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线性调频雷达最小作用距离范围内目标距离的测量

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第章雷达目标距离的测量

第章雷达目标距离的测量

小可区分距离。在显示器上测距时, 分辨力主要取决于回波的
脉冲宽度τ, 同时也和光点直径d所代表的距离有关。如图6.5所
示的两个点目标回波的矩形脉冲之间间隔为τ+d/υn, 其中υn为扫
掠速度, 这是距离可分的临界情况,
Δrc
为
式中, d为光点直径; υn为光点扫掠速度(cm/μs)。
图6.5 距离分辨力
上述两种误差, 都是由雷达外部因素造成的, 故称之为外界 误差。无论采用什么测距方法都无法避免这些误差, 只能根据 具体情况, 作一些可能的校准。
图6.4 大气层中电波的折射
3. 测读方法误差
测距所用具体方法不同, 其测距误差亦有差别。 早期的脉 冲雷达直接从显示器上测量目标距离, 这时显示器荧光屏亮点 的直径大小、所用机械或电刻度的精度、人工测读时的惯性等 都将引起测距误差。当采用电子自动测距的方法时, 如果测读 回波脉冲中心, 则图6.3中回波中心的估计误差(正比于脉宽τ而 反比于信噪比)以及计数器的量化误差等均将造成测距误差。
(6.1.9a) (6.1.9b) (6.1.9c)
式中, b1为一个最小的整数, 它被m2m3乘后再被m1除, 所得余数为 1(b2, b3与此类似), mod表示“模”。
当m1, m2, m3选定后, 便可确定C值, 并利用探测到的模糊距离 直接计算真实距离Rc。
例如: 设m1=7, m2=8, m3=9; A1=3, A2=5, A3=7
回波信号的延迟时间tR通常是很短促的, 将光速c=3×105 km/s的值代入式(6.0.1)后得到
R=0.15 tR
(6.1.1)
其中tR的单位为μs, 测得的距离其单位为km, 即测距的计时单位 是微秒。测量这样量级的时间需要采用快速计时的方法。早期 雷达均用显示器作为终端, 在显示器画面上根据扫掠量程和回波 位置直接测读延迟时间。

MFCW雷达及其应用

MFCW雷达及其应用

题目调频连续波雷达及其在雷达物位计中的应用学生姓名学号院系指导教师目录1绪论 (3)1.1连续波雷达简介 (3)1.2 连续波雷达分类 (4)2线性调频连续波（LFMCW）雷达 (4)2.1 LFMCW雷达的特点 (4)2.2雷达系统基本结构模块 (5)2.3 LFMCW测距的基本原理 (5)2.4 LFMCW 雷达的应用与发展 (7)3基于调频连续波的雷达物位计 (8)3.1 物位计简介 (8)3.2雷达物位计的基本原理 (9)3.3雷达物位计的硬件系统组成 (10)3.4雷达信号的处理 (10)3.5影响LFMCW雷达物位计测距精度的因素 (12)4总结与展望 (12)调频连续波雷达及其在雷达物位计中的应用摘要:测距是雷达的基本功能，高精度测距，特别是近程高精度测距是雷达的重要民用领域。

雷达物位计是调频连续波雷达测距的一个重要应用。

采用FMCW雷达系统的雷达物位计，是非接触性测量，不受环境的限制，能适应高浓度粉尘和温度变化，具有距离分辨率高，测距精度高、发射功率小、便于集成化等优点，是很好的料位测量方法。

本文首先对连续波雷达进行介绍，进而引出调频连续波雷达，并对其中的线性调频连续波雷达（LFMCW）进行了比较详细的介绍，包括它的测距原理和主要模块组成。

在文章的后边一部分，将比较详细从各个方面介绍一种简单的线性调频连续波雷达的应用实例，也就是雷达物位计。

关键词：调频连续波，雷达，物位计1绪论1.1连续波雷达简介雷达(radar)是英文Radio Detection and Ranging(无线电探测和定位)的缩写音译，是第二次世界大战期间同盟国(主要是英国)开发的新技术，它在粉碎纳粹德国对英国的空袭中起着极其重要的作用。

连续发射电磁波的雷达称为连续波雷达，它是一种历史悠久，简单实用的雷达工作体制。

最早应用于军事领域，但由于其体制所限不能实现对较远距离目标进行检测的能力，所以理论水平和技术水平的发展落后于脉冲雷达。

雷达测速及测距

雷达测速及测距

雷达测速与测距GZH 2016/3/29系统流程图模块分析1 脉冲压缩1.1 原理分析雷达的根本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。

雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。

所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。

一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形严密联系的那么是距离分辨力和速度(径向)分辨力。

两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。

对于给定的雷达系统，可到达的距离分辨力为〔1.1〕其中c为光速，为发射波形带宽。

雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。

对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。

因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有〔1.2〕在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数〔约为1〕，因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。

雷达对目标进展连续观测的空域叫做雷达的探测围，也是雷达的重要性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测围。

而发射功率的大小影响作用距离，功率大那么作用距离大。

发射功率分脉冲功率和平均功率。

雷达在发射脉冲信号期间 所输出的功率称脉冲功率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr发射机输出功率的平均值，用Pav 表示。

它们的关系为〔1.3〕脉冲压缩〔PC〕雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时那么采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。

在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进展调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足。

令,那么〔1.4〕〔1.4〕式中，表示经脉冲压缩后的有效脉宽。

采用线性调频脉冲的几种高分辨测距技术

采用线性调频脉冲的几种高分辨测距技术
第蒹葱篙刍期 ２００４年１２月
制ＩＩＤ导Ａ Ｃ与Ｅ＆＆引ＦＺＵ信ＺＥＥ
文章编号：１６７１—０５７６（２００４）０４—０００１—０６
００４Ｎｏ．ＧＵＩＤＡＮＣＥ
Ｖｏ呲Ｌ１圯．巳２５ “” ４
利用线性调频脉冲的几种高分辨测距技术
高 烽， 李朝全
（上海航天技术研究院８０２所，上海２０００９０）
摘 要：介绍了线性调频脉冲信号高分辨测距的两种基本方法：时域压缩测距和频域压
采用线性调频脉冲进行测距，若导弹和目标 存在相对运动，应对回波信号进行速度补偿，否则 将引起测距误差。测距误差的计算式为‘２１
ＡＲ＝鲁
式中，ｃ为光速；ｕ为雷达与目标的相对径向速 度；Ｔ为脉宽；Ｂ为带宽；Ａ为波长。
通常，线性调频脉冲压缩是指将线性调频宽 脉冲压缩为窄脉冲。压缩前的时宽（Ｔ）带宽（Ｂ） 积远大于１，压缩后ＴＢ积近似为１，压缩比为
７ｃ丁（１一ｌ ｒ ｌ／丁）（＾＋口ｒ）
（９）
距离模糊函数和速度模糊函数分别为
…讪）ｈｅｃｔ（寿）（１一早）·
ｓｉｍｒ／＿ｒＴ（１－［，，．ｒ．．．．．．．Ｉ．．．．／．．．．．．．Ｔ．．．．—）— 丌，ｕｖＴ（１一Ｉ ｒ ｌ／Ｔ）
ｘ（ｏ，＾）Ｊ＝‘ｓｉｎ丁丌ｆＦｄＴ
（１０）
线性调频信号具有刀刃型模糊图，线性调频 信号模糊图的刀刃走向可由下式来表征：
（５）
艿，的倒数称为信号的持续时宽，或称为有效 相关时间，可表示为
Ｔ，＝÷
（６）
０／ｄ
相应的速度分辨力为
艿。２焘氓２ ２７。ｏ（麦）
（７）
式中，ｃ为光速；ｆｏ为载频。Ｔ。越宽，砖就越窄， 速度分辨力也越高。
以ｒ～，ｄ为平面坐标，Ｉ ｚ（ｒ，ｆｄ）ｌ为纵坐标 绘制的三维图形称为信号的模糊图，在低于模糊 图峰值的某一高度，作平行于ｆ～＾的平面切割 模糊图，将所得的截面投影到ｒ～＾平面上的图 形，称为二维模糊图。图１给出了三种不同类型 的高分辨二维模糊图。

调频法测距

调频法测距
调频法测距原理
对载频进行频率调制是用得很广的展宽连续 波雷达频谱的一种技术，定时标志就是变化着的 频率。 线性调频：目标回波延迟时间正比于回波信号和 发射信号的频率差。在给定的时间范围内发射的 频率偏移越大，测量延迟时间的精度就越高，发 射频谱也越宽。
频率调制波形
调频连续波(FMCW: Frequency Modulation 调频连续波 Continuous Wave)雷达的发射频率按已知的时间函数变化， 雷达的发射频率按已知的时间函数变化， 雷达的发射频率按已知的时间函数变化 它利用在时间上改变发射信号的频率并测量接收信号频率的 方法来测定目标距离。在任何给定瞬间， 方法来测定目标距离。在任何给定瞬间，发射频率与接收频 率的相关不仅是测量目标距离的尺度， 率的相关不仅是测量目标距离的尺度，而且还是测量目标径 向速度的尺度。 向速度的尺度。由于任何实际的连续波雷达频率不可能向一 个方向连续变化，所以必须采用周期性的调制。 个方向连续变化，所以必须采用周期性的调制。 调制波形通常有： 调制波形通常有： 锯齿波、三角波、正弦波、 锯齿波、三角波、正弦波、步进频率
S IF 0 (t ) = cos[2π (− f d nT + ( f R − f d )(t − nT ) )]
信号处理的首要任务是将回波信号进行距离、速度及方位分选 网格化 网格化)， 信号处理的首要任务是将回波信号进行距离、速度及方位分选(网格化 ，然后再进 行其它处理。由于接收机中进行正交双通道处理， 行其它处理。由于接收机中进行正交双通道处理，所以可以得到上式的复信号形 式为： 式为：
2010-11-14
哈尔滨工业大学电子工程系
14
式中2f 为常数， 式中 0R0/c为常数，目标多普勒频率 d=2vrf0/c，fR=2KR/c=Kτ是目标距离所对应 为常数 目标多普勒频率f ， 是目标距离所对应 的频率， 对应的频率f<<0，则零中频信号形式可简写成： 的频率，R=R0-vrt，Kτ2/2对应的频率 ， 对应的频率 ，则零中频信号形式可简写成：

调频法测距原理

调频法测距原理

2021/4/13
哈尔滨工业大学电子工程系
16
三角波调频测距
三角波调制是指发射频率按周期性三角波的规律变化。
当目标固定不动时，回波信号与发射信号的差频fb除了在调制频率换 方向变化的区域外，其余时间段均是常数fb= fR=KtR=2RΔf/c/T。
相对静 止目标
回波
相对运 动目标
回波
2021/4/13
脉冲法——粗测距
调频法——精测距
参考： R.H. Khan et al, Target detection and tracking with a high frequency ground wave radar,
IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol.19, No.4, Oct. 1994, pp540~548
个扫频周期的回波初相，fR对应当前目标位置所产生的频率。这样先对一个扫频 周期内的采样点序列进行第一维FFT处理，可近似得到目标的近似距离(一般fd的 影响可在对速度精确测量后补偿掉)。
时域开关信号的影响分析详见讲义：笼统地讲，开关信号对差频信号的影响主要 在频域上。时域相乘，对应频域卷积，而开关码为周期重复序列，其频谱为离散 谱，谱线间隔为开关码重复频率，若出现频谱混叠则需要采取方法解模糊。
21
将多普勒频移为fd的运动目标回波的差频信号展开成三角级数，级数中各项就 是调制频率的谐波：
rb (t) J0 (D) cos(2fd t 0 ) 2J1(D)sin(2fdt 0 ) cos(2fmt m ) 2J2 (D) cos(2fdt 0 ) cos 2(2fmt m ) 2J3 (D)sin(2fd t 0 ) cos 3(2fmt m ) 2J 4 (D) cos(2fd t 0 ) cos 4(2fmt m ) 2J5 (D)

雷达原理笔记之线性调频连续波雷达测距测速原理

雷达原理笔记之线性调频连续波雷达测距测速原理

1 雷达原理笔记之LFMCW雷达测距测速
1 雷达原理笔记之LFMCW雷达测距测速
1.1 单边扫频锯齿波
1.1.1 静止目标回波分析
1.1.2 运动目标回波分析
1.1.3 优缺点分析
1.2 双边扫频三角波
1.2.1 运动目标回波分析
调频连续波雷达在当今的雷达行业仍占有较高的地位。

由于其无盲区测距的巨大优势，现在人们更多地将其应用在车载雷达行业。

调频连续波雷达现在主要有单边扫频（锯齿波）和双边扫频（三角波）两种调制形式。

1.1 单边扫频锯齿波
上图就是典型的单边扫频连续波雷达的图像，调频斜率。

1.1.1 静止目标回波分析
静止目标（或者径向速度为0）的目标没有多普勒频移，因此回波信号在频率轴没有频移而只是在时间上延后时间。

雷达接收机前端将发射信号和回波信号进行混频得到差拍频率。

有如下关系式：
由此可以解得：
由此便可求出距离目标的距离。

而静止目标（或者径向速度为0）。

与脉冲体制雷达一样，单边扫频锯齿波雷达同样存在蹴鞠模糊问题：
当回波信号的时间延迟大于单边扫频锯齿波雷达的周期时会出现距离测量的模糊现象。

真实目标距离与测量值相差整数个最大不模糊距离（）。

1.1.2 运动目标回波分析
由上图可以清楚地看出，目标的多普勒频移、差拍频率以及回波延时,满足如下关系：
进一步整理，得到：
1.2 双边扫频三角波
上图就是典型的单边扫频连续波雷达的图像，调频斜率。

1.2.1 运动目标回波分析
根据上图可以清楚的看出、、、有如下关系：。

线性调频连续波雷达多目标分辨的新方法

线性调频连续波雷达多目标分辨的新方法

第21卷　第1期2006年2月 电　波　科　学　学　报CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE Vol.21,No.1　February,2006 79 文章编号　100520388(2006)0120079205线性调频连续波雷达多目标分辨的新方法3刘贵喜1　凌文杰1　杨万海2(1.西安电子科技大学自动控制系,gxliu@,陕西西安710071;2.西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071)摘　要　为克服传统的线性调频连续波(L FMCW)雷达在多目标分辨中的局限性,分析了L FMCW雷达差拍信号频谱特点,提出了一种基于二次混频和“CL EAN”技术的新方法,解决了多目标分辨中虚假目标问题。

计算机仿真结果显示当检测信噪比在-10dB以下时仍能正确识别各个目标,表明了算法的有效性。

关键词　线性调频连续波,多目标分辨,“CL EAN”技术中图分类号　TN958.94 文献标识码　ANovel method to multitarget resolution for linearfrequency2modulated continues w ave radarL IU G ui2xi1　L ING Wen2jie1　YANG W an2hai2(1.Dept.of A utomation,g x li u@x i ,X i′an S haanx i710071,China;2.S chool of elect ronic engineering,X i dian Universit y,X i′an S haanx i710071,China)Abstract　In order to overcome t he limitation of multitarget resolution for linearf requency2modulated continues wave(L FMCW)radar,a novel met hod is presentedbased on twice mixing and&quot;CL EAN&quot;technique by analyzing t he beatsignal spect rum in t his paper.The met hod may figure out t he problem of p seudotarget in multitarget resolution and it s effectiveness is proved by t he comp uter sim2ulation t hat t he multitarget s can be identified correctly as t he detection SN R below-10dB.K ey w ords　L FMCW,multitarget resolution,“CL EAN”technique1　引　言线性调频连续波雷达(L FMCW radar)具有距离分辨力高、无距离盲区、结构简单、体积小和低被截获等特点,在军事和民用领域都有广泛的应用[1～3]。

《线性调频连续波雷达近程探测信号处理技术研究》

《线性调频连续波雷达近程探测信号处理技术研究》

《线性调频连续波雷达近程探测信号处理技术研究》摘要：本文针对线性调频连续波雷达近程探测中的信号处理技术进行了深入的研究和探讨。

通过分析信号处理的各个环节，本文提出了针对近程探测的高效处理方法，以提高雷达的探测精度和性能。

本文的研究对于线性调频连续波雷达的信号处理领域具有较高的学术价值和实践意义。

一、引言线性调频连续波雷达在近程探测领域有着广泛的应用，其工作原理是利用线性调频信号的频率调制特性来实现目标的距离测量和识别。

在雷达系统中，信号处理是决定探测性能的关键环节之一。

本文将对线性调频连续波雷达的信号处理技术进行详细的分析和研究，以实现提高探测精度的目的。

二、线性调频连续波雷达基本原理线性调频连续波雷达的信号是由频率随时间线性变化的电磁波组成的，这种波形能够在雷达到目标的距离上产生回波，并利用回波的频率变化来测量目标的距离。

本部分将详细介绍线性调频信号的基本原理，包括其波形特点、频率调制方式以及在近程探测中的应用。

三、信号处理关键技术研究1. 信号预处理：预处理是信号处理的首要环节，主要任务是去除信号中的噪声和干扰，以提高信噪比。

本文将研究不同的预处理方法，如滤波、去噪等，以找到适用于近程探测的预处理方法。

2. 信号匹配滤波：匹配滤波是提高雷达探测精度的关键技术之一。

本部分将研究匹配滤波的原理和实现方法，以及如何通过匹配滤波来提高信噪比和目标检测的准确性。

3. 目标检测与参数估计：本部分将研究目标检测的算法和实现方法，包括恒虚警率检测、最大似然比检测等。

同时，还将研究如何通过参数估计来获取目标的距离、速度等信息。

4. 信号后处理：后处理是对经过前述处理后的信号进行进一步的处理和分析，以提取出更多的目标信息。

本部分将研究不同的后处理方法，如多目标跟踪、目标识别等。

四、实验与分析为了验证上述理论研究的正确性和有效性，本文设计了相关的实验并进行详细的分析。

首先，我们采用模拟仿真和实际环境下的数据采集两种方式来获取实验数据。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析线性调频脉冲压缩技术（Linear Frequency Modulated Continuous Waveform Compression，简称LFMCW）是一种常用于雷达系统中的信号处理技术。

LFMCW技术通过在发送端连续变化载频频率，然后在接收端进行脉冲压缩处理，达到提高雷达系统性能的目的。

LFMCW技术在雷达系统中有以下几个应用：1. 目标测距：LFMCW雷达通过连续变化载频频率，在接收端可以通过测量脉冲压缩后的信号到达时间来计算目标距离。

由于脉冲压缩技术可以实现较高的距离分辨率，因此LFMCW雷达对目标的准确测距非常有效。

2. 目标速度测量：利用LFMCW雷达在发送过程中持续改变载频频率，接收到的回波信号会受到多普勒频移的影响。

通过测量回波信号的频率差异，可以计算出目标的径向速度。

这种技术可以应用在雷达测速、交通流量检测等领域。

3. 目标角度测量：LFMCW雷达可以通过改变载频频率的方式，通过测量回波信号的相位差异来计算目标的角度信息。

这是因为目标的位置不同会导致回波信号的相位差异。

LFMCW雷达可以实现对目标的方位角和俯仰角的测量。

4. 多目标分辨：LFMCW雷达通过改变载频频率的方式，在接收端可以对回波信号进行不同的频率切片，从而实现对多个目标的同时探测和跟踪。

利用多目标跟踪算法，LFMCW雷达可以将不同目标的回波信号分离，实现对多个目标的高精度测量和跟踪。

5. 抗多径干扰能力：LFMCW雷达的脉冲压缩技术可以有效地抑制多径干扰。

当雷达信号在发射和接收过程中受到多个路径的反射时，回波信号会叠加形成干扰。

通过脉冲压缩技术，可以有效地将干扰信号分离出来，提高雷达系统的抗多径干扰能力。

LFMCW技术在雷达系统中可以实现目标测距、速度测量、角度测量、多目标分辨和抗多径干扰等功能。

这种技术不仅提高了雷达系统的性能和测量精度，还具有较低的成本和较小的体积。

第六章 目标距离的测量 雷达原理 教学课件

第六章 目标距离的测量 雷达原理 教学课件

第六章 作业
1 、 画出调频连续波雷达组成框图，并简述其工 作原理。 2、怎样求测距误差？ 3、说明三角形波调制测距的原理。（画出图形） 4、什么叫距离跟踪？ 5、说明脉冲调频测距原理。 （画出图形） 6、说明双重复频率测距判模糊的原理。
§6.3 距离跟踪原理
测距时需要对目标距离作连续
的测量，称为距离跟踪。 距离跟踪方法分类： 人工距离跟踪， 自动距离跟踪
计数脉 冲产 生 器
1 2
与 门
3
距 计 器
离 数 读 数 控制
0
1
T Q S
与 门
与 门
回波 脉冲
发射 脉冲
1
t
发射脉冲 回波脉冲
tr
t t
2
3
t

设计数脉冲产生器的输出脉冲频率为 f，重复周 期为T ( T = 1 / f )，根据距离计数器所计数据n ， 就可计算出回波相对于发射脉冲的延迟时间：
本工作原理相同。
系统组成：时间鉴别器、控制器、
跟踪脉冲产生器。
特点：同样功能部件，实现技术手
段不同。主要用数字电路。

．
一 数字式测距的基本原理 测距任务：
测量回波信号相对于 发射脉冲的延迟时间。 数字式测距时间量的表示： 二进制数码
计数脉 冲产 生 器
1 2
与 门
3
距 计 器
离 数 读 数 控制
0
1
T Q S
与 门
与 门
回波 脉冲
发射 脉冲
1
t
发射脉冲 回波脉冲tr源自t t23
t

设计数脉冲产生器的输出脉冲频率为 f，重复周 期为T ( T = 1 / f )，根据距离计数器所计数据n ， 就可计算出回波相对于发射脉冲的延迟时间：

雷达原理_第六章-目标距离的测量

雷达原理_第六章-目标距离的测量
用脉冲前沿作为到达时刻的缺点是容易受回波大小及噪声的影响, 比较电 平不稳也会引起误差。
6.1 脉冲法测距
本振
门限
Σ
匹配
包络
微分
过零点
滤波器
检波
(d / dt)
检测
t
t
图6.3 回波脉冲中心估计
6.1 脉冲法测距
• 前沿法：以目标回波脉冲的前沿测量到达时间 特点：物理概念清楚（适用于人工测量） 前沿受回波大小及噪声影响
1
最大作用距离 Rmax
2
109
4
2
7 1.22 4
0.12 109.757
50
4
750Km
第五章 作业解题方法
15 、 解 ： 直 视 距 离 4.1 1000 200 187 .6Km ， 接 收 带 宽
1.37
B
0.85625MHz
1.6 106
脉
冲
积
累
数
n
60 6
1.5 400 16.7 360
t
R
2R c
R
1 2
ct R
(6.0.1)
概述
B R
A
图6.1 目标距离的测量
概述
而时间tR也就是回波相对于发射信号的延迟,因此, 目标距 离测量就是要精确测定延迟时间tR。根据雷达发射信号 的不同,测定延迟时间通常可以采用：
❖ 脉冲法 ❖ 频率法 ❖ 相位法
6.1 脉冲法测距
6.1.1 基本原理
4 2
62
0.12
4 15
109.04
4
194Km
第五章 作业解题方法
与直视距离综合后为
187.6Km。仰角为

雷达技术 第六章 目标距离的测量21-22

雷达技术 第六章 目标距离的测量21-22
第 6 章 目标距离的测量
6.1 脉冲法测距
6.2 调频法测距 6.3 距离跟踪原理 6.4 数字式自动测距器
1
第 6 章 目标距离的测量
主要内容及基本要求
理解脉冲测距的基本原理； 理解调频法测距的基本原理； 了解距离跟踪原理；
2
雷达如何测距？
（1） 脉冲雷达 （2） 连续波雷达
B R
A
目标距离的测量
R0 f d R0 f d
(前半周正向调频范围) 正程 (后半周负向调频范围) 逆程
fbav
fb fb 8f R0 求得 R0 cTm fb fb 2 Tm c 8f 2
32
6.2 调频法测距
cTm fb fb cTm R0 fbav 8f 2 8f
当 n1=n2+1时， t t1 f r1 t2 f r 2 1 R
24
6.1 脉冲法测距
双重频最大无模糊距离
Rmax c Tr1, Tr 2 的最小公倍数 2
例： Tr1 为3ms，Tr2 为4ms，
则此时双重频的最大无模糊距离对应12ms。
相当于增大了无模糊距离，并没有消除模糊距离。 天干地支，十二生肖，六十一甲子。
R c t R R c tR
tR
R
若时间差测量误差为1us，测距误差为150m; 若时间差测量误差为1ps，测距误差为0.15m;
13
6.1 脉冲法测距
（3）因大气折射引起的误差
目标视在位置 目标真实位置 R R0 H
测距误差
R R R0
视角误差


地面
6.1.5 判距离模糊的方法 （1） 多种重复频率判模糊

第六章 目标距离的测量

第六章 目标距离的测量
产生高频等幅波频率按线产生高频等幅波频率按线性或正弦规律变化性或正弦规律变化将回波信号与发射信号混将回波信号与发射信号混频输出差频电压频输出差频电压测距原理测距原理设发射信号频率f在一定时间t内线性增加则回波信号f频率和发射信号频率变化相同只在时间上延迟了t差拍频率调频周期调频带宽三角形波调制三角形波调制正弦波调制正弦波调制频率计的精度频率计的精度频域测频带来的测距误差频域测频带来的测距误差差拍信号可以通过差拍信号可以通过fftfft变换获得其频谱信息变换获得其频谱信息而幅度最大值对应的频而幅度最大值对应的频率就是差拍信号频率率就是差拍信号频率利用fft技术对信号进行频谱分析时分析精度主要受制于混叠效应量化误差泄漏效应与栅栏效应
频率法测距的误差问题
► 频率计的精度 ► 频域测频带来的测距误差
差拍信号可以通过FFT 变换获得其频谱信息， 而幅度最大值对应的频 率就是差拍信号频率
利用FFT技术对信号进行频谱分析时，分析精度主要受制于 混叠效应、量化误差、泄漏效应与栅栏效应。混叠效应和 量化误差是模拟信号数字化过程中引起的。泄漏效应和栅 栏效应时离散傅立叶变换所固有的。由于FFT的栅栏效应， 直接采用FFT所获得的距离谱具有固定的采样间隔 ΔR ，从 而产生 ΔR/2的测距误差，这使得测距雷达在近距离下测量 的相对误差较大。分析表明，增加FFT的谱线数量提高频谱 分辨率可以削弱泄漏效应和栅栏效应。但是由于增加了采 样长度，将增加时间开销。
► 时间鉴别器：用来比较回波信号与跟踪脉冲间的延迟
时间差Δt＝t－t’，并将转换成与它成比例的误差电压。
► 时间鉴别器特性曲线
► 控制器：把误差信号uε进行加工变换，将其输出用于控
制跟踪波门移动，改变时延t’，使Δt →0。
► 跟踪脉冲产生器：根据控制器输出的控制信号（转角

雷达最小作用距离公式

雷达最小作用距离公式

雷达最小作用距离公式雷达是一种具有极高应用价值的无线电设备，是军事和航空领域必不可少的工具。

雷达的主要功能是探测目标并确定其位置、速度和方向等信息。

而雷达最小作用距离公式，是雷达技术中的一个重要公式，其作用是测量最小探测范围。

雷达最小作用距离公式是一个经典的物理公式，其计算方式基于雷达原理和电磁波的传播规律。

在雷达的工作中，电磁波从发射天线发出，经过空气中的传播，最终到达接收天线。

由于电磁波在空气中传播的速度是有限的，因此，电磁波从发射天线到达接收天线所经过的时间是有一定的延迟的。

雷达最小作用距离公式的计算基于这个思路，即通过计算电磁波在空气中的传播时间和波长等参数，来推算出雷达最小作用距离。

其公式如下：Rmin = (c / 2f) * sqrt(L)其中，Rmin表示最小作用距离，c表示光速，f表示雷达的工作频率，L表示雷达所发射的电磁波的波形宽度。

在这个公式中，光速是一个固定的常量，即299792458米／秒。

雷达的工作频率是由设计者预设的，不同的雷达工作频率对应不同的应用场景。

而雷达所发射的电磁波的波形宽度，则决定了电磁波在空气中传播的延迟时间。

这些参数都会影响雷达最小作用距离的计算结果，因此，在进行雷达最小作用距离计算时，需要对这些参数进行准确的测量和计算。

雷达最小作用距离公式的作用，主要是用于指导雷达的设计和使用。

通过计算雷达最小作用距离，可以帮助雷达工程师了解雷达的最小监测距离，从而更好地安排雷达的布放位置和监测范围。

同时，通过对雷达最小作用距离的计算，还可以评估雷达的性能，指导雷达的升级和改进。

但是，在进行雷达最小作用距离公式的计算时，需要注意以下几点：1. 雷达最小作用距离公式只是一个理论值，具体的测量结果会受到很多因素的影响，如天气、信噪比等。

2. 雷达最小作用距离公式只适用于平地或近平地区域，如果雷达工作在山地或河流等复杂地形，其最小作用距离需要进行调整。

3. 雷达最小作用距离公式只考虑了电磁波在空气中传播的影响，而没有考虑天线的高度和方向等因素的影响。

多普勒雷达采用线性调频求取多目标距离的算法

多普勒雷达采用线性调频求取多目标距离的算法

多普勒雷达采用线性调频求取多目标距离的算法
李进华
【期刊名称】《探测与定位》
【年(卷),期】2005(015)001
【摘要】脉冲多普勒雷达是机(舰)载广泛采用的先进火控攻击雷达·其根本的特征是通过测量目标的速度来发现目标。

为了避免出现速度模糊，实现准确测速，一般都采用了高发射脉冲重复频率，但随之而来又出现了距离模糊，本文详细解释了某多普勒雷达通过线性调频解距离模糊和测得多个目标的距离的方法。

【总页数】5页(P8-12)
【作者】李进华
【作者单位】驻二十所军代表室，西安710068
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.2
【相关文献】
1.线性调频求取多目标距离的算法研究 [J], 史建国;高晓光;李相民
2.斜式模式距离-多普勒-距离星载合成孔径雷达成像算法 [J], 杨进佩;胡学成;朱力;刘中
3.基于TSFCW雷达的多目标速度和距离估计算法 [J], 张文鑫;高晶敏;杨鸿波
4.毫米波雷达多目标距离速度去耦合配对算法研究 [J], 李杨;蔡俊;王飞
5.一种基于单脉冲雷达信号生成方位距离像的多目标跟踪算法 [J], 张德军;曾维贵;石文君;刘万锁;宁顺杰
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摘 要 :介绍了一种新的探测雷达最小作用距离的方法 ,打破了传统的最小跟踪距离受发射脉宽 局限的限制 ,重点介绍对发射线性调频信号的雷达的近距离探测方法 ,并给出了仿真计算结果 。
关键词 :最小跟踪距离 ;线性调频 ;雷达测距 中图分类号 : TN957. 51
1 问题的分析
现代雷达不仅关心最远作用距离 ,其最小跟踪距 离也越来越受到关注 。例如进行气球校飞试验时 ,经 常受天气 (能见度 )等因素的影响 ,而不能及时捕获目 标 ,给试验任务带来很多麻烦 。通常 ,收发共用的雷达 其最小探测距离受到脉冲宽度以及收 /发开关转换时 间的限制 ,因此认为其最小作用距离为 :
2 线性调频雷达近距离范围内目标距离测量
通常 ,雷达使用的单载频信号脉冲都很窄 ,因此对 应的近距离范围不是很大 。因此这里主要讨论线性调 频雷达的近距离探测问题 。为了增大雷达的作用距 离 ,目前雷达大多采用脉冲压缩体制 。发射宽度很大 的脉冲以提高雷达的平均发射功率 。在接收时对回波 脉冲进行脉冲压缩 ,使其成为窄脉冲 ,从而解决了作用 距离与距离分辨力的矛盾 。但是 ,发射宽度很大的脉 冲就增大了接收机关闭时间 ,从而使近距离的目标回 波不能被接收机完整地接收到 。下面具体讨论如何利 用近距离不完全回波获得目标的距离 。
推
。这
说
明
τ 2
部
分
再
提
前
τ 1
时
间
回
到雷达 B 处 ,雷达接收机同样可以接收到这部分回
波
。τ3
提前
τ 1
+τ2 时间回到
B 对于它的接收也没有
问题
。而对于
τ 4
来说
,可以提前更多时间回到接收机
而不影响接收机对其接收 。这等于说 ,如果目标再近
一些 ,接收机是可以接收到目标的部分回波的 。
当然 ,这也说明了只要把脉冲总宽度变窄 ,减小最
Rm in
=
c 2
(τ +Δt)
(1)
式中 : c为电磁波的速度 ;τ为发射脉冲宽度 ;Δt为收 /
发开关的转换时间 。
这里所说的最小距离的产生是因为收发共用雷达
在发射电磁波时 ,接收机是关闭的 ,因而此时在 Rm in范 围内的目标回波不能进入接收机 。
然而 ,本文认为 ,雷达的最小作用距离比通常认为 的 Rmin值要小 。如果接收机的灵敏度非常高 ,抑制噪 声的能力足够强 ,能够提供足够高的信噪比 ,则雷达最 小作用距离将更大程度上受到收 /发开关恢复时间的 限制 ,而并不完全受发射脉冲宽度的局限 。
假设目标 A 与雷达所在位置 B 之间的距离为 c (τ +Δt) /2 ,如图 1所示 。
图 1 最小跟踪距离与发射脉宽时序关系图
我们不妨把发射脉冲宽度 τ分解成 4 份 ,分别用
τ 1
、τ2
、τ3
、τ4
表示
。τ
+Δ
t为接收机在发射机发射脉冲
期间的总堵塞时间
。现
在考虑当
τ 1
发
射
出
去经
目标
A 反射后回到雷达位置 B 时 ,接收机刚刚接通 ,因而此
以上分析表明 :对于线性调频脉冲信号 ,只要能够 测得近距离回波的最低频率与发射脉冲最低频率的差 频 ,就可通过式 ( 6 ) 获得目标的距离 。因此 ,在小于 c (τ +Δt) /2距离范围内的目标仍可测 ,但因回波信号 较之完整波形有所损失 ,故信噪比有所下降 。
地面雷达在探测近距离目标时会收到极强的地杂 波 ,并与雷达回波连成一片 ,此时如果信号有所损失 , 对目标探测极为不利 。为此 ,雷达应采用低副瓣天线 以减少地物回波强度 ,并采用动目标显示技术以抑制 地杂波 。这样即使近距离目标回波损失了 ,因为杂波 的减少 ,仍可按式 (6)测得目标的距离 。
是上升式调频 ,即式 ( 2)右端取 +号 。由第 1 节的分
析可知 ,丢失的频率成分必然是频率较低的部分 。这
时如果通过鉴频器将回波信号的最低频率测出 ,则可
以得到原信号与回波信号之间的频差 。利用这个频差
就可以获得目标的距离数据 。
因为距离很近 ,根据雷达方程可知近距离目标的回波 很强 ,因此即使回波部分损失掉了 ,但剩下的信号能量 仍能保证接收 。这样只要合理选择鉴频器 ,使其鉴频 灵敏度足够高 ,鉴频跨导足够大 ,鉴频带宽满足要求 , 目标回波与发射信号的频差是可以获得的 。
小作用距离是可以做到的 。然而 ,在设计雷达时 ,通常
为了提高雷达的作用距离 ,不得已要把雷达的发射脉
冲宽度加大 ,以保证其最大作用距离 ,但这又似乎与雷
达的最小作用距离发生了矛盾 。通过以上分析 ,对于
c (τ +Δt) /2范围内的目标 ,其反射回波虽然不能完整
地进入接收机 ,但总会有一部分回波进入接收机 。如
果合理利用接收机接收到的这部分不完整回波 ,检测
到 c (τ +Δt) /2范围内的目标是可以做到的 。
根据以上分析
,如果利用
τ 2
以后部分的回波检测
目标 ,就可以使雷达的最小作用距离减少 cτ1 /2 ;如果
检测得到
,利用
τ 4
部分的目标回波可以将最小作用距
离减小 c (τ1 +τ2 +τ3 ) /2,这是很可观的 。
将式 (4)代入式 (3) ,整理得到 :
τ′=τ - τΔf
(5)
B
这说明虽然发射的是完整的脉冲 τ,但由于目标
距离小于 c (τ +Δt) /2 ,使 τ - τ′=τΔf /B 部分脉冲堵
塞在接收机之外 。这样目标的真实距离为 :
R
=
c 2
(τ′+Δ t)
=
cτ 2
1
-
Δf
B
+Δτt
(6)
由频率的线性变化性质我们知道 :
fH
- fL
τ′
′
=
B
τ
(3)
而
fH - fL ′= ( fH - fL ) - ( fL ′- fL ) = B - Δf ( 4) 式中 :Δf为差频 , Δf = fL ′- fL > 0 。 (因为回波中频
率为 fL 与 fL ′之间的部分被堵塞在接收机之外 ) 。
时接收机刚好能够收到目标的整个反射回波 。而对于
τ 2
,在其到达
B时Leabharlann ,接收机已经接通,并且已经延时
τ 1
收稿日期 : 2006201214; 修回日期 : 2006207216。
·8·
时间
,也就是在接收机接通
了
τ 1
时间后
,τ2
才到达
接
收机
。同样
,τ3
是在接收机接通了
τ 1
+τ2 时间后到达
接收机
,依次类
参 考 文 献
[ 1 ] 丁鹭飞 ,耿富录. 雷达原理 [M ]. 西安 :西安电子科技大学 出版社 , 2002.
[ 2 ] 蔡希尧. 雷达系统概论 [M ]. 北京 :科学出版社 , 1983.
·9·
这里 c、τ、Δt、B 均已知 ,只需知道 Δf即可测得 R。
3 差频的获得
利用鉴频器可以获得差频 Δf。不过因为目标回 波并不是完整的波形 ,因此回波的能量会变小 ,但通常
图 3 差频提取原理框图
4 讨论和结论
如上所述 ,只要知道信号来回的频差 ,即可计算得 到目 标 的 距 离。可 检 测 的 目 标 距 离 缩 短 了 cτΔf / ( 2B ) 。假设发射脉冲的宽度为 80μs,来回的频 差为 B /2,则最小作用距离可以缩短 6 km。由于目标 的运动 ,必然会产生多普勒频移 fd ,因此 ,式 ( 6 )中的 Δf其实还含有 fd 成分 。不过因为快速目标通常不会 在近距离范围内出现 ,近距离范围内目标的多普勒频 移相对于带宽 B 来说在量级上差很多 ,于是多普勒频 移对根据式 ( 6 ) 算得的目标距离不会造成太大的影 响。
图 2 线性调频信号的频率时间关系
线性调频信号的频率时间关系如图 2所示 。完整
的信号频率范围为 fL ～fH ,带宽 B = fH - fL ,因为目标 的距离小于 c (τ+Δt) /2 ,因此目标回波将不完整 。由
图 2可知 ,目标回波的最低频率为 fL ′( fL ′> fL ) 。下 面推导回波的脉冲宽度 τ′。
第 32卷第 8期
陈 勇 ,等 :线性调频雷达最小作用距离范围内目标距离的测量
·测控技术 ·
线性调频信号的频率变化规律为 :
f
= f0
±τB t |
t
|
≤
τ 2
(2)
式中 : B 为信号带宽 ; f0 为信号的中心频率 。 如果雷达回波是不完整的 ,那么对于近距离目标
回波必然有一些频率成分会在接收时丢失 。假设信号
第 32卷第 8期 2006年 8月
EL
电子工 ECTRON IC
程师 EN G IN
EER
V oAl.
32 ug.
No. 8 2006
线性调频雷达最小作用距离范围内目标距离的测量
陈 勇 ,柯长海
(南京电子技术研究所 ,江苏省南京市 210013)
获得差频的原理如图 3所示 。接收机鉴频电路根 据其输入中频频率偏离额定中频频率的大小 ,输出一 串脉冲信号 ,经放大和峰值采样后 ,产生与此成正比的 直流误差电压 ,将其送到后续的信号处理 ,利用鉴频器 的 S 特性即可获得发射信号与接收信号最低频率的差 Δf。利用式 (6)即可获得目标的距离 。