雷达原理(第三版) 丁鹭飞 第6章PPT课件
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雷达系统原理PPT课件
旁瓣旁瓣电平为主瓣电平与最大旁瓣电平之差脉冲波束宽度脉冲宽度是指在主瓣中辐射功率密度为最大辐射功率密度3db的一半的角也被称为半值宽度雷达无线电波特性雷达的无线电波略沿地表方向传播主要视线
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
关于 SART雷达应答器
• 根据 GMDSS（全球遇险与安全系统）要求，IMO/SOLAS 类型的 船必须配备 SART。当船遇险时，SART 可以自动发出信号，所以 其他船或飞机就可以确定 遇险船的位置。若本船配备了波段的雷 达，并且 8 英里内有船遇险，SART 可以 指引雷达回波到遇险船。 该信号包括了 12 扫频，并在 9.2 到 9.5GHz 的频段传输。 根据距 离的不同，SART 具有 2 种扫频时间，由慢（7.5μs）到快(0.4μs) 扫描或反 之亦然。当接收到该信号时，屏幕上出现一条总长为 0.64 海里被 12 个点平均的 线。最近的 SART 的光点指示遇险船 的位置。当本船接近 SART 1 海里以内时， 雷达上显示快速闪烁 的扫描信号，并有一根单薄的线连接 12 个光点。
弱反射目标
• 目标反射的回波强度不仅取决于与目标间的距离，目标的高度或 尺寸，还要取决 于目标的材料和特性。具有低发射或入射角的目 标，如 FRP(纤维增强复合材料) 船和木制船发射的都不好。所以， 必须注意 FRP 船，木船或沙，沙洲，泥礁等 物体都是弱反射目 标。 由于与海岸线的距离等，本船在雷达图像上看起来比实际的 海岸线要远，当船周 围有弱反射目标时，应更加谨慎。
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
关于 SART雷达应答器
• 根据 GMDSS（全球遇险与安全系统）要求，IMO/SOLAS 类型的 船必须配备 SART。当船遇险时，SART 可以自动发出信号，所以 其他船或飞机就可以确定 遇险船的位置。若本船配备了波段的雷 达，并且 8 英里内有船遇险，SART 可以 指引雷达回波到遇险船。 该信号包括了 12 扫频，并在 9.2 到 9.5GHz 的频段传输。 根据距 离的不同，SART 具有 2 种扫频时间，由慢（7.5μs）到快(0.4μs) 扫描或反 之亦然。当接收到该信号时，屏幕上出现一条总长为 0.64 海里被 12 个点平均的 线。最近的 SART 的光点指示遇险船 的位置。当本船接近 SART 1 海里以内时， 雷达上显示快速闪烁 的扫描信号，并有一根单薄的线连接 12 个光点。
弱反射目标
• 目标反射的回波强度不仅取决于与目标间的距离，目标的高度或 尺寸，还要取决 于目标的材料和特性。具有低发射或入射角的目 标，如 FRP(纤维增强复合材料) 船和木制船发射的都不好。所以， 必须注意 FRP 船，木船或沙，沙洲，泥礁等 物体都是弱反射目 标。 由于与海岸线的距离等，本船在雷达图像上看起来比实际的 海岸线要远，当船周 围有弱反射目标时，应更加谨慎。
《雷达原理与系统》课件
气象观测
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达原理
离 散型 寄生输出
4
雷达原理
2.4 固态发射机
• 固态发射机发展概况和特点
– 逐步替代常规微波电子管发射机，优点如下 • 寿命长、可靠性高 • 体积小、重量轻 • 工作频带宽、效率高 • 系统设计和运用灵活、维护方便, 成本较低
– 平均功率大而峰值功率受限，适用于高工作比 雷达，如连续波雷达
– 在 UHF ~ L 波段发展较快
• 雷达的基本概念
– 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射 来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征 等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷 达站或雷达机，简称雷达
– 二次辐射：反射（单基地）、散射（多基地）
– 转发：二次雷达（导航）
– 固有辐射：通信及雷达信号（被动/无源）、随 机热运动电磁辐射（导引头）
雷达原理
1.1 雷达的概念
• 雷达信号处理
– 目标信号总是被淹没于 杂波（+干扰）+ 噪声
的背景中 – 杂波及干扰强度往往超过目标信号的千万倍 – 信号处理作用
• 增强待测目标信噪比，提取目标参数 • 抑制杂波和干扰信号
雷达原理
1.2 雷达探测原理
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算）
• 总效率
– 发射机输出功率与其输入总功率之比 – 对主振放大式发射机应改善输出级的效率
雷达原理
2.2 雷达发射机电性能指标
• 信号形式（调制形式）
– 不同信号形式对发射机的要求各异
波形 简单脉冲 脉冲压缩 高工作比多卜勒
调制类型 矩形调幅
线性调频、相位编码 矩形调幅
工作比（占空比）% 0.01 ~ 1 0.1 ~ 10 30 ~ 50
4
雷达原理
2.4 固态发射机
• 固态发射机发展概况和特点
– 逐步替代常规微波电子管发射机，优点如下 • 寿命长、可靠性高 • 体积小、重量轻 • 工作频带宽、效率高 • 系统设计和运用灵活、维护方便, 成本较低
– 平均功率大而峰值功率受限，适用于高工作比 雷达，如连续波雷达
– 在 UHF ~ L 波段发展较快
• 雷达的基本概念
– 利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射 来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征 等信息的一种无线电技术，相应的设备称为雷 达站或雷达机，简称雷达
– 二次辐射：反射（单基地）、散射（多基地）
– 转发：二次雷达（导航）
– 固有辐射：通信及雷达信号（被动/无源）、随 机热运动电磁辐射（导引头）
雷达原理
1.1 雷达的概念
• 雷达信号处理
– 目标信号总是被淹没于 杂波（+干扰）+ 噪声
的背景中 – 杂波及干扰强度往往超过目标信号的千万倍 – 信号处理作用
• 增强待测目标信噪比，提取目标参数 • 抑制杂波和干扰信号
雷达原理
1.2 雷达探测原理
• 雷达回波中的可用信息
– 斜距 R （ Rmax 可由雷达方程估算）
• 总效率
– 发射机输出功率与其输入总功率之比 – 对主振放大式发射机应改善输出级的效率
雷达原理
2.2 雷达发射机电性能指标
• 信号形式（调制形式）
– 不同信号形式对发射机的要求各异
波形 简单脉冲 脉冲压缩 高工作比多卜勒
调制类型 矩形调幅
线性调频、相位编码 矩形调幅
工作比（占空比）% 0.01 ~ 1 0.1 ~ 10 30 ~ 50
雷达原理复习PPT课件
3、与二进制码盘相比，循环码盘的优缺点是什么？ 循环码盘的优点：在采用循环码时，几时在交界处反应不灵敏，其结果也只是误成相邻的 十进制数，不会产生大误差。 缺点：循环码时一种变权代码，不能直接进行算术运算，必须把循环码变换成二进制码。
1、已知某雷达最大作用距离为150Km，雷达天线的高度为10m，距雷达60Km处有一高度为 100m的目标，问：此时雷达是否可以观察到此目标？ Rs=4.1*(+)=4.1*13.16=53.956km 则Rmax=min(Rs,Rmax)=min(53.956,150)-53.956km 因53.956<60，则雷达不能观察到此目标 2、已知某雷达无衰减时的最大作用距离为100Km，问当单程传播衰减为0.4dB/Km时，则雷 达的实际最大作用距离是多少？ 有衰减时最用距离计算图，读图知答案 3、在目标尺寸比雷达工作波长大很多的情况下，要降低云雨回波对雷达测距性能的影响， 应降低还是提高雷达的工作频率？ 要降低云雨回波时对雷达测距性能的影响，应降低雷达的工作频率，为了提高工作波长， 即要降低f，可减小云雨回波的影响，而又不会明显减小正常雷达目标的截面积。
6
7
• 4、什么是相参积累和非相参积累，并说明二者对检测因子的影响。
• 相参积累：信号在中频积累时要求信号见有严格的相位关系
• 非相参积累：由于信号在包络检波后失去了相位信息而只保留下幅度信息，因而检波后积累就不需要信号间 有严格的相位关系。
• 对非相参积累：M个等幅脉冲积累后对检波因子Do的影响是：
• 接收机的灵敏度体现接收机的接收微弱信号的能力
• 灵敏度的物理意义：表示接收机可接收到最小可测信号功率的能力
• 动态范围：体现接收机的抗过载性能
• 噪声系数：体现接收机的噪声性能
1、已知某雷达最大作用距离为150Km，雷达天线的高度为10m，距雷达60Km处有一高度为 100m的目标，问：此时雷达是否可以观察到此目标？ Rs=4.1*(+)=4.1*13.16=53.956km 则Rmax=min(Rs,Rmax)=min(53.956,150)-53.956km 因53.956<60，则雷达不能观察到此目标 2、已知某雷达无衰减时的最大作用距离为100Km，问当单程传播衰减为0.4dB/Km时，则雷 达的实际最大作用距离是多少？ 有衰减时最用距离计算图，读图知答案 3、在目标尺寸比雷达工作波长大很多的情况下，要降低云雨回波对雷达测距性能的影响， 应降低还是提高雷达的工作频率？ 要降低云雨回波时对雷达测距性能的影响，应降低雷达的工作频率，为了提高工作波长， 即要降低f，可减小云雨回波的影响，而又不会明显减小正常雷达目标的截面积。
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• 4、什么是相参积累和非相参积累，并说明二者对检测因子的影响。
• 相参积累：信号在中频积累时要求信号见有严格的相位关系
• 非相参积累：由于信号在包络检波后失去了相位信息而只保留下幅度信息，因而检波后积累就不需要信号间 有严格的相位关系。
• 对非相参积累：M个等幅脉冲积累后对检波因子Do的影响是：
• 接收机的灵敏度体现接收机的接收微弱信号的能力
• 灵敏度的物理意义：表示接收机可接收到最小可测信号功率的能力
• 动态范围：体现接收机的抗过载性能
• 噪声系数：体现接收机的噪声性能
雷达原理ppt课件68页PPT知识讲解
雷达对抗的重要性
取得军事优势的重要手段和保证
典型战例1：二次世界大战的诺曼地登陆，盟军 完全掌握了德军德40多不雷达的参数何配置， 通过干扰何轰炸，使德军雷达完全瘫痪。盟军 参战的2127艘舰船，只损失了6艘。 海湾战争：多国部队凭借高技术优势，在战争 的整个过程中使用了各种电子对抗手段，使伊 军的雷达无法工作、通信中断、指挥失灵。双 方人员损失为百人比数十万人。
电子战（EW）的含义
电子战是敌我双方利用电磁能和定向能破 坏敌方武器装备对电磁频谱、电磁信息 的利用或对敌方武器装备和人员进行攻 击、杀伤，同时保障己方武器装备效能 的正常发挥和人员的安全而采取的军事 行动。
电子战（EW）的含义
传统的电子战： 电子对抗（ECM）,包括电子侦察、干扰、
隐身、摧毁。 电子反对抗（ECCM）,包括电子反侦察、
先看几个著名的电子战经典战例：
——1982年6月9日，叙以贝卡谷地之战，以军一方面用 RC-707电子战飞机施放强烈电子干扰，同时用E-2"鹰眼" 空中预警机掩护导航，用"标准"和"狼"式反辐射导弹将叙 军苦心经营10年的19个导弹基地全部摧毁。
——1986年4月美军空袭利比亚。"软杀伤"与"硬摧 毁"手段紧密结合，双管齐下，仅仅12分钟就完成了代号 为"黄金峡谷"的军事行动，被称为"外科手术式"的攻击战， 使利比亚的防空体系毁于一旦。
处于抗干扰和反侦察地需要，许多雷达具有改变发射 信号的载波频率、脉冲重复频率、脉冲波形或者其它调 制参数，变化的时间可能在秒、毫秒甚至脉间。 信号威胁程度高、反应时间短
2）近年的分类方法
电子干扰
雷达原理介绍ppt课件
的射频信号进行下变频以转化为视频信号（即中心频率等
于0）。正交解调接收机即可完成这样的下变频处理：
sm(t) = s(t) exp(-j2 f0t) 可见，正交解调处理将信号的中心频率降低了 f0 。
|s( f )|
s(t)
sm(t)
正交解 调前
exp(-j2 f0t)
0 |sm( f )|
f0
f
正交解
基本原理
发射系统 接收系统
目标
将雷达的接收信号与发射信号进行比较，就可 以获得目标的位置、速度、形状等信息，根据这些 信息，雷达进而可以完成对目标的检测、跟踪、识 别等任务。
基本原理
发射信号：
Tp
t
Tr
雷达发射周期性脉冲，记脉冲宽度为 Tp，重复周期为 Tr，雷达峰值功率（即脉冲期间的平均功率）为Pt，雷达 平均功率（即周期内的平均功率）为Pav，工作比（即脉冲 宽度与重复周期之比）为D。显然有：
SNR = Ps / Pn 显然SNR越高，目标回波就越显著，就越有利于信号分析。
发射功率
不考虑各种损耗，影响目标回波峰值功率Ps的因素有：
雷达发射峰值功率Pt、目标的雷达截面积（RCS） 、目
标与雷达的相对距离R。它们之间存在关系：
Ps= Pt /R4 是与雷达系统及环境有关的常数。若 过小或R过大，则
Tp
t
响应的 3dB宽度称为雷 达距离分辨率，它表征 了雷达将相邻目标区分 开的能力。若接收机没 有脉冲压缩，可用发射
与雷达相距r的目标回波相对于发射脉冲 脉宽Tp近似距离分辨率；
的延时 = 2r / c，c为电磁波的传播速度。 若有脉冲压缩，分辨率
那么，与雷达的相对距离差为r的两个
雷达原理第三版丁鹭飞精品PPT课件
设雷达发射功率为Pt, 雷达天线的增益为Gt, 则在自由空间
工作时, 距雷达天线R远的目标处的功率密度S1为
S1
PtGt
4R2
(5.1.1)
目标受到发射电磁波的照射, 因其散射特性而将产生散射回波。
散射功率的大小显然和目标所在点的发射功率密度S1以及目标 的特性有关。用目标的散射截面积σ(其量纲是面积)来表征其散
Pr
Si min
PtAr2 42Rm4 ax
PtG 22 (4 )3 Rm4 ax
(5.1.7)
第 5 章 雷达作用距离
或
1
Rmax
PtAr2
42
Si
min
4
1
Rmax
PtG 22 (4 )3 Si min
4
(5.1.8) (5.1.9)
式(5.1.8)、(5.1.9)是雷达距离方程的两种基本形式, 它表明了作 用距离Rmax和雷达参数以及目标特性间的关系。
第 5 章 雷达作用距离
5.2 最小可检测信号
5.2.1 典型的雷达接收机和信号处理框图如图5.2所示, 一般把检波
器以前(中频放大器输出)的部分视为线性的, 中频滤波器的特性 近似匹配滤波器, 从而使中放输出端的信号噪声比达到最大。
第 5 章 雷达作用距离
Si min
kT0BnF
n
S N o min＝Do
Pr
Ar S2
PtGtA (4R2 )2
(5.1.4)
第 5 章 雷达作用距离
由天线理论知道, 天线增益和有效面积之间有以下关系:
G
4A 2
式中λ为所用波长, 则接收回波功率可写成如下形式:
Pr
PtGtGr2 (4 )3 R4
雷达原理-第6章目标距离的测量
④
u
u
t
c
t
⑤
⑧
u
后波门 ⑤
后选通 ⑦
积分 电路
⑥
t′
c
t
t
形成 电路
放大 器
Ⅱ
u
⑦ u
t
⑧
注意：比较电路是否一直 u
t
有输出？
⑨ u
t
⑩
t
(a )
(b )
2020/5/7
(a) 组成方框图; (b) 各点波形
2. 控制器
控制器的作用是把误差信号uε进行加工变换后, 将其输出去控制跟踪波门移动, 即改变时延t′, 使其 朝减小uε的方向运动。设控制器的输出是电压信 号E, 则其输入和输出之间可用下述通常函数关系 表示:
脉冲调频测距原理 (a) 原理性方框图组成;
f
FA F
F T
td T A
o
2020/5/7
FA
fd
td
2vr
2 R0 c
FB
fd
td
2vr
2 R0 c
fd
FC
fd
2vr
FB
FC
T
T
B
C
t
(b)
脉冲调频测距原理 (b) 信号频率调制规律;
6.3 距离跟踪原理
6.3.1 人工距离跟踪 操作员按照显示器上的画面，将电刻
fb
ft
fr
8f Tm c
R0
fd
fb
fr
ft
8f Tm c
R0
fd
(前半周正向调频范围) (后半周负向调频范围)
R0
c 8f
fb fb 2fm
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第 6 章 目标距离的测量
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
总体概述
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2
第 6 章 目标距离的测量
11
第 6 章 目标距离的测量
随机误差系指因某种偶然因素引起的测距误差, 所以又称偶 然误差。凡属设备本身工作不稳定性造成的随机误差称为设备 误差, 如接收时间滞后的不稳定性、各部分回路参数偶然变化、 晶体振荡器频率不稳定以及读数误差等。 凡属系统以外的各种 偶然因素引起的误差称为外界误差, 如电波传播速度的偶然变化、 电波在大气中传播时产生折射以及目标反射中心的随机变化等。
当电波在大气中传播时, 由于大气介质分布不均匀将造成电 波折射, 因此电波传播的路径不是直线而是走过一个弯曲的轨迹。 在正折射时电波传播途径为一向下弯曲的弧线。
在常用的脉冲雷达中, 回波信号是滞后于发射脉冲tR的回波 脉冲, 如图6.2所示。在荧光屏上目标回波出现的时刻滞后于主 波, 滞后的时间就是tR, 测量距离就是要测出时间tR 。
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)
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, 频率法和相位法。
3
第 6 章 目标距离的测量
B R
A
图6.1 目标距离的测量
4
第 6 章 目标距离的测量
6.1.1 基本原理
6.1 脉 冲 法 测 距
5
第 6 章 目标距离的测量 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。
现代雷达常常采用电子设备自动地测读回波到达的迟延时 间tR。
6
第 6 章 目标距离的测量
lp l
近区 地
发射
物回 波
目标 回波
脉冲
0 10 20 30 40 50 60 70 km
机械 距离刻 度标 尺
图 6.2
图6.2 具有机械距离刻度标尺的显示器荧光屏画面 7
第 6 章 目标距离的测量
有两种定义回波到达时间tR的方法, 一种是以目标回波脉冲 的前沿作为它的到达时刻; 另一种是以回波脉冲的中心(或最大 值)作为它的到达时刻。 对于通常碰到的点目标来讲, 两种定义 所得的距离数据只相差一个固定值(约为τ/2), 可以通过距离校零 予以消除。如果要测定目标回波的前沿, 由于实际的回波信号 不是矩形脉冲而近似为钟形, 此时可将回波信号与一比较电平 相比较, 把回波信号穿越比较电平的时刻作为其前沿。 用电压 比较器是不难实现上述要求的。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。
电波在大气中的平均传播速度和光速亦稍有差别, 且随工作 波长λ而异, 因而在测距公式(6.0.1)中的c值亦应根据实际情况校 准, 否则会引起系统误差, 表6.1列出了几组实测的电波传播速度 值。
14
第 6 章 目标距离的测量 表6.1 在不同条件下电磁波传播速度
15
第 6 章 目标距离的测量
2. 因大气折射引起的误差
8
第 6 章 目标距离的测量
本振
门限
Σ
匹配 滤波器
包络 检波
微分 (d / dt)
过零点 检测
t
t
图6.3 回波脉冲中心估计
9
第 6 章 目标距离的测量
6.1.2 影响测距精度的因素
雷达在测量目标距离时, 不可避免地会产生误差, 它从数量 上说明了测距精度, 是雷达站的主要参数之一。
由测距公式可以看出影响测量精度的因素。对式(6.1.1)求 全微分, 得到
随机误差一般不能补偿掉, 因为它在多次测量中所得的距离 值不是固定的而是随机的。因此, 随机误差是衡量测距精度的主 要指标。
12
第 6 章 目标距离的测量
1. 电波传播速度变化产生的误差
如果大气是均匀的, 则电磁波在大气中的传播是等速直线, 此时测距公式(6.0.1)中的c值可认为是常数。 但实际上大气层的 分布是不均匀的且其参数随时间、地点而变化。大气密度、湿 度、 温度等参数的随机变化, 导致大气传播介质的导磁系数和 介电常数也发生相应的改变, 因而电波传播速度c不是常量而是 一个随机变量。由式(6.1.2)可知, 由于电波传播速度的随机误差 而引起的相对测距误差为
测量目标的距离是雷达的基本任务之一。 无线电波在均
匀介质中以固定的速度直线传播(在自由空间传播速度约等于
光速c=3×105 km/s)。图6.1中, 雷达位于A点, 而在B点有一目标,
则目标至雷达站的距离(即斜距)R可以通过测量电波往返一次
所需的时间tR得到，即
t
R
2R c
R
1 2
ct
R
(6.0.1)
R c
Rc
(6.1.3)
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第 6 章 目标距离的测量
随着距离R的增大, ΔR也增大。在昼夜间大气中温度、 气压及湿度的起伏变化所引 起的传播速度变化为Δc/c≈10-5, 若用平均值c作为测距计算的标准 常 数 , 则 所 得 测 距 精 度 亦 为 同 样 量 级 , 例 如 R=60 km 时 , ΔR=60×103×10-5=0.6m的数量级,对常规雷达来讲可以忽略。
d R R cd c tR RdRtR cd c2 cdRt 用增量代替微分,ห้องสมุดไป่ตู้可得到测距误差为
RRcc2ctR
(6.1.2)
式中, Δc为电波传播速度平均值的误差; ΔtR为测量目标回波延迟 时间的误差。
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第 6 章 目标距离的测量 由式(6.1.2)可看出, 测距误差由电波传播速度c的变化Δc以 及测时误差ΔtR两部分组成。 误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类, 系统误差 是指在测距时, 系统各部分对信号的固定延时所造成的误差, 系 统误差以多次测量的平均值与被测距离真实值之差来表示。从 理论上讲, 系统误差在校准雷达时可以补偿掉, 实际工作中很难 完善地补偿 , 因此在雷达的技术参数中, 常给出允许的系统误差 范围。
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
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第 6 章 目标距离的测量
总体概述
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第 6 章 目标距离的测量
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第 6 章 目标距离的测量
随机误差系指因某种偶然因素引起的测距误差, 所以又称偶 然误差。凡属设备本身工作不稳定性造成的随机误差称为设备 误差, 如接收时间滞后的不稳定性、各部分回路参数偶然变化、 晶体振荡器频率不稳定以及读数误差等。 凡属系统以外的各种 偶然因素引起的误差称为外界误差, 如电波传播速度的偶然变化、 电波在大气中传播时产生折射以及目标反射中心的随机变化等。
当电波在大气中传播时, 由于大气介质分布不均匀将造成电 波折射, 因此电波传播的路径不是直线而是走过一个弯曲的轨迹。 在正折射时电波传播途径为一向下弯曲的弧线。
在常用的脉冲雷达中, 回波信号是滞后于发射脉冲tR的回波 脉冲, 如图6.2所示。在荧光屏上目标回波出现的时刻滞后于主 波, 滞后的时间就是tR, 测量距离就是要测出时间tR 。
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)
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, 频率法和相位法。
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第 6 章 目标距离的测量
B R
A
图6.1 目标距离的测量
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第 6 章 目标距离的测量
6.1.1 基本原理
6.1 脉 冲 法 测 距
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第 6 章 目标距离的测量 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。
现代雷达常常采用电子设备自动地测读回波到达的迟延时 间tR。
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第 6 章 目标距离的测量
lp l
近区 地
发射
物回 波
目标 回波
脉冲
0 10 20 30 40 50 60 70 km
机械 距离刻 度标 尺
图 6.2
图6.2 具有机械距离刻度标尺的显示器荧光屏画面 7
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有两种定义回波到达时间tR的方法, 一种是以目标回波脉冲 的前沿作为它的到达时刻; 另一种是以回波脉冲的中心(或最大 值)作为它的到达时刻。 对于通常碰到的点目标来讲, 两种定义 所得的距离数据只相差一个固定值(约为τ/2), 可以通过距离校零 予以消除。如果要测定目标回波的前沿, 由于实际的回波信号 不是矩形脉冲而近似为钟形, 此时可将回波信号与一比较电平 相比较, 把回波信号穿越比较电平的时刻作为其前沿。 用电压 比较器是不难实现上述要求的。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。
电波在大气中的平均传播速度和光速亦稍有差别, 且随工作 波长λ而异, 因而在测距公式(6.0.1)中的c值亦应根据实际情况校 准, 否则会引起系统误差, 表6.1列出了几组实测的电波传播速度 值。
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第 6 章 目标距离的测量 表6.1 在不同条件下电磁波传播速度
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第 6 章 目标距离的测量
2. 因大气折射引起的误差
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第 6 章 目标距离的测量
本振
门限
Σ
匹配 滤波器
包络 检波
微分 (d / dt)
过零点 检测
t
t
图6.3 回波脉冲中心估计
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第 6 章 目标距离的测量
6.1.2 影响测距精度的因素
雷达在测量目标距离时, 不可避免地会产生误差, 它从数量 上说明了测距精度, 是雷达站的主要参数之一。
由测距公式可以看出影响测量精度的因素。对式(6.1.1)求 全微分, 得到
随机误差一般不能补偿掉, 因为它在多次测量中所得的距离 值不是固定的而是随机的。因此, 随机误差是衡量测距精度的主 要指标。
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第 6 章 目标距离的测量
1. 电波传播速度变化产生的误差
如果大气是均匀的, 则电磁波在大气中的传播是等速直线, 此时测距公式(6.0.1)中的c值可认为是常数。 但实际上大气层的 分布是不均匀的且其参数随时间、地点而变化。大气密度、湿 度、 温度等参数的随机变化, 导致大气传播介质的导磁系数和 介电常数也发生相应的改变, 因而电波传播速度c不是常量而是 一个随机变量。由式(6.1.2)可知, 由于电波传播速度的随机误差 而引起的相对测距误差为
测量目标的距离是雷达的基本任务之一。 无线电波在均
匀介质中以固定的速度直线传播(在自由空间传播速度约等于
光速c=3×105 km/s)。图6.1中, 雷达位于A点, 而在B点有一目标,
则目标至雷达站的距离(即斜距)R可以通过测量电波往返一次
所需的时间tR得到，即
t
R
2R c
R
1 2
ct
R
(6.0.1)
R c
Rc
(6.1.3)
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第 6 章 目标距离的测量
随着距离R的增大, ΔR也增大。在昼夜间大气中温度、 气压及湿度的起伏变化所引 起的传播速度变化为Δc/c≈10-5, 若用平均值c作为测距计算的标准 常 数 , 则 所 得 测 距 精 度 亦 为 同 样 量 级 , 例 如 R=60 km 时 , ΔR=60×103×10-5=0.6m的数量级,对常规雷达来讲可以忽略。
d R R cd c tR RdRtR cd c2 cdRt 用增量代替微分,ห้องสมุดไป่ตู้可得到测距误差为
RRcc2ctR
(6.1.2)
式中, Δc为电波传播速度平均值的误差; ΔtR为测量目标回波延迟 时间的误差。
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第 6 章 目标距离的测量 由式(6.1.2)可看出, 测距误差由电波传播速度c的变化Δc以 及测时误差ΔtR两部分组成。 误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类, 系统误差 是指在测距时, 系统各部分对信号的固定延时所造成的误差, 系 统误差以多次测量的平均值与被测距离真实值之差来表示。从 理论上讲, 系统误差在校准雷达时可以补偿掉, 实际工作中很难 完善地补偿 , 因此在雷达的技术参数中, 常给出允许的系统误差 范围。