雷达原理-运动目标检测.ppt

《雷达原理-运动目标检测.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《雷达原理-运动目标检测.ppt（134页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第七章第七章 作业解答作业解答第八章第八章 运动目标检测运动目标检测电话电话:15182388504 V网网:66286 西南科技大学国防科技学院西南科技大学国防科技学院黄传波黄传波角度测量角度测量主要内容主要内容u多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用u动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成u盲速、盲速、盲相的影响及其解决途径盲相的影响及其解决途径u 回波和杂波的频谱

2、及动目标显示滤波器回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器u 动目标显示雷达的工作质量及质量指标动目标显示雷达的工作质量及质量指标u动目标检测动目标检测(MTD)u自适应动目标显示系统自适应动目标显示系统u速度测量速度测量 MTDMTD滤波器组示意图滤波器组示意图8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.1 多普勒效应多普勒效应 1.雷达发射连续波的情况雷达发射连续波的情况这时发射信号可表示为发射信号可表示为 s(t)=A cos(0t+)式中,0为发射角频率,为初相;A为振幅。在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号由目标反射的回波信号sr(t)为为(8.1.1)式

3、中,tr=2R/c,为回波滞后于发射信号的时间,k为回波的衰减系数。如如果果目目标标固固定定不不动动,则距离R为常数。回波与发射信号之间有固固定定相相位位差差0tr=2f02R/c=(2/)2R,它它是是电电磁磁波波往往返返于雷达与目标之间所产生的相位滞后于雷达与目标之间所产生的相位滞后。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 当当目目标标与与雷雷达达站站之之间间有有相相对对运运动动时时,则距离R随时间变化。设设目目标标以以匀匀速速相相对对雷雷达达站站运运动动,则在时间t时刻,目目标标与与雷雷达达站站间间的距离的距离R(t)为为 R(t)=R0-vrt 式中，R0 为

4、 t=0 时的距离；vr为目标相对雷达站的径向运动速度。由由目目标标反反射射的的回回波波信信号号sr(t)说说明明,在在t时时刻刻接接收收到到的的波波形形sr(t)上上的某点的某点,是在是在t-tr时刻发射的。时刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁波速度c,故时延tr可近似写为近似写为(8.1.2)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 回波信号比起发射信号来回波信号比起发射信号来,高频相位差高频相位差 是时间t的函数,在径向速度在径向速度vr为常数时为常数时,产生频率差为产生频率差为(8.1.3)这就是多普勒频率,它正正比比于于相相对对运运动动

5、的的速速度度而而反反比比于于工工作作波波长长。当当目目标标飞飞向向雷雷达达站站时时,多多普普勒勒频频率率为为正正值值,接接收收信信号号频频率率高高于于发发射射信信号号频频率率,而当当目目标标背背离离雷雷达达站站飞飞行行时时,多多普普勒勒频频率率为为负负值值,接收信号频率低于发射信号频率接收信号频率低于发射信号频率。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 多多普普勒勒频频率率可可以以直直观观地地解解释释为为:振荡源发射的电磁波以恒速c传播,如如果果接接收收者者相相对对于于振振荡荡源源是是不不动动的的,则他他在在单单位位时时间间内内收收到到的的振振荡荡数数目目与与振振荡荡

6、源源发发出出的的相相同同,即即二二者者频频率率相相等等。如如果果振振荡荡源源与与接接收收者者之之间间有有相相对对接接近近的的运运动动,则接接收收者者在在单单位位时时间间内内收收到到的的振振荡荡数数目目要要比比他他不不动动时时多多一一些些,也就是接接收收频频率率增增高高；当二者作背向运动时当二者作背向运动时,结果相反结果相反。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2.窄带信号时的多普勒效应窄带信号时的多普勒效应 常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)。其发射发射信号可以表示为信号可以表示为 式中，Re表示取实部;u(t)为调制信号的复数包络;0为发射角频率。由目

7、标反射的回波信号目标反射的回波信号sr(t)可以写成(8.1.4)当当目目标标固固定定不不动动时时,回波信号的复包络有一固定迟延,而高频则有一个固定相位差。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 当当目目标标相相对对雷雷达达站站匀匀速速运运动动时,按式(8.1.2)近似地认为其延迟时间tr为 则式(8.1.4)的的回回波波信信号号表表示示式式说说明明,回回波波信信号号比比起起发发射射信信号号来来讲讲,复复包包络络滞滞后后tr,而而高高频频相相位位差差=-0tr=-2(2/)(R0-vrt)是是时时间间的的函函数数。当速度vr为常数时,(t)引起的频率差为 称为多普勒频

8、率多普勒频率,即回波信号的频率比之发射频率有一个多普回波信号的频率比之发射频率有一个多普勒频移勒频移。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 附注附注:从从式式(8.1.1)出出发发,较较严严格格地地讨讨论论运运动动目目标标回回波波的的特特点点。在t时刻收到的回波是在t-tr时刻发射的,而照照射射到到目目标标上上的的时时间间是是t=t-(1/2)tr,照射时的目标距离目标距离为(8.1.5)往返往返R(t)距离所需的时间正是目标的延迟时间距离所需的时间正是目标的延迟时间tr,即 可解得结果可解得结果(8.1.6)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达

9、中的应用 将tr代入式(8.1.1)可得运动目标回波为运动目标回波为(8.1.7)由式(8.1.7)可以看出,运运动动目目标标回回波波信信号号的的角角频频率率变为 ,可化简并近似为化简并近似为 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 即信信号号角角频频率率的的变变化化值值d=(2vr/c)0=2 2vr/,为为多多普普勒勒频频移移。近似后的结果,与常用的多普勒频率表达式(8.1.3)相同。对对于于窄窄带带发发射射信信号号而而言言,要严格地讨论运动目标回波的特点,可将式(8.1.6)代入式(8.1.4)后,得到的结果是:(8.1.8)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用

10、多普勒效应及其在雷达中的应用 由式(8.1.8)可以讨论窄窄带带信信号号时时的的运运动动目目标标回回波波的的几几个个特特点点:(1)由由指指数数项项,信信号号角角频频率率已已变变为为 ,通常总满足c vr,故角频率可作近似简化处理，得到信号角频率的变化量为 称为多普勒频率。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用(2)对于复数包络对于复数包络u(t)来讲来讲,中的因子(c+vr)/(c-vr)表示信信号号在在时时间间轴轴上上的的增增长长或或压压缩缩。根据目标运动的方向可确定其是增长还是压缩。目目标标和和雷雷达达站站相相对对运运动动时时,vr为为正正值值,相相当当于于波波

11、形形在在时时间间轴轴上上压压缩缩,而而在在频频率率轴轴上频谱将展宽上频谱将展宽。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 但在雷达的大多数应用情况下,上述复包络变化的效应可以忽略。设设发发射射信信号号的的时时宽宽为为,由由于于忽忽略略时时间间轴轴伸伸缩缩所引起的时间误差为时间误差为 当信号的带宽为当信号的带宽为f时时,上述时间误差可忽略的条件为时间误差可忽略的条件为(8.1.9)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 这这个个条条件件是是经经常常满满足足的的,例如若目标速度为10倍音速,vr=3.3103 m/s,则2vr/c 210-5,这样

12、即使信号的时间带宽积f为1000数量级时,不等式(8.1.9)仍能满足。以以上上讨讨论论均均忽忽略略了了目目标标加加速速度度引引起起的的影影响响。可以看出,在在当当前前目目标标运运动动的的速速度度范范围围内内,运动目标回波的表达式运动目标回波的表达式(8.1.4)可以近似为可以近似为(8.1.10)运运动动目目标标回回波波的的主主要要特特征征是是其其中中心心频频率率偏偏移移多多普普勒勒频频率率,其其它它影影响均可忽略响均可忽略。前面近似结果完全可以采用。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 回回波波信信号号产产生生的的多多普普勒勒频频移移可由发发射射站站到到目目标标

13、的的距距离离Rt加加上由目标到接收站的距离上由目标到接收站的距离Rr随时间变化求得随时间变化求得：在在单单基基地地雷雷达达情情况况下下,引引起起多多普普勒勒频频移移的的是是雷雷达达和和目目标标连连线线方方向向的的径径向向速速度度vr。设目标运动方向与该连线的夹角为,目标速度为v,则径向速度分量vr为(8.1.11)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.2 多普勒信息的提取多普勒信息的提取 已经知道,回波信号的多普勒频移fd正比于径向速度，而反比于雷达工作波长,即 多多普普勒勒频频移移的的相相对对值值正正比比于于目目标标速速度度与与光光速速之之比比,fd的的正

14、正负负值值取取决决于于目目标标运运动动的的方方向向。在多数情况下,多普勒频率处于音频范围。例如当=10 cm,vr=300 m/s时,求得fd=6kHz。而此时雷达工作频率f0=3000MHz,目标回波信号频率为fr=3000 MHz6kHz,两者相差的百分比是很小的。因此要要从从接接收收信信号号中中提提取取多多普普勒勒频频率率需需要要采采用用差差拍拍的的方方法法,即即设设法法取取出出f0和和fr的的差差值值fd。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 1.连续波多普勒雷达连续波多普勒雷达 为取出收发信号频率的差频,可以在在接接收收机机检检波波器器输输入入端端引引入入

15、发发射射信信号号作作为为基基准准电电压压,在检检波波器器输输出出端端即即可可得得到到收收发发频频率率的的差差频频电电压压,即多多普普勒勒频频率率电电压压。这时的基基准准电电压压通常称为相相参参(干干)电电压压,而完成差频比较的检波器称为相相干干检检波波器器。相相干干检检波波器器就是一种相相位位检检波波器器,在在其其输输入入端端除除了了加加基基准准电电压压外外,还还有有需要需要鉴别其差频率或相对相位的信号电压鉴别其差频率或相对相位的信号电压。图 8.1(a)(c)画出了连续波多普勒雷达的原理性组成方框图、获取多普勒频率的差拍矢量图及各主要点的频谱图。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应

16、及其在雷达中的应用 图图 8.1 连续波多普勒雷达原理框图连续波多普勒雷达原理框图(a)组成框图组成框图;(b)多普勒频率差拍矢量多普勒频率差拍矢量;(c)频谱图频谱图 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 发射机产生频率为f0的等幅连续波高频振荡,其中绝绝大大部部分分能能量量从发射天线辐射到空间,很很少少部部分分能能量量耦合到接收机输入端作为基准电压。混混合合的的发发射射信信号号和和接接收收信信号号经经过过放放大大后后,在在相相位位检检波波器器输输出出端端取取出出其其差差拍拍电电压压,隔隔除除其其中中直直流流分分量量,得得到到多多普勒频率信号普勒频率信号送到终端指

17、示器。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 （1）固定目标）固定目标 对于固定目标信号,由由于于它它和和基基准准信信号号的的相相位位差差=0tr保保持持常常数数,故故混混合合相相加加的的合合成成电电压压幅幅度度亦亦不不改改变变。当回波信号振幅Ur远小于基准信号振幅U0时,从矢量图上可求得其合成电压为 包络检波器输出正比于合成信号振幅。对于固定目标对于固定目标,合成矢合成矢量不随时间变化量不随时间变化,检波器输出经隔直流后无输出检波器输出经隔直流后无输出。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 （2）运动目标）运动目标 运运动动目目标标回回波

18、波与与基基准准电电压压的的相相位位差差随随时时间间按按多多普普勒勒频频率率变变化化。即回回波波信信号号矢矢量量围围绕绕基基准准信信号号矢矢量量端端点点以以等等角角速速度度d旋旋转转,这时合成矢量的振幅为这时合成矢量的振幅为 经经相相位位检检波波器器取取出出二二电电压压的的差差拍拍,通通过过隔隔直直流流电电容容器器得得到到输输出出的多普勒频率信号为的多普勒频率信号为(8.1.12)在在检检波波器器中中,还还可可能能产产生生多多种种和和差差组组合合频频率率,可用低低通通滤滤波波器器取取出出所所需需要要的的多多普普勒勒频频率率fd送到终端指示(例如频率计),即可可测测得得目目标标的径向速度值的径向速

19、度值。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2.脉冲工作状态时的多普勒效应脉冲工作状态时的多普勒效应 当雷达发射脉冲信号时,和连续发射时一样,运动目标回波信号中产生一个附加的多普勒频率分量。所所不不同同的的是是目目标标回回波波仅在脉冲宽度时间内按重复周期出现仅在脉冲宽度时间内按重复周期出现。图8.2画出了利用多普勒效应的脉冲雷达方框图及各主要点的波形图,图中所示为多普勒频率fd小于脉冲宽度倒数的情况。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达(a)原理框图原理框图;(b)主要波形图

20、主要波形图;(c)A显画面显画面(对消前对消前)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达(a)原理方块图原理方块图;(b)主要波形图主要波形图;(c)A显画面显画面(对消前对消前)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.2 利用多普勒效应的脉冲雷达利用多普勒效应的脉冲雷达(a)原理方块图原理方块图;(b)主要波形图主要波形图;(c)A显画面显画面(对消前对消前)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 和和连连续续波波雷雷达达的的工工作作情情况况相

21、相类类比比:发射信号按一定的脉冲宽度和重复周期Tr工作。由连续振荡器取出的电压作为接收机相位检波器的基准电压,基基准准电电压压在在每每一一重重复复周周期期均均和和发发射射信信号号有相同的起始相位有相同的起始相位,因而是相参的因而是相参的。相相位位检检波波器器输输入入端端所所加加电电压压有有两两个个:连连续续的的基基准准电电压压uk，uk=Uksin(0t+0),其频率和起始相位均与发射信号相同;回回波波信信号号ur,ur=Ursin0(t-tr)+0,当当雷雷达达为为脉脉冲冲工工作作时时,回回波波信信号号是是脉脉冲冲电电压压,只只在在信信号号来来到到期期间间即即trttr+时时才才存存在在,其

22、它时间只有基准电压Uk加在相位检波器上。经过检波器的输出信号为经过检波器的输出信号为(8.1.14)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 式中,U0为为直直流流分分量量,为为连连续续振振荡荡的的基基准准电电压压经经检检波波后后的的输输出出,而U0m cos则代代表表检检波波后后的的信信号号分分量量。在在脉脉冲冲雷雷达达中中,由由于于回回波波信信号号为为按按一一定定重重复复周周期期出出现现的的脉脉冲冲,因因此此,U0m cos表表示示相相位位检检波波器器输输出出回回波波信信号号的的包包络络。图8.3给出了相位检波器输出波形图。对于固定目标来讲对于固定目标来讲,相位差是

23、常数,合成矢量的幅度不变化,检波后隔去直流分量可得到一串等幅脉冲输出。对对运运动动目目标标回回波波而而言言,相位差随时间t改变,其变化情况由目标径向运动速度vr及雷达工作波长决定。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.3 相位检波器输出波形相位检波器输出波形 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 合合成成矢矢量量为为基基准准电电压压Uk以以及及回回波波信信号号相相加加,经检检波波及及隔隔去去直直流分量后得到脉冲信号的包络为流分量后得到脉冲信号的包络为(8.1.15)即回回波波脉脉冲冲的的包包络络调调制制频频率率为多多普普勒勒频频

24、率率。这相相当当于于连连续续波波工工作作时时的的取取样样状状态态,在脉冲工作状态时,回回波波信信号号按按脉脉冲冲重重复复周周期期依次出现依次出现,信号出现时对多普勒频率取样输出信号出现时对多普勒频率取样输出。脉冲工作时,相邻重复周期运动目标回波与基准电压之间的相位差是变化的,其变化量变化量为 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 相相邻邻重重复复周周期期延延迟迟时时间间的的变变化化量量tr=2R/c=2vrTr/c是是很很小小的的数数量量,但当它它反反映映到到高高频频相相位位上上时时,=0tr就就会会产产生生很很灵灵敏敏的的反反应应。相参脉冲雷达利用了相邻重复周期回

25、波信号与基准信号之间相位差的变化来检测运动目标回波,相相位位检检波波器器将高频的相位差转化为输出信号的幅度变化将高频的相位差转化为输出信号的幅度变化。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 脉冲雷达工作时,单个回波脉冲的中心频率亦有相应的单个回波脉冲的中心频率亦有相应的多普勒频移多普勒频移,但在在fd1/的条件下的条件下(这是常遇到的情况),这这个多普勒频移只使相位检波器输出脉冲的顶部产生畸变个多普勒频移只使相位检波器输出脉冲的顶部产生畸变。这就表明要检测出多普勒频率需要多个脉冲信号要检测出多普勒频率需要多个脉冲信号。只有当只有当fd 1/时时,才有可能利用单个脉冲测

26、出其多普勒频率才有可能利用单个脉冲测出其多普勒频率。对于运动目标回波,其重复周期的微小变化Tr=(2vr/c)Tr通常均可忽略。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1.3 盲速和频闪盲速和频闪 当雷达处于脉冲工作状态时,将发生区别于连续工作状态的特殊问题,即盲速盲速和频闪效应频闪效应。盲盲速速是指目标虽然有一定的径向速度vr,但若其回回波波信信号号经经过过相相位位检检波波器器后后,输输出出为为一一串串等等幅幅脉脉冲冲,与与固固定定目目标标的的回回波波相相同同，此时的目目标标运运动动速速度度称为盲速。频频闪闪效效应应是当脉冲工作状态时,相位检检波波器器输输出出端

27、端回回波波脉脉冲冲串串的包包络络调调制制频频率率Fd,与目目标标运运动动的的径径向向速速度度vr不不再再保保持持正正比比关关系系。此时如用包络调制频率测速时将产生测速模糊。产产生生盲盲速速和和频频闪闪效效应应的的基基本本原原因因在在于于,脉脉冲冲工工作作状状态态是是对对连连续续发发射射的的取取样样,取样后的波形和频谱均将发生变化取样后的波形和频谱均将发生变化。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 由式(8.1.10)知,当雷达信号为窄带信号时,运动目标的雷达运动目标的雷达回波回波sr(t)为为 sr(t)=Reku(t-tr)expj(0+d)(t-t0)式中，tr

28、为复包络迟延,而fd为高频的多普勒频移。当当雷雷达达处处于于脉脉冲工作状态时冲工作状态时,简单脉冲波形时的复调制函数脉冲波形时的复调制函数u(t)可写成 式中,rect表示矩形函数;为脉冲宽度;Tr为脉冲重复周期。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 u(t)的的频频谱谱U(f)是是一一串串间间隔隔fr=1/Tr的的谱谱线线,谱谱线线的的包包络络取取决决于于脉脉冲冲宽宽度度的的值值。运动目标的回波信号是u(t-tr)和具有多普勒频移的连续振荡相乘,因而其频谱是两者的卷积频谱是两者的卷积,如图8.4(b)所示，相当于把U(f)的频谱中心分别搬移到f0+fd和-(f0+

29、fd)的位置上。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.4 脉冲工作时各主要点信号频谱脉冲工作时各主要点信号频谱(a)发射信号频谱发射信号频谱;(b)接收信号频谱接收信号频谱;(c)相参电压谱相参电压谱;(d)相位检波输出谱相位检波输出谱 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 相相位位检检波波器器的的输输入入端端加有频频率率为为f0的的相相参参电电压压和回回波波信信号号电电压压,在其输输出出端端得到两两个个电电压压的的差差频频,如图8.4(d)所示,其谱线的位置在nfrfd处,n=0,1,2,谱线的包络与U(f)相同。由由图图8.

30、4的的频频谱谱图图可可以以看看出出脉脉冲冲信信号号产产生生“盲盲速速”的的原原因因:固固定定目目标标时时，fd=0,其其回回波波的的频频谱谱结结构构与与发发射射信信号号相相同同,是是由由f0和和f0nfr的的谱谱线线所所组组成成。对对于于运运动动目目标标回回波波,谱谱线线中中心心移移动动fd,故故其其频频谱谱由由f0+fd、f0+fdnfr的的谱谱线线组组成成,经经过过相相位位检检波波器器后后,得得到到fd及及nfrfd的的差差频频,其其波波形形为为多多普普勒勒频频率率fd调调幅幅的的一一串串脉脉冲冲。当当fd=nfr时时,运运动动目目标标回回波波的的谱谱线线由由nfr所所组组成成,频频谱谱结

31、结构构与与固固定定目目标回波的相同标回波的相同,这时无法区分运动目标与固定目标这时无法区分运动目标与固定目标。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 从从图图8.4的的频频谱谱图图上上也也可可以以分分析析产产生生频频闪闪的的原原因因:当当多多普普勒勒频频率率fd超超过过重重复复频频率率fr的的一一半半时时,频频率率nfr的的上上边边频频分分量量nfr+fd与与频频率率(n+1)fr的的下下边边频频分分量量(n+1)fr-fd在在谱谱线线排排列列的的前前后后位位置置上上交交叉叉。两两个个不不同同的的多多普普勒勒频频率率fd1和和fd2,只只要要满满足足fd1=nfr-f

32、d2,则则二二者者的的谱谱线线位位置置相相同同而而无无法法区区分分。同同样样,当当fd1=nfr+fd2时时,二二者者的的频频谱谱结结构构相相同同也也是是显显而而易易见见的的。因此,在相参脉冲雷达中,如果要用相位检波器输出脉冲的包络频率来单值地测定目标的速度,必须满足的条件是(8.1.16)8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 盲速和频闪效应也可以从矢量图和相对应的波形图加以说明盲速和频闪效应也可以从矢量图和相对应的波形图加以说明。1、关于盲速、关于盲速 从从矢矢量量图图8.5(a)可可以以看看出出,相相邻邻周周期期运运动动目目标标的的回回波波和基基准准电电压压之间

33、相相位位差差的的变变化化量量为为=dTr,根据的变化规律即可得到一一串串振振幅幅变变化化的的视视频频脉脉冲冲。当当=2时时,虽虽然然目目标标是是运运动动的的,但但相相邻邻周周期期回回波波与与基基准准电电压压间间的的相相对对位位置置不不变变,其其效效果果正正如如目目标标是是不不运运动动的的一一样样,这这就就是是盲盲速速。可求得盲速与雷达参数的关系。当=2n,即=dTr=2n n=1,2,3,时,会产生盲速,这时 fdTr=n 或 fd=nfr 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 图图 8.5 用矢量和波用矢量和波形图说明盲速和频形图说明盲速和频闪闪(a)盲速说明盲速

34、说明;(b)频闪说明频闪说明;(c)Fa的变化规律的变化规律 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 因 fd=2vr/,所以盲速 盲盲速速的的出出现现的的原原因因是是取取样样系系统统的的观观察察是是间间断断而而不不是是连连续续的的。在在连连续续系系统统中中,多多普普勒勒频频率率总总是是正正比比于于目目标标运运动动的的速速度度而而没没有有模模糊糊。但在在脉脉冲冲工工作作时时,相相位位检检波波器器输输出出端端的的回回波波脉脉冲冲包包络络频频率率只只在在多多普普勒勒频频率率较较脉脉冲冲重重复复频频率率低低时时(fd1/2fr)才能代表目标的多普勒频率才能代表目标的多普勒频

35、率。在盲速时在盲速时,即即在在重重复复周周期期内内,目目标标走走过过的的距距离离正正好好是是发发射射高高频频振振荡荡半半波波长长的的整整数数倍倍,由由此引起的高频相位差正好是此引起的高频相位差正好是2的整数倍。的整数倍。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 2、关于频闪效应、关于频闪效应 可可从从图图8.5(b)的的矢矢量量图图上上看看出出，当当相相邻邻重重复复周周期期回回波波信信号号的的相相位位差差=2n-时时,在相相位位检检波波器器输输出出端端的结果与与=时时是是相相同同的的,差别仅为矢矢量量的的视视在在旋旋转转方方向向相相反反,因此上述二种情况下,脉脉冲冲信信

36、号号的的包包络络调调制制频频率率相相同同。相相位位差差=2n+时时,其相相位位检检波波器器输输入入端端合合成成矢矢量量与=完完全全一一样样,因而其输出脉冲串的调制频率亦相同。当当=0时时表表现现为为盲盲速速现现象象,一般情况下0,表表现现为为频频闪闪现现象象,这时相位检波器输出脉冲包络调制频率与回波信号的多普勒频率不相等。8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 包络调制频率包络调制频率随着多普勒频率的增加多普勒频率的增加按雷达工作的重复频率雷达工作的重复频率周期周期性地变化性地变化。包络调制频率的最大值

37、产生在包络调制频率的最大值产生在=2n-时时,相应的多普勒多普勒频率为频率为nfr-(1/2)fr,而这时的包络调制频率包络调制频率Fd=fr/2。只有当只有当fdfr/2时时,包包络调制频率络调制频率和多普勒频率多普勒频率才相等相等。图8.5(c)中画出了脉冲包络调制频率脉冲包络调制频率Fd变化规律曲线变化规律曲线,它随着多普勒频率的增加而周期性变化随着多普勒频率的增加而周期性变化,这就是频闪频闪效应效应。当当fd=nfr时时,包络调制频率包络调制频率Fd=0,这就是盲速盲速。图图 8.6 高速目标高速目标(fd 1/)的多普勒效应的多普勒效应(a)波形波形;(b)频谱频谱 8.1 多普勒效

38、应及其在雷达中的应用多普勒效应及其在雷达中的应用 一、动目标显示雷达与普通雷达的主要区别一、动目标显示雷达与普通雷达的主要区别 当脉冲雷达利用多普勒效应来鉴别运动目标回波和固定目标回波时,与普通脉冲雷达的差别是：有产生相干振荡电压的系统；用相干检波器代替普通振幅检波器，输出相干视频脉冲串；信号经相消设备后送到终端，显示运动目标回波脉冲 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 二、动目标显示雷达的基本类型二、动目标显示雷达的基本类型1.1.中频全相参中频全相参(干干)动目标显示动目标显示 当雷达发射机采用主主振振放放大大器器时,每次发射脉冲的初相由连续振荡的

39、主主振振源源控控制制,发射信号是全全相相参参的的,即发射高频脉冲、本振电压、相参电压之间均有确定的相位关系。相相位位检检波波通常是在中频上进行的,因为在超外差接收机中,信号的放大主要依靠中频放大器。在中频进行相位检波,仍能保持和高频相位检波相同的相位关系。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.7 中频全相参中频全相参(干干)动目标显示雷达方框图动目标显示雷达方框图主振源为U0cos(0t+0)中频相参振荡器Uc cos(ct+c)和频回波信号为Urcos0(t-tr)+0回波与本振混频后中频信号:Urcosct+c+0tr8.2 动目标显示雷达

40、的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 2.2.锁相相参动目标显示锁相相参动目标显示 当雷达发射机采用自自激激振振荡荡器器(如磁控管振荡器)时,它的每每一一发发射射脉脉冲冲高高频频起起始始相相位位是是随随机机的的。因此，为了得到与发射脉冲起始相位保持严格关系的基基准准电电压压,应该采用锁锁相相的的办办法法,也就是使使振振荡荡电电压压的的起起始始相相位位受受外外加加电电压压相相位位的的控控制制。原则上有两两种种锁锁相相的的办办法法:一一种种是是将发射机输出的高频电压加到相参振荡器去锁相;另另一一种种是是将连续振荡的相参电压加到发射机振荡器去,以控制发射脉冲的起始相位。后一种方法要

41、求较大的控制功率,因而在实际中用得较少。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.8 中频锁相的脉冲相参雷达方框图中频锁相的脉冲相参雷达方框图 本地振荡器 发射机输出 混频后取其差频作为锁相电压:目标回波信号为:混频后得到中频信号:回波信号回波信号ur与基准电压比较相位位差只决与基准电压比较相位位差只决定于定于8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 对磁控管发射机的雷达,如果后后面面用用数数字字信信号号处处理理,则接接收收相相参参可用图8.9所示的方式。将将发发射射信信号号的的随随机机相相位位t测测量量出出来来

42、,并与送送到到数数字字对对消消器器前前的的接接收收信信号号相相位位r相相减减,消消去去发发射射信信号号随随机机相相位位的的影影响响而而获获得得等等效效的的接接收收相相参参。发发射射信信号号经稳稳定定本本振振混混频频后获得中中频频发发射射脉脉冲冲,而后以相相参参振振荡荡器器(COHO)的的电电压压为基准,在正正交交相相位位检检波波器器中中相相参参检检波波,获得I与与Q两两路路基基带带输输出出,t的的信信息息包包含含在在基基带带输输出出中中,t =arctan Q/I。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.9 相位存储式接收相参相位存储式接收相参M

43、TI 如如果果A/D变变换换器器的的精精度度足足够够,则则这这种种方方式式的的接接收收相相参参所所能能得得到到的的对对消消结结果果将将优优于于通通常常所所用用的的锁锁相相相相参参振振荡荡器器。这是因因为为连续工作的相参振荡器,其频率稳定性比每次发射脉冲均要被锁相而处于启断工作状态的相参振荡器要好得多。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 三、三、消除固定目标回波消除固定目标回波 1.相消设备特性相消设备特性由相位检波器输出的脉冲包络为 式中，为回波与基准电压之间的相位差回波与基准电压之间的相位差,回波信号按重复周期Tr出现,将回波信号延迟一周期回波信号延

44、迟一周期后,其包络为 u=U0 cosd(t-Tr)-0(8.2.6)8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相消器的输出为两者相减,(8.2.7)输出包络输出包络为一多普勒频率的正弦信号一多普勒频率的正弦信号,其振幅振幅为 也是多普勒频率的函数。当当dTr/2=n(n=1,2,3)时时,输输出出振振幅幅为为零零。这这时时的的目目标标速速度度正正相相当当于于盲盲速速。此时，运运动动目目标标回回波波在在相相位位检检波波器器的的输输出端与固定目标回波相同出端与固定目标回波相同,因而经相消设备后输出为零因而经相消设备后输出为零,如图 8.10 所示。8.2 动目

45、标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.10 迟延相消设备及其输出响应迟延相消设备及其输出响应(a)组成框图组成框图;(b)速度响应速度响应;(c)频率响应特性频率响应特性 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相相消消设设备备也也可可以以从从频频率率域域滤滤波波器器的的观观点点来来说说明明。下面求出相消设备的频率响应特性。输出为 网络的频率响应特性为(8.2.8)其频率响应特性如图8.10(c)所示。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 相相消消设设备备等等效效于于一一个个梳梳

46、齿齿形形滤滤波波器器,其频率特性在f=nfr各点均为零。固固定定目目标标频频谱谱的的特特点点是是,谱谱线线位位于于nfr点点上上,因而在理想情况下,通过相消器这样的梳齿滤波器后输出为零。当当目目标标的的多多普普勒勒频频率率为为重重复复频频率率整整数数倍时倍时,其频谱结构也有相同的特点其频谱结构也有相同的特点,故通过上述梳状滤波器后无输出。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 2.2.数字式相消器数字式相消器 用数数字字迟迟延延线线代替模模拟拟迟迟延延线线是数字动目标显示(DMTI)的基本点。采用数字式对消器具有许多优点:它稳定可靠,平时不需要调整,便于维

47、护使用,且体积小、重量轻。此外，数字式对消器还具有一些特点:容容易易得得到到长长的的延延时时,因而便于实现多脉冲对消,以改善滤波器频率特性;容容易易实实现现重重复复周周期期的的参参差差跳跳变变,以消除盲速并改善速度响应特性;容容易易和和其其它它数数字字式式信信号号处处理理设设备备(如如数数字字式式信信号号积积累累器器等等)配配合合,以提高雷达性能;动动态态范范围围可可做做得得较大较大。总之,它可以实现更为完善和灵活的信号处理功能。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 图图 8.11 数字式相消器简单组成方框数字式相消器简单组成方框 8.2 动目标显示雷达

48、的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 模拟信号变为数字信号要经过时间取样时间取样和幅度分层幅度分层两步。以时钟脉冲控制以时钟脉冲控制取样保持电路取样保持电路对输入相参视频信号取样取样,被时间量化的取样保持信号时间量化的取样保持信号送到模数转模数转换电路换电路(A/D变换器变换器)进行幅度分层进行幅度分层,转为数字信号输出。首先要把从相位检波首先要把从相位检波器输出的模拟信号变器输出的模拟信号变为数字信号为数字信号 数字信号的迟延可用存储器完成,将将数数字字信信号号按按取取样样顺顺序序写写入入存存储储器器内内,当当下下一一个个重重复复周周期期的的数数字字信信号号到到来来时时,由

49、由存存储储器器中中读读出出同同一一距距离离单单元元的的信信号号进进行行相相减减运运算算,在输出端得到跨跨周周期期相相消消的的数数字字信信号号。这个数字信号可以很方便地用来作其它数字处理(例如积累、恒虚警等),如果需要模拟信号作显示,则可将数字信号经过数模转换器,变为模拟信号输出。8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径盲速、盲相的影响及其解决途径 8.3.1 盲速盲速 1.盲速以及消除盲速影响的方法盲速以及消除盲速影响的方法盲速在相邻两周期运动目标回波的相位差为相位差为2的整数倍的整数倍,即 此n=1时为第一盲速,要要可

50、可靠靠地地发发现现目目标标,应应保保证证第第一一盲盲速速大大于可能出现的目标最大速度。于可能出现的目标最大速度。在均匀重复周期时,盲盲速速和工工作作波波长长以及重重复复频频率率fr的关关系系是是确确定定的的,这两个参数的选择还受到其他因素的限制。以3cm雷达为例,如果最大测距范围为30km,则其重复频率fr应小于5kHz,由这个参数决定的第一盲速值vr01=(/2)fr=75m/s,这个速度远低于目前超音速目标的速度,也就是说,如如果果不不采采取取措措施施,在在目目标标运运动动的的速速度范围内度范围内,将多次碰到各个盲速点而发生丢失目标的危险将多次碰到各个盲速点而发生丢失目标的危险。因此,当雷