雷达系统导论概述
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雷达系统导论5五、时空二维处理1.运动平台雷达杂波及TACCAR 、DPCA当雷达安装在运动平台上(如舰船、飞机)时,这时发现杂波中的运动目标较雷达固定时要困难的多。
此时杂波的多普勒频率不再处于零频处,并随平台的速度、天线方位及仰角而变化。
因此对消杂波的凹口不能固定,且必须是变化的。
平台运动对杂波频谱主要有两个影响:a .杂波中心频率偏移这取决于天线波束指向及平台速度:λφ00cos 2p d v f =式中p v 平台运动速度,0φ天线主波束指向与平台速度之间的方位夹角, λ雷达工作波长b .杂波频谱展宽这取决于于天线波束宽度及平台速度:φφλ∆=∆0sin 2p d v f 式中φ∆为天线波束宽度当天线波束指向平台速度方向即000=φ时,杂波的多普勒频率最大而多普勒频谱的宽度最小。
当天线指向与平台速度方向垂直即0090=φ时,杂波的多普勒中心频率为零,但多普勒频谱展的最宽。
基于以上分析,平台速度的影响可分为两个分量:一个是沿着天线指向的方向,它使杂波多普勒频谱的中心频率移动,另一个是天线指向的法线方向,它使杂波多普勒频谱展宽。
这两个分量可用不同技术加以补偿。
运动平台上的动目标显示雷达称为AMTI(Airborne MTI),虽然原意A 是指飞机上的意思,但目前此术语是指任何运动平台动目标显示雷达。
A .杂波多普勒频移的补偿[3]p120获取杂波多普勒频移的方法:(1)在某些情况下,可利用装载雷达的平台速度及天线指向的先验知识,用开环控制的办法求补偿杂波的多普勒频移。
(主要适用于船载雷达)(2)可对一定距离间隔内接收的回波信号采样,直接测量杂波频率,采样距离间隔应选择得使杂波成为起主导作用的信号。
通常,对若干脉冲重复周期的采样距离间隔得出的数据进行平均处理以得到平均的多普勒频移,仅进行单次多普勒测量并接着进行补偿是不能满足雷达的整个距离的实际状况的。
现有两种补偿多普勒频率(杂波锁定)的方法:一种办法是改变相参振荡器(COHO)的频率以补偿杂波多普勒频率的移动,具体实现时可用将相参振荡器输出与频率可调振荡器混频的方法,并令频率可调振荡器的频率等于杂波的多普勒频率,如TACCAR 。
雷达系统导论2二、目标距离的测量对单基地而言(发射机和接收机放在同一位置),设电波在雷达与目标间往返一次所需时间为R t (即回波相对发射信号的延迟),则目标至雷达的距离为:R ct R 21= 简单未调制的连续波雷达没有测距能力,这与其发射波形的频谱(带宽)较窄有关。
若必须测量距离,则在连续波载频上必须加上某些定时的标志,定时标志可以识别发射的时间和回波时间。
标志越尖锐、鲜明,则传输时间的测量越准确。
由傅里叶变换性质知:定时标志越尖锐,则发射信号的频谱越宽。
因此为了测量传输时间或距离,则必须发射一定宽度的频谱[3]p68。
利用调幅、调频或调相可展宽连续波发射信号的频谱。
根据雷达发射信号的不同,测定延迟时间通常可采用脉冲法、频率法和相位法。
根据雷达信号的形式,雷达主要分为:脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。
此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。
1.脉冲法[1]p174~181 (脉冲雷达)常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子,其发射波形是矩形脉冲,按一定的或交错的重复周期工作。
脉冲雷达的天线是收发共用的,这需要一个收发转换开关(简称为收发开关TR)和接收机保护器。
在发射时,收发开关使天线与发射机接通,并与接收机断开,以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。
接收时,天线与接收机接通,并与发射机断开,以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失[1]p58~58。
距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离,它主要取决于雷达信号波形。
对于给定的雷达系统,可达到的距离分辨力为[2]p480:Bc R 2=δ 式中c 为光速,B 为发射波形带宽当采用简单未编码的矩形脉冲(如图8)时,τ1=B ,其中τ为发射脉冲宽度,因此对于简单的脉冲雷达而言,2τδc R =,即脉冲越窄,距离分辨力越好。
测距范围包括最小可测距离和最大单值测距范围。
最小可测距离是指雷达能测量的最近目标的距离。
雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》,多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。
脉冲多普勒雷达:采用脉冲方式发射的多普勒雷达。
动目标显示:为增强检测并显示运动目标的一种技术。
共同特点:利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标,杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。
主要区别:《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。
用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊,用高PRF可克服多普勒频率模糊,但一般难以同时克服两种模糊。
通常MTI雷达的PRF选得较低,以便能克服距离模糊(即没有多次回波),但频率测量是模糊的并导致了盲速。
而PD雷达具有高的PRF,能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。
《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF,而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器,而PD雷达是用一组相参积累滤波器。
因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。
MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波,滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上,而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。
由于固定目标杂波背景的复杂性,MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制,达不到对动目标检测的最佳效果。
PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标,同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波,通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组,其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。