雷达技术 目标距离的测量
激光雷达测距方式
激光雷达是一种利用激光束测量目标距离的设备。
它通过发射一束激光束，然后测量激光束从发射到接收的时间来计算目标的距离。
激光雷达的测距方式主要有两种：时间差测距和相位测距。
1. 时间差测距：激光雷达发射一束短脉冲的激光束，当激光束照射到目标上时，一部分激光束会被目标反射回来。
激光雷达接收到反射回来的激光束后，通过测量激光束从发射到接收的时间差来计算目标的距离。
这种方式的测距精度较高，但对激光脉冲的宽度和接收器的时间分辨率要求较高。
2. 相位测距：激光雷达发射一束连续的激光束，当激光束照射到目标上时，一部分激光束会被目标反射回来。
激光雷达接收到反射回来的激光束后，通过测量激光束的相位差来计算目标的距离。
这种方式的测距精度较高，但对激光束的相位差测量和解算要求较高。
无论是时间差测距还是相位测距，激光雷达都可以通过测量激光束的时间或相位来计算目标的距离。
这些测距方式在激光雷达的应用中都有广泛的应用，例如自动驾驶、机器人导航、环境感知等领域。
雷达测距测速原理
雷达测距测速原理雷达是一种利用电磁波进行测距和测速的技术。
雷达测距测速原理基于电磁波在空间中传播的特性，通过发送电磁波并接收返回信号来计算目标物体的距离和速度。
雷达测距的原理是利用电磁波的传播速度和接收到返回信号的时间差来计算目标物体的距离。
雷达发射器会发射一束电磁波，这束电磁波会在空间中传播，并与目标物体相互作用。
当电磁波与目标物体相互作用后，一部分电磁波会被目标物体反射回来，形成返回信号。
雷达接收器会接收到这个返回信号，并测量从发射到接收的时间差。
根据电磁波在空间中传播的速度，可以通过时间差计算出目标物体与雷达的距离。
雷达测速的原理是基于多普勒效应。
当目标物体相对于雷达静止时，返回信号的频率与发射信号的频率相同。
但是当目标物体相对于雷达运动时，返回信号的频率会发生改变。
根据多普勒效应的原理，当目标物体向雷达靠近时，返回信号的频率会增加；当目标物体远离雷达时，返回信号的频率会减小。
通过测量返回信号的频率变化，就可以计算出目标物体的速度。
雷达测距测速原理的关键在于精确测量发射和接收之间的时间差以及返回信号的频率变化。
为了提高测量的精度，雷达系统通常会采用高频率的电磁波。
高频率的电磁波具有较短的波长，能够更精确地测量距离。
同时，雷达系统还会使用高精度的时钟和频率计算器来确保测量的准确性。
雷达测距测速技术在很多领域都有广泛的应用。
在航空领域，雷达技术可以用于飞机的导航和防撞系统，通过测量其他飞机的距离和速度来确保飞行安全。
在交通领域，雷达技术可以用于交通监控和交通信号灯控制，通过测量车辆的距离和速度来优化交通流量。
在气象领域，雷达技术可以用于天气预报和气象监测，通过测量云层的距离和速度来预测降雨和风暴的情况。
雷达测距测速原理是一种利用电磁波进行测量的技术。
通过测量电磁波的传播时间和频率变化，可以准确计算目标物体的距离和速度。
雷达技术在许多领域都有广泛的应用，为人们的生活和工作提供了便利和安全。
雷达测距工作原理
雷达测距工作原理雷达是一种常用的测距设备，通过发送电磁波并接收其反射信号来实现目标位置的测量。
雷达测距的工作原理涉及到电磁波传播、反射信号接收和测量计算等过程。
本文将详细介绍雷达测距的工作原理。
一、电磁波传播过程雷达测距主要利用无线电波在空间中传播的特性。
当雷达发射器输入电磁信号时，电磁波以光速传播，经过一定的时间后达到目标物体。
这里的时间可以通过测量发射和接收信号之间的时差来确定。
二、反射信号接收过程当电磁波与目标物体相遇时，部分能量会被目标物体吸收，而另一部分则会被反射回来。
雷达接收器会感应到这些反射信号，并将其转化为电信号进行处理。
反射信号的强度与目标物体的特性、距离和波长等因素相关。
三、测量计算过程通过测量发射信号和接收信号之间的时间差，可以得到电磁波传播的时间。
由于我们已知电磁波的传播速度是光速，可以利用这个时间和速度关系计算出目标物体与雷达的距离。
常用的计算方法有时差法、频率测量法和相位测量法等。
四、应用领域雷达测距广泛应用于许多领域。
在军事上，雷达测距可以用于敌我识别、导弹制导和目标跟踪等。
在民用领域，雷达测距可用于航空、航海、交通和天气等领域。
无论是在军事还是民用领域，雷达测距都发挥着重要的作用。
总结：雷达测距的工作原理涉及到电磁波传播、反射信号接收和测量计算等过程。
通过测量发射信号和接收信号之间的时间差，可以计算出目标物体与雷达的距离。
雷达测距广泛应用于军事和民用领域。
这一技术的发展对于提高探测精度、增强安全性和提供实时信息具有重要意义。
雷达测距原理及实现方法
雷达测距原理及实现方法一、雷达测距原理雷达是利用无线电波进行探测和测距的一种技术。
雷达测距是通过测量从雷达到目标物体的往返时间差来估计目标的距离。
雷达测距的原理可以简单地概括为发射一束射频信号，当这个信号遇到目标时，部分能量被目标吸收或散射，剩下的能量会返回雷达。
雷达系统接收这个返回的信号，并测量从发送到返回信号的时间差，然后根据电磁波在空气中的传播速度，就可以计算出目标到雷达的距离。
具体实现雷达测距的原理有以下几种：1.脉冲测距原理：脉冲测距原理是利用发射一组很短的脉冲信号，并测量从发送到返回信号的时间来计算距离。
这种方法的特点是简单、精度较高，适用于对距离变化不频繁的目标进行测距。
2.相位测距原理：相位测距原理是利用发射一组连续波信号，并测量信号的相位变化来计算距离。
相位变化与距离成正比，并且可以通过频率测量的方法，精确计算出距离。
相位测距一般用于对动态目标进行测距。
3.干涉测距原理：干涉测距原理是利用发射两个相干的连续波信号，并测量两个信号之间的干涉现象来计算距离。
干涉测距具有高精度和高抗干扰性能的特点，适用于对距离变化频繁的目标进行测距。
4.多普勒测距原理：多普勒测距原理是利用目标在接收到的波的频率上所引起的多普勒频移来计算目标的速度和距离。
多普勒测距一般用于对移动目标进行测速和测距。
二、雷达测距实现方法实现雷达测距需要几个关键的组件和步骤：1.发射器和天线：发射器产生并发送无线电波的信号，天线用于辐射和接收电磁波。
2.接收器：接收器用于接收从目标返回的信号，并将其转换成电信号。
3.信号处理：接收到的信号经过信号处理子系统进行滤波、放大、调制等操作以提取出目标信息。
4.时间测量：雷达系统需要测量从信号发射到接收到返回信号的时间差。
可以通过多种方法实现时间测量，例如使用计数器、脉冲计时器等。
5.距离计算：根据从时间测量得到的时间差，结合电磁波在空气中的传播速度，通过计算得到目标到雷达的距离。
雷达测距方法
RT 发射天线Tx
对双基地雷达，计算RT+RR有两种方法：
直接法：
间接法：
单基地：R=cT/2
2017/12/30
哈尔滨工业大学电子工程系
3
对双基地雷达，具体计算RT或RR需要目标角度信息，如利用 目标的接收视线角，则计算公式为：
还有其他多种目标定位方法，具体可参考：
M.I. Skolnik, Radar Handbook: Ch25 Bistatic Radar, 2nd edition, McGraw-Hill, 1990
22
对简单脉冲雷达而言，脉冲越窄，距离分辨力越好。而从信号检测角度讲，希望 发射脉冲宽度越宽越好，这样辐射出去的能量越大，目标回波信号越强，越有利 于信号检测。显然这是一对不可调和的矛盾，可以采用脉冲压缩信号加以解决。
2017/12/30 哈尔滨工业大学电子工程系 23
测距范围：包括最小可测距离和最大单值测距范围。
2、大气介质分布的不均匀将造成电磁波非直线传播(大气折射)。 折射系数n=c/vp
折射率N=(n-1)x10
h↑—n↓—vp↑ dn/dh<0
分层大气(层内均 匀，越高越稀薄)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
射线通过径向分层大气时的途径 [美]杰里L. 伊伏斯等编，现代雷达原理，电子工业出版社，1991.3
2017/12/30 哈尔滨工业大学电子工程系 7
1、大气密度、温度、湿度等参数随时间、 地点而变化，导致大气传播介质的导磁 系数和介电常数发生相应改变，引起电 波传播速度c变化。
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：
c c 105
丁鹭飞，雷达原理，西电出版社，1995
简述航海雷达测量目标距离和方位的基本原理。
简述航海雷达测量目标距离和方位的基本原理。
航海雷达是一种利用电磁波进行距离和方位测量的雷达技术。
其基本原理包括以下三个方面:
1. 电磁波传播原理:航海雷达利用电磁波在空间中的传播性质,通过发送电磁波并接收回波来确定目标的位置和距离。
发送电磁波的同时,也会产生回波,回波的波长和频率与发送电磁波的波长和频率相同。
如果两个物体之间的距离大于回波的传播距离,则两个物体之间的电磁波信号会互相衰减,因此可以通过测量回波的反射时间来估算两个物体之间的距离。
2. 目标检测原理:航海雷达通过发送电磁波来检测目标物体,并将接收到的回波信号进行特征提取和匹配,从而确定目标物体的位置和距离。
目标物体将回波信号分解成多个反射波,并产生多个反射波信号。
通过计算这些反射波信号之间的时延差异和相位差异,可以确定目标物体的距离和方向。
3. 数据处理原理:航海雷达测量的距离和方位信息需要通过数据处理算法进行整合和优化。
具体来说,发送电磁波并接收回波的过程会产生大量的数据,这些数据需要进行预处理和后处理,以提高测量精度和可靠性。
例如,可以将多个回波信号进行相位匹配,并将回波信号进行滤波和平滑处理,以提高信号的鲁棒性和稳定性。
综上所述,航海雷达通过电磁波传播原理、目标检测原理和数据处理原理来实现测量目标距离和方位的功能。
雷达探测距离公式
雷达探测距离公式雷达是一种常用的无线电波探测技术，被广泛应用于军事、航空、导航、气象等领域。
它利用电磁波在空间中传播的特性，通过发送和接收信号来探测目标的位置和距离。
在雷达技术中，距离是一个重要的参数，而雷达探测距离公式则是计算目标与雷达之间距离的数学表达式。
雷达探测距离公式可以通过以下方式来推导，首先我们需要了解雷达的工作原理。
雷达系统通过发射脉冲信号并接收目标反射回来的信号来实现目标探测。
当脉冲信号发射后，它会以光速的速度在空间中传播，当遇到目标时，部分能量会被目标反射回来，形成回波信号。
雷达接收机会接收到这个回波信号，并进行信号处理，从而得到目标的信息。
在雷达探测过程中，距离是通过测量信号的往返时间来计算的。
假设目标与雷达之间的距离为R，发送信号的速度为c，则信号往返的时间为2R/c。
根据这个时间，我们可以计算出目标与雷达之间的距离。
雷达探测距离公式可以表示为：R = (c * Δt) / 2其中，R表示目标与雷达之间的距离，c表示信号的传播速度，Δt表示信号的往返时间。
公式中的除以2是因为往返时间是信号从雷达发射到目标反射回来的时间，而雷达探测的是往返距离。
在实际应用中，雷达探测距离公式需要考虑到许多因素的影响。
首先，信号的传播速度c通常取光速，因为雷达系统中使用的是无线电波，其传播速度非常接近光速。
其次，信号的往返时间Δt需要通过精确的时间测量来获取，因为微小的误差会导致测量结果的不准确。
此外，目标与雷达之间的距离R也会受到空气密度、反射系数等因素的影响。
在雷达探测中，除了距离，还有其他参数也需要考虑，如目标的速度、方向、角度等。
这些参数可以通过雷达系统的信号处理来获取。
雷达技术的发展使得我们能够更准确地探测目标，提高了雷达的应用领域和效果。
总结一下，雷达探测距离公式是计算目标与雷达之间距离的数学表达式。
它通过测量信号的往返时间来计算距离，公式中包含了信号的传播速度和往返时间两个参数。
雷达测距原理
雷达测距原理雷达（Radar）是一种利用无线电波进行探测和测距的技术，它在军事、航空、气象等领域有着广泛的应用。
雷达测距原理是指雷达系统利用发射和接收无线电波的时间差来计算目标距离的基本原理。
下面我们将介绍雷达测距的原理和相关知识。
首先，雷达测距的基本原理是利用无线电波在空气中的传播速度来计算目标距离。
无线电波在空气中传播的速度约为光速的3/4，即每秒约为3×10^8米。
雷达系统通过发射无线电波并接收目标反射回来的信号，然后利用发射和接收的时间差来计算目标距离。
其次，雷达测距的原理是利用无线电波的“发射-接收-回波”过程。
雷达系统首先发射一束无线电波，这些波在空间中传播并遇到目标后被反射回来，形成回波。
雷达系统接收到这些回波并计算发射和接收的时间差，然后根据时间差和无线电波传播速度来计算目标距离。
此外，雷达测距原理还涉及到了雷达系统的工作模式和信号处理。
雷达系统通常采用脉冲式工作模式，即通过间隔一定时间发射短脉冲的无线电波，并在每次发射后等待接收回波。
雷达系统接收到回波后，利用信号处理技术来提取目标信息，并计算目标距离。
最后，雷达测距原理还需要考虑到误差和精度的问题。
由于无线电波在空间传播的速度受到环境条件和天气影响，因此雷达系统在测距时需要考虑这些因素对测距精度的影响，并进行相应的校正和修正。
总的来说，雷达测距原理是利用无线电波的发射、传播和接收来计算目标距离的基本原理。
通过了解雷达测距的原理，我们可以更好地理解雷达技术的工作原理，以及在实际应用中如何提高测距的精度和准确性。
雷达技术的不断发展和应用将为各个领域带来更多的便利和安全保障。
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6.2 调频法测距
线性调频连续波信号——三角波
用处 ？
测距
6.2 调频法测距
目标运动
时
f
ft
fr
f
2R0 c
0 f fb
fb＋ 0
ft Tm 2 t1 t2
fb－
fbar
ft0
t
有测距 模糊吗？
t
调频雷达工作原理示意图
发射频率
ft
f0
df dt
t
f0
5
雷达测距的实现方法
连续波雷达
测距物理解释： 一般来说，单载频的连续波雷达没有测距能
力，这与其无法适用基于脉冲回波时延的测距手 段，且发射信号带宽较窄有关。
若必须测量距离，需要在连续波发射信号上 加上某些定时标志，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延或距离 ，必须扩展单载频连续波的频谱。
40ms（正负各半），中心频率为300MHz，调频斜率为
2MHz/ms，目标距离50km，求：
（1）频率计的输出频率 fbav； （2）测距精度δR；
f
R0
cTm 8f
-25~+25Hz
fbav
c 2u
fbav
（3）分辨率∆R 。
∆f =50Hz
33
6.2 调频法测距
连续波雷达的特点：
• 发射频谱窄（减少了无线电干扰，使得相应滤 波和波形处理简化）。
为脉冲宽度（s）；
d 为光点直径（m）；
υn为光点扫掠速度 (cm/μs)。
τ
＋
d vn
图6.6 距离分辨力
S(t) Acos(2 f0t t2 )
脉压雷达距离分辨率 -4dB
rc
c 2
1 B
B为线性调频信号的带宽
18
6.1 脉冲法测距
（2）测距精度：
包括最小可测距离、最大单值测距范围
回波中心
7
6.1 脉冲法测距 检测 发现、虚警
门限
和支路 Σ
本振 差支路
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
8
6.1 脉冲法测距
9
6.1 脉冲法测距
6.1.2 影响测距精度的因素
误差种类： （1）系统误差
由于测量工具本身固有误差、测量原理本身 理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生 理条件的制约而带来的测量误差．
f t, Tm / 4
调频率
接收频率
fr
f0
4f Tm
t
2R0 c
回波时延 30
6.2 调频法测距
正程发射频率 ft f0 t,
f
Tm / 4
积分求得发射信号 St (t) Acos(2 f0t t2 )
接收信号 Sr (t) kSt (t tr )
…
NTr
tR′
NTr
t
目标距离最大
图6.7 (b) “舍(脉b)冲”法判模糊
模糊数
添加标记，无模糊距离变为M倍 MTr mmaxTr tR' 27
6.2 调频法测距
6.2.1 调频连续波测距
收发分置
测得
距离
频率计
调频 发射机
发射天线
放大器 和限幅器
直接耦合信号 混频器
r
目标
接收天线
频率差
接收机
fr
f r1 N
fr2 N a
Tr NTr1 N aTr2
N和a为正整数, 常选a=1, 使N和N+a为互质数。
fr的选择应保证不模糊测距。 22
6.1 脉冲法测距
发 fr1
收 fr1
t1
tR
发 fr2
收 fr2 t2 公约频率
目标回波
tR Tn0
tR
(a)
图6.7 （a）用双重复频率测距
最小可测距离：雷达能测量的最近目标的距离。 收发共用天线，发射脉冲宽度时间内，无法接收回波；
收发切换时间t0内，无法接收回波。
最小可测距离：
Rmin
c
2
t0
19
6.1 脉冲法测距
最大单值可测距离：雷达可探测的最大无模糊距离
思考：最大无模糊距离由什么决定？ 脉冲重复周期Tr
Rmax
c Tr
6
6.1 脉冲法测距
6.1.1 基本原理
lp l
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
图6.2 显示器荧光屏画面
图 6.2
R=CtR /2
R=0.15tR ，R（km） tR （us）
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
R tR
dtR
tR 2
dc
c 2
dtR
R
R c
c
c 2
tR
R c
dc
c 2
dtR
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
R c
c
c 2
tR
R c
距离跟踪的方法：
产生一个时间位置可调的时标（波门），通过调整移动 时标的位置，使之与回波信号在时域上重合，由此时的 时标的时间位置换算成实时的目标距离数据。
人工距离跟踪
半自动、自动距离跟踪
6.3 距离跟踪原理
6.3.1 人工距离跟踪
• 峰值功率与平均功率可比拟。 • 收发间难以完全隔离。 调频连续波雷达的优点是: • 最小可测距离小，且有较高的测量精度。 • 雷达线路简单，体积小、重量轻、适用广。
普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。
34
6.2 调频法测距
调频连续波雷达的主要缺点是: (1) 难于同时测量多个目标。如欲测量多个目标, 必 须采用大量滤波器和频率计数器等, 使装置复杂，从 而限制其应用范围。
fr1频率大 5：4
fr2频率小
23
6.1 脉冲法测距
tR
t1
n1 f r1
t2
n2 fr2
n1, n2分别为用 fr1和 fr2 测距时的模糊数。
选a=1, fr1 N fr2 N 1
当 n1=n2 时，
tR
t1 fr1 f r1
t2 fr2 fr2
当
n1=n2+1时，
(2) 收发间的完全隔离是所有连续波雷达的难题。发 射机泄漏功率将阻塞接收机, 因而限制了发射功率的 大小。发射机噪声的泄漏会直接影响接收机的灵敏度。
35
6.2 调频法测距
6.2.2 调频脉冲测距
调制信号 T 产生器
调频 振荡器
脉冲功率 放大器
τ
um
Tr
脉冲
调制器
收发开关 混频器
f
脉冲调频测距(a原) 理 (a) 原理性方框图组成;
目标视在位置
目标真实位置 R
R0
H
地面
测距误差
R R R0
视角误差
图6.4 大气层中电波的折射 14
6.1 脉冲法测距
（4）测读方法误差
直接从显示器上测量目标距离： 显示器荧光亮点直径，刻度精度，人工测读时的惯性等。 自动测距时的测量误差： 测距系统的结构，系统传递函数，噪声干扰等。
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
主要内容及基本要求 理解脉冲测距的基本原理； 理解调频法测距的基本原理； 了解距离跟踪原理；
2
雷达如何测距？
（1） 脉冲雷达 （2） 连续波雷达
B
R
目标距离的测量
特征：可知性、可补偿 （2）随机 误差
即使在完全消除系统误差这种理想情况下， 多次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预 测的不确定因素干扰而产生测量误差．
特征：随机性、难补偿 10
6.1 脉冲法测距
怎么考虑测距中的误差？ 全微分
tR
2R c
R
1 2
ctR
dR
R c
dc
tR
t1 fr1 t2 fr1
fr2 1 fr2
24
6.1 脉冲法测距
双重频最大无模糊距离
Rmax
c 2
Tr1, Tr 2
的最小公倍数
例： Tr1 为3ms，Tr2 为4ms， 则此时双重频的最大无模糊距离对应12ms。 相当于增大了无模糊距离，并没有消除模糊距离。
天干地支，十二生肖，六十一甲子。
15
6.1 脉冲法测距
6.1.3 测距精度的理论极限
——真值和理论值的差别
信号最大值出现的时延估值的方差为
2 tr
8 2
1 E No
Be2
式中，E 为信号能量； N0 为噪声功率谱密度； Be为信号u(t)的均方根带宽，