雷达测距方法
激光雷达的测距原理和分类
激光雷达的测距原理和分类激光雷达（Lidar）是一种利用激光技术进行测距的传感器。
它通过发射短脉冲的激光束并测量其返回的时间来确定与目标物体之间的距离。
激光雷达的测距原理可以简单地概括为“发射-接收-测量”三个步骤。
首先，激光雷达通过激光器发射一束激光束。
这束激光束会以非常高的速度传播，在空气中传播非常迅速，并且具有较强的方向性。
然后，激光束会照射到目标物体上并被其反射。
激光束照射到目标物体上后，一部分激光能量会被目标物体吸收，一部分激光能量会被目标物体散射。
最后，激光雷达通过接收器接收反射回来的激光束。
接收器会测量从发射到接收的时间间隔，并通过乘以光速即可得到目标物体与激光雷达之间的距离。
由于激光雷达的测距原理是基于光速的，因此它具有非常高的测量精度和准确性。
同时，激光雷达具有很强的方向性，可以很精确地测量目标物体的位置。
根据激光雷达的不同工作原理和应用场景，可以将其分为多种不同类型：1. 旋转式激光雷达：旋转式激光雷达通过激光束的旋转来扫描周围环境，从而获取目标物体的三维位置信息。
它通常由激光器、旋转系统和接收器组成。
旋转式激光雷达常用于机器人导航、无人驾驶车辆和地图制作等领域。
2. 直接探测式激光雷达：直接探测式激光雷达直接测量激光束在空气中的传播时间，从而计算出与目标物体的距离。
它通常由激光器、接收器和时间测量单元组成。
直接探测式激光雷达适用于短距离测量和工业领域的应用，例如材料测量和建筑测量。
3. 调频连续波激光雷达：调频连续波激光雷达使用连续调制的激光束来测量目标物体与激光雷达之间的距离。
它通常由激光器、调制器和接收器组成。
调频连续波激光雷达特点是测量速度快、精度高，适用于测量移动目标和空气动力学研究等领域。
4. 闪光式激光雷达：闪光式激光雷达通过短脉冲激光束和高速快门相机的组合来测量目标物体的距离和形状。
它通过捕捉激光在目标物体上的反射图像，并利用图像处理算法来分析目标物体的位置和形状。
现代汽车的四种测距方法
现代汽车的四种测距方法现代汽车的四种测距方法随着科技的发展，现代汽车采用了多种高级驾驶辅助系统（ADAS）来提高行车安全性。
其中一个重要的功能是测距，以确保车辆与前方障碍物的安全距离。
以下是现代汽车常用的四种测距方法：1. 毫米波雷达（MMW）测距：毫米波雷达是一种使用毫米波频段进行测距的无线电技术。
它能够发送高频的电磁波，并通过接收返回的波来测量车辆与前方物体的距离。
毫米波雷达具有高精度和快速响应的特点，可以在各种天气条件下工作，包括雨雪等恶劣环境。
2. 激光雷达（LiDAR）测距：激光雷达是一种使用激光束来测距的技术。
它通过发射脉冲激光并记录其返回的时间来计算车辆与前方物体之间的距离。
激光雷达具有高分辨率和精确度，可以提供更准确的距离测量结果。
然而，激光雷达对于恶劣天气条件下的工作效果较差。
3. 立体视觉（Stereo Vision）测距：立体视觉利用车辆上的多个摄像头来模拟人眼的视觉系统。
通过将两个或多个图像进行比较，系统可以计算出物体与车辆之间的距离。
立体视觉可以提供高分辨率的深度图像，但对光线和环境条件要求较高。
4. 超声波测距：超声波测距系统使用车辆上的超声波传感器来发送和接收超声波信号。
这种技术通过测量信号的时间差来计算车辆与前方物体之间的距离。
超声波测距对于低速行驶和近距离障碍物检测非常有效，但在高速行驶或远距离检测方面可能受到限制。
这些测距方法通常结合使用，以提供更准确和可靠的测距结果。
它们在现代汽车的智能驾驶辅助系统中起着关键作用，帮助驾驶员识别和避免潜在的碰撞风险，提高行车安全性。
随着技术的不断发展，我们可以期待更先进和精确的测距技术在未来的汽车中的应用。
三角法激光雷达测距原理
三角法激光雷达测距原理
三角法激光雷达是一种基于光学测量原理的仪器，主要用于测量远距离、高精度的距离和速度。
三角法激光雷达测距原理基于光学三角法，利用激光束在空气中传播
时的光程差测量物体距离。
激光束从雷达发射器出射，射到目标物体
后反射回来，雷达接收器接收到反射回来的激光信号。
根据激光信号
的时间差和速度，通过计算反射光程差，即可精确测量目标物体的距离。
激光雷达通常采用波长在850 nm到1550 nm之间的激光，具有较好的直线传输和小的散焦率，可用于长距离测量和高精度测量。
同时，
三角法激光雷达还可以通过接收器接收多束激光信号，利用多普勒效
应测量目标物体的速度。
三角法激光雷达在工业、军事、环境监测等领域有着广泛的应用。
在
工业领域，它可以用于测量复杂构型或难以触及的物体的精准距离和
形状，可用于制造、质量控制、机器人自主导航等方面；在军事领域，激光雷达可用于侦察、监视、导航等方面；在环境监测方面，它可以
用于测量山区、林区等地形复杂的地区的气象、地质和生态信息等。
总的来说，三角法激光雷达测距原理是一种非常精准和实用的测量技术，它已经被广泛应用于各个领域，并对人们的生产和生活带来了很大的便利。
雷达测距、测角、测速基本原理
雷达测距、测角、测速基本原理目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。
最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。
在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统.目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。
如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。
在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。
;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下:D=RcosBH=RsinBa=a上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。
现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。
它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。
发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。
雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。
实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。
脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。
目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。
信息来源拓邦汽车电子网 地址：/news/2165.htm。
12雷达原理- 调频法测距测速
调频法测距
脉冲调频测距
• 原理：通过载频调制为脉冲信号增加识 别标志 • 实现方式：脉冲信号＋载频调制 • 解模糊：长调制周期（远大于重复周期）
调频法测距
脉冲调频测距
• 设发射信号 调频斜率为:
F T
调频法测距
脉冲调频测距
• A、B、C各段 收发信号间的 差频分别为 :
2 vr 2R FA f d td c 2 vr 2R FE f d td c 2 vr FC f d
(前半周正向调频范围） (后半周负向调频范围)
调频法测距
运动目标
c fb fb R 8f 2 f m
（目标距离）
v ( fb fb 测距
发射信号 接收信号
混频取差频信号
傅里叶变换
测量峰值位置
频率转化为距离
fk Kr
2 R0 k c
2 f c 0 K r 0 2 2 K r 0 (1 lk )t t k Sr (t ) A3 k rect ( ) cos 2 2 Tp / 2 k 2 f l t K (2 l l k c k r k k )t
调频法测距
脉冲调频测距
R FB F A 4 c
FB F A R c 4
Fc vr 2
说明：
• 考虑测距的单值性须选取较大的调频周 期T； • 缺点：测量精度较差，发射信号的调频 线性不易做得好，频率测量不易做准确。
谢谢！
调频法测距 调频连续波测距
频率计
调 频 发射机 直接耦合信号
发射天线
r
目标
放 大 器 和限幅器
混频器 接收天线
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。
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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
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6.1 脉冲法测距
（2）时间差测量误差
R c R c tR c 2
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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
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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
雷达测距原理和脉冲法测距资料全
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现代级：136-139 中华现代：168-169 中华神盾：170-171
俄制MINERAL-ME 目标指示/射控雷达 (Bandstand音乐台)
——利用大气波导
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雷达测距的实现方法
物理解释：
一般地说单载频的连续波雷达没有测距能力，这与其发射信号带宽 太窄有关。若必须测量距离，则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。由傅立叶变换知：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间或距离，则必须扩展单载频连续波的频谱。
Tr
峰值功率Pt与平均功率Pav —— P av
Pt Tr
典型中程防空雷达参数： 1s, Tr 1ms, Pt 1MW， 则占空比为1 1000，P av 1KW
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1、距离分辨力：距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分 距离，它取决于雷达信号波形。
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2、测距范围：包括最小可测距离和最大单值测距范围。
最小可测距离——指雷达能测量的最近目标的距离。脉冲雷达收发共用天线，在 发射脉冲宽度时间内，接收机和天线馈线系统间是断开的，不能正常接收目标 回波。发射脉冲过去后天线收发开关恢复到接收状态，也需要一段时间t0。在上述 这段时间内，由于不能正常接收回波信号，雷达是很难进行测距的。因此，雷达 的最小可测距离为：
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4、微波超视距雷达
利用海面蒸发形成的大气波导(大气超折射和对流层非均匀散射)传播 效应是此系统在微波段实现超视距探测的基础，分别对应主动、被动工作 方式。 详细分析：见《电磁波传播特性》章节。
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探测周期
T1 T2
T2
Np2 Td2
T1≠T2，Np1≠Np2；但Td1=Np1T1=Td2=Np2T2
T1、T2：雷达系统探测脉冲的重复周期。Np1、Np2分别为周期取T1、 T2时所对应的积累脉冲数。
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多脉冲重复频率解模糊
采用多个高脉冲重复频率测距能给出更大的无模糊距离，同时也能兼
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雷达测距的几个基本概念
下面以脉冲雷达信号为例介绍几个测距的基本概念：
Tr
简单矩形脉冲波形
脉冲宽度(pulse width) ——
脉冲重复周期PRI (Pulse Repetition Interval) ——T r
脉冲重复频率PRF (Pulse Repetition Frequency) ——fr 1Tr
离，它取决于雷达信号波形。 t
t 0
r1( 2),r2(0)
r1(),r2( 2)
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r1(),r2(0)
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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。
顾跳开发射脉冲遮蚀(Eclipse指采用单一脉冲重复频率工作时，目标因回
波时间延迟正好是脉冲重复周期的整数倍而无法测距)的灵活性。主要的方
法
——中国余数定理：
设n>=2，m1, m2, …, mn是两两互素的正整数，令M=m1m2…mn=m1M1
=m2M2=…=mnMn，则同余 式x 组c 1 ( mod m 1 )
实现方法：
调幅——脉冲法测距 调频——频率法测距 调相——相位法测距
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D.K. Barton et al, Radar Technology Encyclopedia, Artech House, Inc., 1998
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雷达测距解模糊的方法
R12c(mTr tR) 为了得到目标的真实距离R，必须判定测距模糊值m。为了判 别模糊，必须对周期发射的脉冲信号再加上某些可识别的标 志，通常采用的解模糊方法有：
多种脉冲重复频率法 舍脉冲法
雷达测距原理
测量电磁波往返雷达与目标之间的时间。
对单基地雷达，设光速为c，电磁波往返雷达与目标的时间 为TR，则目标相对雷达的距离R为：
R cT R 2
据上述公式可得1微秒(μs)对应150米(m)，式中数字2表示收 发双程。
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目标
RT 发射天线Tx
RR 接收天线Rx
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
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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
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美国Raytheon公司高频地波雷达 SWR-503的接收天线阵
澳大利亚Jindaleee 高频天波雷达接收 天线阵
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现代级：136-139 中华现代：168-169 中华神盾：170-171
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微波超视距雷达 利用海上大气波导(大气超折射和对流层非均匀散射)传播效应是此系
统在微波段实现超视距探测的基础，分别对应主动、被动工作方式。
dn/dh比正常值更负时， 电波更加向地面弯曲。
详细分析：见《电磁波传播特性》章节。
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n1=n2=0, tr=t1=t2
双脉冲重复频率解模糊
t1<t2, n1=n2=1, tr=4t2-3t1
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t1 t2
n1 2 3 n2
fr
fr1 3
fr2 4
tr
t2 fr2 t1 fr1 1 f r2 f r1
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
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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
n1 t1 fr1
fr1
1
t1 tR
t2时, n2 n1 t2 fr2 t1 fr1
fr2 fr1
1 1
tt1Rtt21时 ,tn22 n1 0
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双脉冲重复频率信号工作时序图
T1
Np1 Td1
T1 T2
Np2 Td2
T2 T1
Np1 Td1
探测周期
最小可测距离为：
Rmin12c( t0)
雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期决定，即
Rmax12c(Tr )
Tr
Rmax
1 2
cTr
当确定了雷达的最大作用距离 Rmax 后，为保证单值测距，通常选取雷达脉冲重复
周期满足下列条件：
Tr
2 c
Rmax
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测距模糊：当回波延迟超过脉冲重复周期时，会把远目标误认为近目标， 即目标回波对应的距离为：
占空比(duty cycle) —— Tr
峰值功率Pt与平均功率Pav ——
Pav
Pt Tr
， ，P 典型中程防空雷达参数： 1s ,T r 1 m ,P t s1 M则 W 占 1 1空 0a 0 v1 比 0 KW 为
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距离分辨力：距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距
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地基/舰载雷达实现超视距探测的主要手段有： 高频地波超视距雷达High Frequency Surface Wave OTH Radar
高频地波超视距雷达正是利用高频(3~30MHz)垂直极化电磁波沿海面 绕射的特性探测超视距的海面舰船和低空飞机，沿海面绕射300~400km。 高频天波雷达High Frequency Skywave OTH Radar
h↑—n↓—vp↑ dn/dh<0
分层大气(层内均 匀，越高越稀薄)
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
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折射效应对目标位置的影响
电磁波在非均匀大气层中传播时出现的大气折射，将有两方面影响： 1)、改变雷达测量距离，产生测距误差。 2)、引起俯仰角测量误差。 折射的影响可采用等效地球半径法近似说明。《现代雷达原理》P60
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脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关。在发射时，收 发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进 入接收机把高放或混频器烧毁。接收时，天线与接收机接通，并与发射机 断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失。
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脉冲法测距的优缺点
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脉冲雷达
常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是单载频的矩形脉冲 ，按一定的(单重复周期)或交错的重复周期(参差重复周期)工作，发射一 个短脉冲相当于对电磁波打上标记以测往返时间。
单载频信号
B.R. Mahafza et al, Matlab simulations for radar systems design, Chapman & Hall/CRC, 2004
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电磁波沿海面的绕射传播
高频地波超视距雷达正是利用高频垂直极化电磁波沿海面绕射的特 性探测超视距的海面舰船和低空飞机。
TBMs Out to 700Km
Line-of-Sight Propagation
Horizon Surface wave Propagation
高频天波超视距雷达利用电离层对短波的反射效应，其探测距离可达 1000至4000km。 高频天发地收超视距雷达High Frequency Hybrid Sky-Surface Wave OTH Radar
基于天波发射地波接收的新体制雷达，将目前采用的高频天波超视距 雷达和高频地波超视距雷达的传播模式相结合，可发挥各自的优势。基于 天波发射的高频电磁波信号，是利用电离层对高频电磁波的折射，实现远 距离的传播。由于电离层对电磁波的衰减较小，这种传播方式可实现信号 的远距离传播，通常情况下可达2000km-4000km，并且覆盖区域非常大。