脉冲多普勒雷达
SQ-雷达系统(第三章)脉冲多普勒雷达
PD雷达的应用
强杂波背景下检测动目标的雷达系统
应用
要求
机载或空间监视
探测距离远；距离数据精确
战场监视(低速目标检测) 中等探测距离；距离和速度数据精确
导弹告警
探测距离近；非常低的虚警率
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第三章 脉冲多普勒雷达
3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念 3.2 脉冲多普勒雷达的杂波 3.3 PD雷达典型框图与原理 3.4 PD雷达的距离性能
措施:
① 降低天线副瓣 杂波功率谱 提高相对强度
② 提高载机飞行高度 fc max
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第三章 脉冲多普勒雷达
3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念 3.2 脉冲多普勒雷达的杂波 3.3 PD雷达典型框图与原理 3.4 PD雷达的距离性能
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机载PD雷达典型框图与原理
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机载PD雷达下视几何关系
天线主瓣
天线旁瓣
机载下视雷达的地面杂波被分为：
主瓣杂波区 -> 天线波束主瓣照射区的地面杂波 旁瓣杂波区 -> 视角范围宽广的天线旁瓣照射的杂波 高度线杂波区 -> 雷达正下方的地面回波
杂波的多普勒频率分布取决于： ① 雷达平台速度(速度和方向) ② 平台相对地面照射点的几何关系
主瓣杂波
主瓣杂波强度:最大
主瓣杂波多普勒中心频率：
fM Bfd(0)2vRcos0
主瓣杂波宽度： fM B fd (0 2 B ) fd (0 2 B ) 2 v RB s in0
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旁瓣杂波
旁瓣杂波强度:较大
旁瓣波束与地面的夹角为 ,其多普勒频率为:
脉冲多普勒雷达系统 频段
脉冲多普勒雷达系统频段
脉冲多普勒雷达系统是一种常见的雷达技术，广泛应用于军事和民用领域。
它利用脉冲信号和多普勒效应来实现对目标的探测和跟踪。
在不同的频段下，脉冲多普勒雷达系统具有不同的特点和应用。
在S波段，脉冲多普勒雷达系统具有较高的分辨率和较小的波束宽度，适用于需要高精度探测的场景。
例如，在航空领域，S波段脉冲多普勒雷达系统可以用于飞机的导航和防撞系统，能够精确测量飞机与其他目标的距离和速度，提供可靠的飞行安全保障。
而在X波段，脉冲多普勒雷达系统具有较长的探测距离和较强的透穿能力，适用于对地面目标的探测。
比如，X波段脉冲多普勒雷达系统可以用于地质勘探和环境监测，可以探测到地下水和地表变形等信息，为资源开发和环境保护提供重要参考。
K波段和Ka波段的脉冲多普勒雷达系统具有较高的抗干扰能力和较强的穿透能力，适用于复杂的电磁环境和恶劣的天气条件下的探测任务。
例如，在天气预报和气象监测领域，K波段和Ka波段脉冲多普勒雷达系统可以用于测量降水粒子的速度和方向，实现对降雨量和暴风雨等极端天气的准确预测和警报。
脉冲多普勒雷达系统在不同频段下具有不同的特点和应用。
通过选择合适的频段，可以最大程度地满足不同领域的需求，实现对目标的精确探测和跟踪。
脉冲多普勒雷达系统的发展将进一步推动雷达
技术在军事、民用和科研等领域的广泛应用。
脉冲波多普勒
脉冲波多普勒
脉冲波多普勒（或称脉冲多普勒）是一种多普勒雷达技术，用于测量目标的速度和方向。
它通过发送脉冲波形的雷达信号，并接收回波信号来获取目标物体的速度信息。
多普勒效应是指当波源和接收器靠近或远离时，波的频率会发生变化。
在脉冲波多普勒中，雷达发送一个短暂的脉冲信号，当信号与移动目标相互作用时，目标物体会将信号反射回雷达。
由于目标物体的速度不同，返回的信号会有不同的频率偏移。
通过测量回波信号的频率偏移，可以确定目标物体的速度。
速度的正负取决于回波信号的频率偏移方向。
脉冲波多普勒雷达还可以通过测量多个方向上的频率偏移来确定目标物体的方向。
脉冲波多普勒广泛应用于航空、气象、交通、军事等领域。
在航空中，它用于测量飞机的速度和方向。
在气象上，它可以检测和跟踪风暴的运动。
在交通中，它用于监测和管理交通流量。
在军事中，它可以用于目标检测和识别。
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵摘要：1.脉冲多普勒雷达概述2.距离方位矩阵的构建3.距离模糊的问题4.新算法解析5.实验结果与分析6.结论正文：一、脉冲多普勒雷达概述脉冲多普勒雷达是一种利用多普勒效应测量物体距离和速度的雷达系统。
相较于传统雷达，脉冲多普勒雷达能够提供更准确的目标信息，因此在军事、民用等领域得到了广泛应用。
二、距离方位矩阵的构建脉冲多普勒雷达通过发送和接收电磁脉冲，可以建立一个包含目标距离和方位信息的矩阵，称为距离方位矩阵。
该矩阵的构建基于多普勒效应原理，通过对接收信号进行分析，可以获取目标的距离和方位信息。
三、距离模糊的问题在实际应用中，由于多种因素的影响，如电磁波的传播特性、接收器的性能等，距离方位矩阵中的距离信息可能出现模糊现象。
距离模糊会导致目标定位不准确，影响雷达系统的性能。
四、新算法解析为了解决距离模糊问题，本文提出了一种新的脉冲多普勒雷达解距离模糊算法。
该算法通过优化距离方位矩阵的构建过程，提高距离信息的准确性。
具体来说，该算法包括以下步骤：1.对接收信号进行去噪处理，减小噪声对距离信息的影响；2.利用脉冲压缩技术，提高距离分辨率；3.结合目标的运动模型，对距离信息进行修正；4.利用最小二乘法，优化距离方位矩阵的构建。
五、实验结果与分析为了验证新算法的性能，我们进行了大量实验。
实验结果表明，新算法能有效解决距离模糊问题，提高脉冲多普勒雷达的定位精度。
在不同的场景和条件下，新算法都表现出良好的性能。
六、结论本文提出了一种新的脉冲多普勒雷达解距离模糊算法，通过优化距离方位矩阵的构建过程，提高距离信息的准确性。
9_脉冲多普勒雷达(1)
第九章 脉冲多普勒雷达
1. 多普勒效应及其原因 多普勒效应是指由一个运动的物体对辐射波、反射波或接收波 所产生的频率移动 一个点源所辐射 的波在运动的方 向上被压缩而在 其相反的方向上 被扩展
第一节 多普勒效应
对雷达而言，多普勒 频移是由于雷达和反 射雷达无线电波的物 体的相对运动而产生 的
2. 多普勒频移产生的场合及方式 如果雷达和目标都在运动，无线电波可能在发射、反射和接 收都产生压缩（或伸展）
第一节 多普勒效应
3. 多普勒频率的幅度
频率，即连续相位移动
相当于每个周 期中相位移动 了36度
第一节 多普勒效应
通过在两个波 前之间插入36 度的相移，频 率从11Hz降低 到10Hz
3. 多普勒频率的幅度
多普勒频率的相量表示
第一节 多普勒效应
如果距离减小， Φ将减小， R相对于T逆时针旋转，即 经过若干的周期后，接收波 和发射波的相位仅差一个Φ 接收波具有较高的频率； 反之亦然
3. 多普勒频率的幅度
fd计算公式的推导 多普勒频率等于距离（d）以波长改变的速率
fd d
脉冲序列的频谱
第三节脉冲频谱的本质
无限长矩形脉冲序列的一部分，以及序列的频谱
2. 傅里叶级数
脉冲调制无线电波的频谱
载频 时间 第三节脉冲频谱的本质
当 连 续 载 波受到 无 限 长 脉 冲视频 信 号 调 制 时，视 频 信 号 各 谐波在 载 频 上 下 两侧产 生边带
频率 时间 时间
调制信号
脉冲调制 载频
4. 谱线宽度与脉冲序列持续时间
实验5：8个脉冲串
第二节 脉冲信号的频谱
谱线的零点之间的宽度
2 2 Hz LWnn f r 脉冲串的长度（秒） N
第七章 脉冲多普勒天气雷达探测
最大不模糊速度与速度模糊
速度模糊示意图
VrT
VVrr
2nVr max 2nVr max
VrT Vr max VrT Vr max
最大不模糊距离与不模糊速度
多普勒雷达两难
根据最大不模糊距离与不模糊速度的表式知，
Vmax Rmax
c
8
对每个特定雷达而言，在确定的频率下，探测的最大
距离和最大速度不能同时兼顾。
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，T为脉冲重复周期， PRF为脉冲重复频率。
距离折叠（模糊）：超过最大不模糊距离的探测回波
在屏幕上会产生距离模糊。当目标物位于Rmax之外时， 雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，目标物方
位是正确的但距离是错误的。
最大不模糊距离与距离折叠
目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。
最大不模糊距离与距离折叠
目标位于最大不模糊距离之外，有距离折叠（模糊）发生。
最大不模糊距离与距离折叠
最大不模糊速度与速度模糊
径向速度和初位相的关系
假设每个脉冲在发射时的初位相都为φ0。 第一个脉冲遇到目标物时，目标相对于雷达的距离为r， 回波到达雷达时的位相φ1=φ0+2π•2r/λ。
第二个脉冲遇到目标物时，目标相对于雷达的距离为 r+Δr，回波达到雷达时的位相φ2=φ0+2π•2(r+Δr)/λ。 两脉冲的位相差Δφ=φ2-φ1=2π•2Δr/λ=4πΔr/λ。 目标物径向速度Vr=Δr/T=Δr•PRF=λ/4π•PRF•Δφ。
最大不模糊距离与不模糊速度
最大不模糊距离与最大不模糊速度
• 多普勒天气雷达使用不同的脉冲重复频率测量反射率因子 和速度数据。用低PRF测反射率因子，用高PRF测速度。
9_脉冲多普勒雷达(2)
4. 提供足够的动态范围
第
通频带
四
节
多
普
勒
频 率
因饱和而产生的谐波
检
测
若通频带足够窄，由饱和导致的谐波可以被消除
小结
• 根据多普勒频率对各种物体的雷达回波进行分类，要将接
收机的输出施加到窄带滤波器组，通常为每个距离增量提
供分离的滤波器组
第 四
• 为减小损失，使滤波器的通频带产生重叠
节 • 滤波器组的通频带不要大于PRF，使目标只有一根谱线落
为了使来自任何目标的回波只出现在通频带内一点上，必须使通频带小于PRF
第 六 节 距 变 率 的 测 量
如果PRF小于最大接近速度范围，则雷达无法直接区分它所观测的是载频还是 它的重复
小结
• 测量距离并计算距离随时间的变化量或通过测量
目标多普勒频率，可以确定目标的距变率
第
六 节
• 微分法测量精度不高，而多普勒法不但测量精确
3. 数字滤波器
同步检波器的输出可视为接 收信号向量在x轴上的投影
第 四 节 多 普 勒 频 率 检 测
通常，每个目标回波产生的输出 脉冲只代表多普勒循环的一部分
通过观测连续的脉冲，能够区分出它的多普勒频率
3. 数字滤波器
使用同步检波，将无法区分相位往那个方向旋转
正
第 四 节 多 普 勒 频 率 检 测
电子系统
第四章 脉冲多普勒雷达
内容提要
检测多普勒频率的基本原因
1. 分解来自不同物体的回波
第
2. 确定目标的距离变化率
四
节
多
普
多普勒频率的检测
勒
频
用一组多普勒滤波器进行多普勒检测的方法
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特点、应用
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特
点、应用
脉冲多普勒和连续多普勒的工作原理、特点和应用如下：
1. 脉冲多普勒雷达：
工作原理：发射脉冲信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过测量回波信号与发射信号的时间差，计算出目标的距离和速度信息。
特点：测速精度高，抗干扰能力强，能同时跟踪多个目标。
应用：主要用于气象预报、军事侦察、交通管制等领域。
2. 连续多普勒雷达：
工作原理：通过发射和接收连续波信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过对回波信号进行处理，测量出目标的距离和速度信息。
特点：结构简单，价格低廉，可用来观测心壁、瓣膜、胎体的运动状态。
但存在测量局限性，如不能判断物体的运动方向，不能探测血流状态。
应用：主要用于胎儿的检测，目前除用以胎儿的检测外，已很少在临床上使用。
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脉冲多普勒雷达(pulse Doppler Radar)
学习笔记
1：PD雷达简介
PD雷达的广泛定义应为:能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波(频域滤波)，具有对目标进行速度分辨能力的雷达
PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。
通常工作在一组较高的脉冲频率上，并采用主振放大链型的信号源和距离门窄带滤波器链的信号处理器. 它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效的解决抑制极强的地杂波干扰的问题。
PD 雷达有多种工作模式，下图给出了PD雷达的各种工作模式。
它们各具特点，分别适用不同的环境。
低重PD雷达测距不会产生模糊，旁瓣杂波电平较低，但测速模糊。
高重PD雷达与之相反，测距产生模糊，旁瓣杂波由于距离重叠效应，电平比较高，但测速是清晰的。
中重PD雷达的距离和多普勒频移都产生模糊，通过辅助方法可以解测距和测速模糊。
1：测速原理
雷达对目标速度的测量主要利用电磁波照射在运动目标上时产生的多普勒效应来进行。
对雷达而言，当雷达与目标之间存在相对运动时，多普勒效应体现在回波信号的频率与发射信号的频率不相等。
雷达发射电磁波信号后，当遇到一个向着雷达运动的目标时，由于多普勒效应，雷达接收到从这个目标返回的电磁波信号的频率将高于雷达的发射频率。
而当雷达发射的电磁波遇到一个在远离雷达方向运动的目标时，则雷达收到的是低于雷达发射频率的电磁波信号。
多普勒雷达正是利用两者频率之间的差值，即多普勒频移df来实现对目标速度的测量。
2：距离模糊产生原因
雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期T r（PRT）决定。
为保证单值测距, 通常应R max
选取T R>2
C
R max为被测目标的最大作用距离。
有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求, 例如在脉冲多普勒雷达或远程雷达, 这时目标回波对应的距离R为
R=c
2
(m×T r+t r)
式中，t r为测得的回波信号与发射脉冲间的时延。
这时将产生测距模糊, 为了得到目标的真实距离R, 必须判明式(2.1.7)中的模糊值m。
2：。