第六章 目标距离的测量
雷达原理_第六章-目标距离的测量
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
怎样用手势来测量目标的距离和高度的
怎样用手势来测量目标的距离和高度的请教炮兵是怎样用手势来测量目标的距离和高度的设距离我们N米有一棵树，测量我们到这棵树的距离：1、水平端起我们的右手臂，右手握拳，立起大拇指^_^2、用右眼（左眼闭）将大拇指的左边与树重叠在一条直线上；3、右手臂和大拇指不动，闭上右眼，再用左眼观测大拇指左边，会发现这个边线离开树右边一段距离；4、估算这段距离（这个也可以测量），将这个距离×10，得数就是我们距离这课树的约略距离；很早以前告诉我的，记得大致就是这个方法，有不对的地方，欢迎大家指正，共同学习^_^这个“拇指测距法”，熟练、正确掌握后，1000m内，测量结感谢“更深的蓝”的解答。
参考：火炮射距大，即使熟练使用拇指测量法也只能大概确定在一千公尺内目标的距离。
战场上，可以如此接近敌方重要目标几乎是不可能的事。
军方较为精确的人工测距法有多种，最为方便的是臂长尺测距法。
人都有一双胳臂，可是手臂有多长?大多数人不会知道，这是因为他并不需要测距。
其实，臂长尺可以是一支刻有分划的铅笔或木条，和手臂一结合起来，就变成一具非常灵活方便的测距“仪器”了。
铅笔上的分划，是按每个人臂长(手臂向前平伸，从眼睛到拇指虎口的距离)的百分之一为一个分划刻画的，所以叫臂长尺。
比如，臂长是60厘米，那么臂长尺上的一个分划就是6毫米。
有了臂长尺，只要事先知道目标的大小，就可以用臂长尺测出距离。
臂长尺上的每个分划是臂长的百分之一，如果目标的高度(或宽度)占一个分划时，也正好是距离的百分之一，占两个分划，就是百分之二。
这样，根据相似三角形成比例的道理，距离：目标高度(间隔)=100(臂长)∶分划数(臂长尺)，就可以得出求距离的公式：距离=高度(间隔)×100分划数例如：测得前方电话线杆的一个间隔，约5个分划，我们知道一般电话线杆间隔是50米，那么到电线杆的距离是：50米×100=1000米。
如果不知道物体的宽度(或高度)，能不能用臂长尺来测量距离呢?也可以，但是要先创造一个已知距离条件，才能计算出所求距离。
第6章 目标距离的测量
（2）控制器采用积分元件，控制器输入 输出间呈现积分关系，即
E
1 T
ue dt
其它仍如上面第一种简单情况所用，则得
t (t t )dt '
K1K3
'
JHLIJHLILILI
T
如果用目标距离R和跟踪脉冲所对应的距 离R’代入上式，得到
R'
K1K3 T
(R R' )dt
❖工作原理：与模拟式自动测距器 基本工作原理相同。
❖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。
J❖HLIJHLILILI
． 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
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， ❖ 随机误差是指因某种偶
系统各部分对信号的固
然因素引起的测距误差，
定延时所造成的误差，
所以又称偶然误差。凡
系统误差以多次测量的
属设备本身工作不稳定
平均值与被测距离真实
性造成的随机误差称为
值之差来表示。
设备误差 .凡属系统以外
的各种偶然因素引起的
E f (ue )
分析上式输入输出函数可能是什么样 的函数形式，即可能由什么样的电路 来实现？
JHLIJHLILILI
（1）简单情况，输出与输入间呈线性关系，即
E K 2ue K1K 2 (t t ' ), ue K1 (t t ' )
当用锯齿电压波法产生移动距标时， 比较电压Ep和移动距标延迟时间之间
(完整版)雷达原理复习总结
雷达原理复习要点第一章（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)：radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。
无线电探测和测距，无线电定位。
雷达的任务：利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。
从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？斜距R : 雷达到目标的直线距离OP方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。
仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。
2、目标距离的测量测量原理式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒)距离测量分辨率两个目标在距离方向上的最小可区分距离ρr=cτ2最大不模糊距离3、目标角度的测量方位分辨率取决于哪些因素4、雷达的基本组成雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机：产生大功率射频脉冲。
收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。
接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器：显示目标回波，指示目标位置。
天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。
电源第二章1、雷达发射机的任务为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去2、雷达发射机的主要质量指标工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度3、雷达发射机的分类单级振荡式、主振放大式4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点单级振荡式：脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。
雷达技术 第六章 目标距离的测量21-22
6
6.1 脉冲法测距
6.1.1 基本原理
lp l
R=CtR /2 R=0.15tR ，R（km） tR （us）
发射 脉冲
近区地 物回波
目标回波
0 10 20 30 40 50 60 70 km 机械距离刻度标 尺
思考问题：
用脉冲的哪里来作为 回波到达时刻? 有何区别？ 回波前沿 回波中心
7
图6.2 显示器荧光屏画面
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。
11
6.1 脉冲法测距
（1）电波传播速度变化产生的误差 估算传播速度变化引起的误差
R c R c tR c 2
R
R
c
c
表6.1 电波传播速度
12
6.1 脉冲法测距
（2）时间差测量误差
R c R c tR c 2
25
6.1 脉冲法测距
?
用多重复频率测距
办法可以从我国的余数定理中找到
魔术师背对观众坐在一张椅子上，让某位观众心中 随意想定一个不超过500的数， 然后用7去除这个数并报出余数； 然后再用8去除原来想定的数并报出余数； 然后再用9去除并报出余数； 这样魔术师就知道到底这个观众心里想的数是多少。 -如余数分别为1，5，8，答案是多少？ 197 -如余数分别为3，5，7，答案是多少？ 493 26
31
6.2 调频法测距
当反射回波来自运动目标, 其距离为 R0而径向
速度为 v 时, 其回波频率 fr 为
4f fr f0 fd Tm 8f fb ft f r Tm c 8f fb f r ft Tm c
平均 频率差
目测法测量距离（实用版）
目测法测量距离（实用版）向前伸直手臂树起拇指，闭上左眼，右眼、拇指、目标形成直线，闭上右眼，睁开左眼，此时记住左眼、拇指延长直线目标右侧那一点，目测那一点与目标的距离并乘以10，即你到目标的大概距离。
竖起大拇指。
手臂放平目光通过指尖是与水平线的夹角约120密位，看目标高度估算出视线经过目标顶部和目标底部的两条实现的夹角为多少密位，用密位乘以目标高度（凭经验）即为目标距离例如，日军身高约1.5米，视线通过其头顶和脚底的夹角约100密位，距离为150米这个几何学中有介绍。
由于通常情况下，某些物体的长度是一个已知量，比如汽车、房屋等，那么根据在目测中占据多大角度（军事测量中采用密位），就可以推算出其距离远近。
用伸直手臂之后竖起的大拇指所遮挡的范围的密位数是固定的，由此参考被测目标，就可以得到这个角度值。
经过换算就可以得到距离的大致数据。
密位是一个圆平分为6000份每一份是一密位，还有伸出右手，闭上左眼，对准一个物体，让他恰好挨着你的大拇指左侧，手不要动换一下眼，你会发现物体产生跳动一段距离，根据物体目测宽度，跳动宽度，之比乘以50.为大约距离。
还有经验积累，。
密位计算也是实际物体在你手上相对应的一个密位数通过计算得出的大约距离。
理论上讲，将胳膊伸直，竖起拇指，根据眼睛到拇指的距离（约为臂长），拇指长和所测物的高进行相似计算。
但实际上，使用这项技能时，基本是凭经验测距，要长时间练习才能熟练掌握。
而且，要更正的是，手指测距多用于行军和炮兵定位粗测，且是每个士兵必修。
而狙击手很少用手指测距，因为手指测距要将手臂伸直，很容易暴露自己，狙击手多直接用目测。
手指测距一般能估测2-4公里（有明显地物，如房子，树等时适用），经验丰富的士兵误差不超过200米，目测一般用来估测一公里内距离，误差50米以里。
手指测距和目测都是需要长期练习的，还要了解一般地物的大小，及其在不同距离的视觉大小，能熟练利用距离已知的参照物进行比较等。
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
如何目测距离
如何⽬测距离如何⽬测距离最佳答案向前伸直⼿臂树起拇指，闭上左眼，右眼、拇指、⽬标形成直线，闭上右眼，睁开左眼，此时记住左眼、拇指延长直线⽬标右侧那⼀点，⽬测那⼀点与⽬标的距离并乘以10，即你到⽬标的⼤概距离。
竖起⼤拇指。
⼿臂放平⽬光通过指尖是与⽔平线的夹⾓约120密位，看⽬标⾼度估算出视线经过⽬标顶部和⽬标底部的两条实现的夹⾓为多少密位，⽤密位乘以⽬标⾼度（凭经验）即为⽬标距离例如，⽇军⾝⾼约1.5⽶，视线通过其头顶和脚底的夹⾓约100密位，距离为150⽶这个⼏何学中有介绍。
由于通常情况下，某些物体的长度是⼀个已知量，⽐如汽车、房屋等，那么根据在⽬测中占据多⼤⾓度（军事测量中采⽤密位），就可以推算出其距离远近。
⽤伸直⼿臂之后竖起的⼤拇指所遮挡的范围的密位数是固定的，由此参考被测⽬标，就可以得到这个⾓度值。
经过换算就可以得到距离的⼤致数据。
密位是⼀个圆平分为6000份每⼀份是⼀密位，还有伸出右⼿，闭上左眼，对准⼀个物体，让他恰好挨着你的⼤拇指左侧，⼿不要动换⼀下眼，你会发现物体产⽣跳动⼀段距离，根据物体⽬测宽度，跳动宽度，之⽐乘以50.为⼤约距离。
还有经验积累，。
密位计算也是实际物体在你⼿上相对应的⼀个密位数通过计算得出的⼤约距离。
理论上讲，将胳膊伸直，竖起拇指，根据眼睛到拇指的距离（约为臂长），拇指长和所测物的⾼进⾏相似计算。
但实际上，使⽤这项技能时，基本是凭经验测距，要长时间练习才能熟练掌握。
⽽且，要更正的是，⼿指测距多⽤于⾏军和炮兵定位粗测，且是每个⼠兵必修。
⽽狙击⼿很少⽤⼿指测距，因为⼿指测距要将⼿臂伸直，很容易暴露⾃⼰，狙击⼿多直接⽤⽬测。
⼿指测距⼀般能估测2-4公⾥（有明显地物，如房⼦，树等时适⽤），经验丰富的⼠兵误差不超过200⽶，⽬测⼀般⽤来估测⼀公⾥内距离，误差50⽶以⾥。
⼿指测距和⽬测都是需要长期练习的，还要了解⼀般地物的⼤⼩，及其在不同距离的视觉⼤⼩，能熟练利⽤距离已知的参照物进⾏⽐较等。
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►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。
常用于单一目标测距，如高度表等。
3
►测距原理
设发射信号频率 ft 在一定时间T 内线性增加， 则回波信号fr 频率和发射信号频率变化相同， 只在时间上延迟了tR （回波时延）。调如频带图宽：
f（t） 调频周期
B
f0
tR
T
fb（t）
tR
t
差拍频率 t
目标运动时
►三角形波调制 ►正弦波调制
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
频率法测距的误差问题
►距离跟踪：对目标距离作连续的测量
搜索
截获
跟踪
发现目标 首次测定参数 连续测量
丢失目标
►距离跟踪方法：人工、半自动、自动 ►距离跟踪原理：产生一个时间位置可调的时标（移动
刻度或波门），调整其位置，使之在时间上与回波信号重 合，然后精确读出时标位置作为目标的距离数据送出。
►距离跟踪应用：火控、警戒
►电刻度产生方法：锯齿波电压法、相位法
测得时延 最远目标所对应的跨周期数
2
习题
第二节 调频法测距
调频法测距可用于连续波雷达，也可用于脉冲雷达 连续发射的信号具有频率调制的标志后即可用以测 定目标的距离。
§6.2.1 调频连续波测距
►调频连续波雷达组成框图 产生高频等幅波，频率按 线性或正弦规律变化
将回波信号与发射信号 混频，输出差频电压
标之间最小可区分距离
τ
人工测距
两个点目标回波的 矩形脉冲间的间隔
光点直径d
距离分辨力：
电子测距
脉冲宽度
显示器扫描速度
简单脉冲雷达距离分辨力： 脉冲压缩雷达距离分辨力：
雷达信号的有效带宽
1
►测距范围：含最小可测距离和最大单值 测距范围
最小可测距离
雷达可测量的最近目标的距离
最大单值测距范围 由脉冲重复周期Tr确定
第一节 脉冲法测距
§6.1.1 基本原理
► 工作原理：测量目标回波滞后于主波的时间
R = ctr 2
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。
显示器扫描速度
现代雷达常采用电子设备自动测读回波到达的延迟时间。
§6.1.3 距离分辨力和测距范围
►距离分辨力：同一方向上两个大小相等点目
锯齿波电压法
相位法
复合法
锯齿法粗测，锯齿法粗测的移动波门内用相位法 产生精测移动指标。
§6.3.1 人工距离跟踪
►原理
采用移动的电刻度作为时间基准，操作员按显示 器上的画面，将电刻度对准目标回波，从控制器 度盘或计数器上读出移动电刻度的准确时延即可 代表目标距离。
►关键 产生移动的电刻度，且其时延可精确读出。
6
►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
或控制电压），产生所需延迟时间t’的跟踪脉冲。
通常选择：
特殊场合，雷达重复频率不能满足单值测距要求，此时 出现测距模糊
三重频判距离模糊
例：
m1＝7， m2＝8， m3＝9， A1＝3， A2＝5， A3＝7，求目标的真实距离R
§6.1.4 判距离模糊的方法
►多种重复频率判模糊
双重频判距离模糊
t1
t2
或
►舍脉冲法判距离模糊 P176，图6.6b
在每M个发射脉冲中舍弃一个，作为发射脉冲串的 附加标志；设从A1到AM共M个脉冲，其中A2不发 射。与之对应的接收回波串同样是每M个脉冲中少 一个。从A2开始，逐个累计发射脉冲数，直到某一 发射脉冲后缺少一个回波脉冲，累计的数值就是回 波跨越的重复周期数。 显然 舍脉冲法判模糊时，每组脉冲数M应满足
第六章 目标距离的测量
tr
=
2R c
R = ctr 2
常用方法：脉冲法、频率法、相位法
§6.1.2 影响测距精度的因素
系统误差：系统各部分固定延迟所带来的误差。 随机误差：偶然因素造成。 距离显示器的误差：刻度误差、亮点直径误差、惯性误差等
由
求导可得：
从而：
电波传播速度变化产生的影响：
5
大气折射引起的误差：标准16m 测读方法误差： αd、αx （模拟），量化误差（数字）
►双频率相位法测距
§6.2.2 相位法测距
►工作原理
由于相位计不能测出大于360°的相位差，会产生距离模 糊；且在目标反射过程中会引入附加相移，该附加相移是未 知量，会引起测距误差。目前，解距离模糊的常用方法主要 有：相位编码解距离模糊、双频率相位法测距、多频连续波 (MFCW)测距等。
5
第三节 距离跟踪原理
§6.3.2 自动距离跟踪
电刻度自动跟踪目标回波，并连续给出目标距离数据。 具体包含搜索、捕获、自动跟踪三个部分。
►自动距离跟踪简化框图
当跟踪脉冲和回波脉冲在 时间上重合时，其延迟时 间即回波脉冲延迟时间， 从而求得目标距离，实现 跟踪。当两个脉冲不重合 是，读出误差电压，由控 制器根据误差电压使t’朝 减小Δt方向变化，直到 Δt＝0。
搜索脉冲产生法 定时信号 Tr
扫描锯齿波
搜索锯齿波
锯齿波 搜索脉冲
波门 回波
截获
习题
7