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。
雷达测距的基本方法
雷达测距的基本方法嘿，你问雷达测距的基本方法呀，那咱就来唠唠呗。
雷达测距呢，简单说就是通过雷达来测量目标和自己之间的距离。
其中一个常见的方法就是脉冲法。
雷达会发射出一个脉冲信号，这个信号就像你朝远处扔出去的一个小飞镖一样，“嗖”地一下就飞出去啦。
然后这个信号碰到目标之后呢，就会像弹弹球一样被弹回来，雷达再接收这个反射回来的信号。
通过计算发射信号和接收信号之间的时间差，就可以知道信号跑了一个来回用了多长时间。
就好比你知道自己扔出去的小飞镖飞出去再飞回来用了多久，然后根据信号传播的速度，就能算出你和目标之间的距离啦。
比如说信号传播速度是每秒30万千米（当然实际速度差不多是这样啦），如果发射和接收信号的时间差是0.000001秒，那距离就是30万千米乘以0.000001秒再除以2（因为是一个来回嘛），算出来就是150米。
还有一种方法是调频连续波法。
这个就有点像你和小伙伴玩的那种你追我赶的游戏。
雷达发射的信号频率会不断变化，就像你一会儿跑得快一会儿跑得慢一样。
当这个信号碰到目标再反射回来的时候，频率就和发射的时候不一样啦。
通过测量这个频率的变化，就能算出目标的距离。
比如说发射的信号频率开始是1000赫兹，回来的时候变成了1010赫兹，根据频率变化和一些公式，就能知道距离大概是多少啦。
再比如说相位法。
想象一下你和目标之间有一根绳子，雷达发射的信号就像沿着这根绳子传播的波浪一样。
当信号反射回来的时候，它的相位会发生变化，就好像波浪在绳子上转了个圈回来有点不一样了。
通过测量这个相位的变化，也能算出距离哦。
比如说发射的信号相位是0度，回来变成了30度，根据相位差和相关的知识，就能算出距离有多远啦。
你看，雷达测距其实就是这么个有趣的事儿，通过各种巧妙的方法来知道目标离我们有多远。
就像我们在生活中想要知道一个东西离我们有多近或者多远，会用各种办法去判断一样，雷达也是用它自己的“小窍门”来完成这个任务的哦。
希望你能明白我说的这些啦，哈哈。
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。
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。
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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
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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。
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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
tR
2R c
A
R
1 2
ctR
3
雷达测距的实现方法
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
4
雷达测距的实现方法
连续波雷达
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按一定重复周期工作的矩 形脉冲。发射的每个脉冲都相当于对电磁波打上 了标记，以测量回波时间，从而完成测距。
回波时延
tr
2 R0 vt
C
接收频率
fr
f0 (1
2v ) (t
C
2 R0 vt )
C
f0
2v
(t
2R0 ) C
f0
fd
(t
2R0 ) C
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
fr
f0
fd
4f Tm
t
2R0 c
2
m为正整数
回波时延 t0 tr Tr
tr为接收回波信号与最邻近的发射脉冲之间的延迟。
21
6.1 脉冲法测距
6.1.5 判距离模糊的方法 （1） 多种重复频率判模糊
设重复频率分别为 fr1 和 fr2 , 它们都不能满足不模糊测距的要求。
Rmax
c Tr 2
c 2 fr
fr Tr Rmax
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
R tR
dtR
tR 2
dc
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 )
kAcos(2 f0 (t tr ) (t tr )2 )
测距精度： 同一个点目标的测量值和真实值之间的最小偏差。
17
6.1 脉冲法测距
（1）距离分辨力：
rc
c 2
d vn
光点直径
d vn
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
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。
(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。
fr1和fr2具有公约频率fr 。
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)
基准脉冲
fb
ft
fr
8f Tmc
R0
fd
fb
fr
ft
8f Tmc
R0
fd
(前半周正向调频范围) 正程
(后半周负向调频范围) 逆程
平均 频率差
fbav
fb 2
fb
8f Tmc
R0
求得
R0
cTm 8f
fb fb 2
32
6.2 调频法测距
R0
cTm 8f
fb fb cTm 2 8f
fbav
测频的精度决定了测距的精度， 测频的分辨率决定了测距的分辨率。
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
6.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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．
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;
36
6.2 调频法测距
f
fd
FA
F
FB
F T
FA
fd
td
2vr
2R0 c
FB
fd
td
2vr
2R0 c
FC
fd
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
① 锯齿电压 ② 触发脉冲 产 生 器
比较电路
脉冲 产生器
③ 延迟脉冲
比较电压Ep (a)
①
t
②
Ep
E0 t
③
t
tr tp
图6.14 锯齿电压波法产生移动指标
E0初始电压 Ep比较电压 Tr电指标输出脉冲时延
P235
40
6.3 距离跟踪原理
（2） 相位调制法
正弦波频率
正弦 振荡器
基准正弦波
脉冲 产生器
26
6.1 脉冲法测距
（2） “舍脉冲”法判模糊
AM－ 2
AM－ 2
发射AM A1 A2 A3 A4 … AM－ 3AM－ 1 AM A1 A2 A3 A4 … AM－ 3AM－ 1 AM
脉冲
回波 信号
…
…
BM－ 2
t
BM B1 B2 B3 B4 … BM－ 3 BM－ 1 BM B1 B2 B3
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，
时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方根带宽。
推导见P225-226
公式错误
16
6.1 脉冲法测距
6.1.4 距离分辨力和测距范围
区分两个概念：
距离分辨率/分辨力： 同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。
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
（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）。
• 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。
当
n1=n2+1时，
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。
例 ： 若 频 率 计 的 测 量 精 度 是 50Hz ， 三 角 波 调 制 周 期 为
40ms（正负各半），中心频率为300MHz，调频斜率为
2MHz/ms，目标距离50km，求：