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器； 起到了实现速度分辨和精确测量的作用； 可以设在中频，也可以设在视频；
连续波雷达及信号处理技术探讨 摘要随着社会的进步和科学技术的发展，雷达的信号处理技术也在不断更新升级。近年来连续波雷达的使用在不断增多，因其自身具有发射功率小、隐蔽性强以及抗反辐射导弹等特点，被广泛应用于各种军事以及民用雷达之中。本文就针对连续波雷达进行概述，然后针对其信号处理方面的技术进行探讨，希望能给有关人士以借鉴。 关键词连续波；雷达信号；处理技术 前言 在我们现阶段所有雷达的使用中，主要以连续波和脉冲多普雷体制的雷达数量最多。连续波雷达具有十分明显的特点，发射功率小，抗干扰能力强以及抗反辐射导弹能力强，有了这些特点，就会使得连续波雷达不仅具有很大的作用距离，而且信号不容易被截获和干扰。不仅如此，连续波雷达还具有体积小、重量轻以及高机动性灯优势，明显的增强雷达的使用范围，也能够更好地适应各种不良环境。就现阶段而言，连续波雷达一般是用于直升机载预警、地面战场侦察以及炮瞄装备上，当然，民用方面的应用也很广泛，这里就不一一赘述了。 1 连续波雷达的定义和特点 所谓连续波雷达，顾名思义，就是可以对电磁波进行连续发射，然后根据信号发射形式的差异其分为两大类，分别是非调质单频与调频这两种。连续波雷达出现的非常早，早在1924年，英国就可是对连续波调频测距等方面进行细致的分析，然后对相关的电离层进行观测。但是在应用方面，连续波雷达最早被用于二战中，当时主要承担着飞机侦察以及对面观测这两方面的任务。但是在当时大规模使用后，发现雷达经常会出现手法隔离的情况，导致工作效果很不理想，然后又通过大量的研究，最终通过收发开关的出现解决了这个问题。随着科技不断发展，现在已经可以仅通过一天线就可以实现对信号的接收和发送，并且具有好的效果。 在连续波雷达的整个使用过程中，不需要高压的输入，也不需要点火，整个过程是通过多元化的方式进行信号的调制，大大增强了信号的稳定性以及雷达的信号处理能力。因此，在相同条件下，连续波雷达无疑受到更多的青睐，在世界上都得到了广泛的应用。而且，连续波雷达还具有体积小、重量轻、线体传输损耗低、使用方便等特点，这些特点使得连续波雷达的接收机可以使用较窄的宽带脉冲，有效了解决了杂波出现的问题，大大提高了雷达的抗干扰能力。连续波雷达对速度以及距离进行测量的过程中，具有十分高的精准度，而且几乎不受外因的干扰，具有十分优越的性能。连续波雷达的特点如下： 首先是运行频率低。运行频率低的这个特点，使得这种雷达广泛应用于军事中，对于侦察工作十分有利。而且在对信号进行接收以后，可以用连续波雷达对
信号采集与处理单元关键技术研究 1.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 1.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，
发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 1.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较 为简单，易于实现。 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后
脉冲多普勒雷达的总结 1、 适用范围 脉冲多普勒（PD ）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂波的能力，因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。 2、 PD 雷达的定义及其特征 （1） 定义：PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。 （2） 特征：①具有足够高的脉冲重复频率（简称PRF ），以致不论杂波或所观 测到的目标都没有速度模糊。 ②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，即频域滤波。 ③PRF 很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 3、 PD 雷达的分类 图1 PD 雷达的分类图 ① MTI 雷达（低PRF ）：测距清晰，测速模糊 ② PD 雷达（中PRF ）：测距模糊，测速模糊，是机载雷达的最佳波形选择 ③ PD 雷达（高PRF ）：测距模糊，测速清晰 4、 机载下视PD 雷达的杂波谱分析 机载下视PD 雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的。 表 1
5、PRF的选择 （1）高、中、低脉冲重复频率的选择 ①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下，通常采用低PRF加脉冲压缩。 ②迎面攻击时高PRF优于中PRF。尾随时，在低空，中PRF优于高PRF ;在高空，高PRF优于中PRF。 ③交替使用中、高PRF的方法，或者再加上在下视时采用低PRF的方法，并在低、中PRF时配合采用脉冲压缩技术，将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方法。 （2）高PRF时重复频率的选择 ①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中: ②为了识别迎面和离去的目标： A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时： B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时： 注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。6、PD雷达的信号处理系统 PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。 （1）单边带滤波器 特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频； 从回波频谱中只滤出单根谱线；
连续波雷达测速测距原理 一． 设计要求 1、当测速精度达到s ，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频波的调制周期和信号采样率； 2、若调频信号带宽为50MHz ，载频24GHz ，三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，请用matlab 对算法进行仿真。 二． 实验原理和内容 1. 多普勒测速原理 依据芯片参数，发射频率为24GHz ，由上式可以得出，当测速精度达到s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T= 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz 。 2．连续波雷达测距基本原理 设天线发射的连续波信号为：① 则接收的信号为：② 若目标距离与时间关系为：③ ) 2cos()(000?π+=t f t x f T ] )(2cos[)(000 ?π+-=r f R t t f t x t v R t R r -=0)(图 频域测速原理 N f f f f s d m d 2/||max max =-=?max max /2/4/4r d s v f f N T λλλ?=?==
则延迟时间应满足以下关系:④ 将④代入②中得到 其中 2 f c v f r d = 根据上图可以得到，当得到 t ?，便可以实现测距，要想得到 t ?，就必须测得fd 。 已知三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，则可以通过:③ ④ 分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对发射信号的延迟时间。 02() r r r t R v t c v =--} )](2 [2cos{)(0000?π+---=t v R v c t f t x r r f R ] 22)(2cos[00 000?ππ+-+=c R f t f f d t v R t R r -=0)(02()r r r t R v t c v =--
调频连续波FMCW雷达理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备 中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例 关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt, 发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得： rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的 距离R与发射频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主： 9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引 起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW 低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大
三、信号采集与处理单元关键技术研究 Equation Section 3 3.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 3.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统
的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 3.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较为简单，易于实现。基本框图如图19所示： 图1调频连续波雷达基本组成框图 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/fe14698326.html, 连续波雷达及信号处理技术初探 作者：祁玉芬霍立双 来源：《科学与财富》2018年第01期 摘要：连续波雷达，主要就是连续发生电磁波的雷达，可以根据不同发射信号的形式，将其划分成为非调制单频与调频两种类型。在连续波雷达系统实际应用的过程中，应当科学使用信号处理技术开展相关处理工作，在实际观测的过程中，解决收发开关中存在的问题，保证雷达信号接收与发射工作效果。 关键词：连续波雷达；信号处理技术；应用措施 在使用信号处理技术对连续波雷达进行控制的过程中，应当建立多元化的管理机制，明确各方面工作要求，创新信号处理工作形式，保证能够提升信号处理技术的应用水平，创建专门的管理机制。 一、连续波雷达定义与特征分析 对于连续波雷达而言，主要是针对电磁波进行连续的发射，根据发射信号形式将其划分成为非调制单频与调频两种类型。在1924年的时候，英国就开始通过连续波课调频测距相关分析，对电离层开展观测工作。且在第二次世界大战的过程中，已经使用连续波雷达开展飞机观测与地面观测工作。然而，在实际使用的过程中，经常会出现收发隔离的现象，难以保证工作效果，因此，使用收发开关对此类问题进行了解决。当前，在使用连续波雷达的过程中，已经能够通过同一天线开展信号接收与发射工作，产生良好的工作效果。 在使用连续波雷达发射机设备的过程中，不需要高压的支持，也不会出现打火的现象，能够利用多元化的方式开展信号调制工作，有利于提升信号的发射效率，增强雷达处理效果，因此，在相同体积、重量的雷达设备中，连续波雷达受到广泛关注与重视，应用于世界的各个国家。同时，连续波雷达的体积很小，重量很轻，馈线的损耗最低，使用流程简单，与其他雷达相较可以得知，连续波雷达在接收机方面，所使用的宽带脉冲较窄，有利于抵抗杂波问题，提升电磁干扰的抵抗能力。在应用连续波雷达对距离与速度进行测量的过程中，其测量准确性较高，不会受到其他因素的干扰。对于连续波雷达而言，其特点主要表现为以下几点： （一）发射机的运行功率较低 连续波雷达的发射机运行功率很低，有利于应用在侦查工作中。一般情况下，在使用侦查接收机的过程中，可以利用连续波雷达对其进行处理，提升工作效率，加快侦查速度，保证瞬时频率符合相关规定。同时，在使用连续波雷达的过程中，还要使用伪随机码调相方式对其进行处理，减少外界带来的干扰，做好反侦察工作，保证可以符合实际发展需求。 （二）接收机的宽带很窄
DSP 实验课大作业设计 一 实验目的 在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。 二 实验内容 2.1 MATLAB 仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现 将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。 三 实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC ）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。 接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。 匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论， 匹配滤波器的传输特性： 0)()(*t j e KS H ωωω-=
全固态连续波导航雷达 性能与指标论证一、体制 调频连续波（FMCW）。 二、系统组成 系统组成见下图。 图1.系统组成框图 三、技术指标 1、频率 X波段，9.3GHz~9.4GHz
2、峰值功率 100mW 3、扫频带宽 小于等于75MHz 4、扫频重复频率 200Hz 5、扫频时宽 1.2ms 6、接收机噪声系数 小于等于6dB 7、天线转速 24rpm,+/-10％ 8、收/发天线水平波束宽度 5.2o+/-10％(-3dB宽度) 9、收/发天线垂直波束宽度 25o+/-20％(-3dB宽度)
10、收/发天线旁瓣电平 小于等于-18dB(正负10o内) 小于等于-24dB(正负10o外) 11、极化方式 水平极化 12、通信协议 高速以太网或串口 四、性能指标 1、探测距离 典型目标探测距离见下表。 表1.探测距离表
2、量程 50m~24nm, 17档可调 3、功耗 工作：19W @13.8Vdc 待机：2W @13.8Vdc~150ma 4、电源 9V~31.2V直流 5、使用环境 工作温度：-25o~+55 o 相对湿度：+35o，95％RH
防水：IPX6 相对风速：51m/s(最大100节) 五、 组成原理 1、收发系统组成 图2.收发系统原理框图 2、信号处理系统组成 图3.信号处理原理框图 六、 关键指标分析论证 1、A/D 采样率与采样位数 雷达最大量程24nm ，回波最大延迟： max 8 2241852 296.32310 d t s μ??==?
最大差拍频率： max max 75 296.3218.521200 b d m F f t MHz T ?= =?= 应选择A/D 采样频率f s ≥2f bmax ， 实际可选： f s =40MHz 。 采样位数选16位，对应动态范围96dB 。 2、距离分辨率 （1）、理论分辨率 发射波形扫频带宽ΔF=75MHz ，理想距离分辨率为： 8 06 3102227510 C R m F ??===??? 对自差式FMCW 雷达，当目标回波延时t d ，有效带宽降为： (1)d m t F F T '?=?- 式中T m 为调制时宽。实际目标距离分辨率为： 2(1) d m C R t F T ?= ?- 从上式可以看出，FMCW 雷达在不同的探测距离上有不同的距离分辨率。距离越远，分辨率越差。取T m =1.2ms,最小和最大量程的距离分辨率为： 量程=50m, 距离分辨率ΔR ≤2m 量程=24nm, 距离分辨率ΔR ≤2.66m 以上给出的是距离分辨率的理论计算值，实际距离分辨率还与信
*实验五 微波多普勒效应和测速 一、目的与意义 了解多普勒效应和多普勒雷达测速 二、实验原理与方法 1.多普勒效应 波源与接收机之间有相对运动时，接收器接收到的波源频率会发生变化的现象叫做多普勒效应。波源频率与接收到的波源频率之差称为多普勒频移或多普勒频率。 多普勒现象是奥地利人多普勒于1842年首先在声学上发现，1930年左右开始将这一规律运用到电磁波范围。 本实验以三公分连续波作为波源，发射微波信号，接收由活动目标反射回来的回波信号。已知波源频率，测量出多普勒频率就可以计算出目标的运动速度。这种测速装置称为连续波多普勒雷达。 2．多普勒频率与相对径向运动速度 设雷达发射信号为 ()j t S t Ue ω= 式中U 是发射信号振幅，ω是发射信号的角频率。 若目标是固定不动的，那么该目标反射到雷达的回波信号为： ()() 0j t t r S t K U e ω-= 式中K 为比例常数，002R t C =，0R 是目标与雷达距离，C 是电磁波速度，它等于光 速，时延0t 是常数。 由指数()00t t t t ωωω-=-可知，回波信号频率不变。 当目标以速度v 相对雷达作径向运动时，那么在时间t 时刻目标距雷达的距离 ()0R t R vt = 式中目标向雷达运动取负号，背离雷达运动取正号。 这时由运动目标反射的回波具有时延r t ，r t 是电磁波往返雷达与目标所需的时间，反射回波 ()() r j t t r S t KUe ω-= 上式说明，在t 时刻接收到的波形()r S t 上的某点，是在r t t -时刻发射的，由于通
常雷达和目标的相对速度v 远小于电磁波速度C ，所以时延r t 可以近似写为： ()()022r R t t R vt C C = = 时延r t 是时间t 的函数。代入上式： ()( )02j t R v t C r S t K U e ωω? ? -??? ? = 由指数项 () 00222221O R R t R vt t vt t C C C C C ωωωωωωωω??- =- ± =±- ?? ? 可知，接收到的回波信号频率变为21v C ω? ? ± ?? ? 接收信号频率与发射信号频率之差 c f c f d d νπ ω ων π ω22)21(2± =-±= = d f 就是多普勒频率。波源发射信号频率f 一定时，d f 与目标径向速度v 成正比。当目 标向雷达运动时，多普勒频率为正值，接收信号频率高于发射信号频率。而当目标背离雷达运动时，多普勒频率为负值，接收信号频率低于发射信号频率。 由已知的发射信号频率f ，测量出多普勒频率d f ，就可以由上式计算出目标的运动速度v 。 3．简单连续波多普勒雷达实验装置 (1).方框图 f f 图 一 发射机产生频率为f 的等幅高频振荡，其中大部分能量从发生天线射向目标，一部分能量耦合到接收机输入端作为基准信号与目标发射的回波信号在混频器中混合，滤除高频成份后，检出多普勒频率输入指示器指示。
多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位测速测距等工作 的雷达 名称。多普勒原理the Doppler Principle。 它与相对速度V成正比。与振动的频率成反比。脉冲多普勒雷达 的工作原理可表述如下：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时。如遇到活动目标。回波的频率与发射波的频率出现频率差。称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小。可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差。可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线。滤除干扰杂波的谱线。 可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普 通雷达的抗杂波干扰能力强。能探测出隐蔽在背景中的活动目标。脉冲多普勒雷达于20世纪60年代研制成功并投入使用。20世纪70年代以来。随着大规模集成电路和数字处理技术的发展。脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警。导航。导弹制导。卫星跟踪。战场侦察。靶场测量。武器火控和气象探测等方面。成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机。已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。 此外。这种雷达还用于气象观测。对气象回波进行多普勒速度分辨。可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机装备的 A P G－68 雷达。代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。它有18种工作 方式。可对空中。地面和海上目标边搜索边跟踪。抗干扰性能好。当
飞机在低空飞行时。还可引导飞机跟踪地形起伏。以避免与地面相撞。这种雷达体积小。重量轻。可靠性高。机载脉冲多普勒雷达主要由天线。 发射机。接收机。伺服系统。数字信号处理机。雷达数据处理机和数据总线等组成。机载脉冲多普勒雷达通常采用相干体制。有着极高的载频稳定度和频谱纯度以及极低的天线旁瓣。并采取先进的数字信号处理技术。脉冲多普勒雷达通常采用较高以及多种的重复频率和多种发射信号形式。以在数据处理机中利用代数方法。并可应用滤波理论在数据处理机中对目标坐标数据作进一步滤波或预测。脉冲多普勒雷达具有下列特点：①采用可编程序信号处理机。 以增大雷达信号的处理容量。速度和灵活性。提高设备的复用性。从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态。使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力；②采用可编程序栅控行波管。使雷达能工作在不同脉冲重复频率。具有自适应波形的能力。能根据不同的战术状态选用低。中或高三种脉冲重复频率的波形。并可获得各种工作状态的最佳性能；③采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率。在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘。 在过去的几十年中。超声频谱多普勒探测血流的研究工作已取得很大的成就。彩色多普勒的出现。使之更趋完美。频谱多普勒对血流的探测不是直观的。通过频谱的变化进而表达血流的改变。对血流的定量测定来说。频谱多普勒是必备的工具；彩色多普勒血流显像对血
DSP实验课大作业设计 一实验目的 在DSP上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB上的结果进行误差仿真。 二实验内容 2.1 MATLAB仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB产生16个脉冲的LFM，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD，输出16个多普勒通道 2.2 DSP实现 将MATLAB产生的信号，在visual dsp中做脉压，MTI、MTD，并将结果与MATLAB作比较。 三实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。
多普勒雷达 多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。 脉冲多普勒雷达是利用多普勒效应制成的雷达。1842年，奥地利物理学家C·多普勒发现波源和观测者的相对运动会使观测到的频率发生变化，这种现象被称为多普勒效应。 脉冲多普勒雷达的工作原理可表述如下： 当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。 ▼根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度； ▼根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。 ▼同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。 脉冲多普勒雷达于20世纪60年代研制成功并投入使用。20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。
此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。 机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机装备的 A P G－68雷达，代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。它有18种工作方式，可对空中、地面和海上目标边搜索边跟踪，抗干扰性能好，当飞机在低空飞行时，还可引导飞机跟踪地形起伏，以避免与地面相撞。这种雷达体积小，重量轻，可靠性高。 机载脉冲多普勒雷达主要由天线、发射机、接收机、伺服系统、数字信号处理机、雷达数据处理机和数据总线等组成。机载脉冲多普勒雷达通常采用相干体制，有着极高的载频稳定度和频谱纯度以及极低的天线旁瓣，并采取先进的数字信号处理技术。脉冲多普勒雷达通常采用较高以及多种的重复频率和多种发射信号形式，以在数据处理机中利用代数方法，并可应用滤波理论在数据处理机中对目标坐标数据作进一步滤波或预测。 多普勒雷达与传统雷达的一个区别在于它的发射机一直处于开启状态，这种类型的雷达称为连续波或CW雷达。发射机之所以必须一直开启，因为它不像传统雷达，需计算发射与接收间的时间，多普勒雷达寻找频率变化。而频率变化不会持续很长时间，因此发射机必须一直处于开启状态。 脉冲多普勒雷达具有下列特点：①采用可编程序信号处理机，以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性，提高设备的复用性，从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态，使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力；②采用可编程序栅控行波管，使雷达能工作在不同脉冲重复频率，具有自适应波形的能力，能根据不同的战术状态选用低、中或高三种脉冲重复频率的波形，并可获得各种工作状态的最佳性能；③采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率，在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘，在空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。
任务书 雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。 如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。 本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。
摘要 脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。 本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理. 关键词：脉冲多普勒雷达恒虚警脉冲压缩线性调频 Abstact Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter suppression.Modern aircraft`s function and GPS has been strengthen.now.it makes the aircraft can fly lower and lower.So.nowadays,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So .The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively.soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal