HotZ-雷达原理与系统-第六章 目标距离的测量
《雷达测距》课件
高精度测距技术
总结词
随着雷达技术的不断进步，高精度测 距技术已成为雷达测距领域的重要发 展方向。
详细描述
高精度测距技术通过采用先进的信号 处理算法和接收机技术，提高了雷达 的测距精度和分辨率，能够更准确地 测量目标距离和位置信息。
实时测距技术
总结词
实时测距技术是雷达测距领域的 另一重要发展趋势，它能够实现 快速、实时的目标距离测量。
集等方面。
车辆防撞雷达测距系统
车辆防撞雷达测距系统是一种利用雷达技术来测量车辆间距离和速度的 系统，旨在预防和减少交通事故的发生。
车辆防撞雷达测距系统通常安装在车辆的前部或后部，能够实时监测周 围的车辆和障碍物，并发出警告或自动采取制动等措施来避免碰撞。
车辆防撞雷达测距系统提高了道路交通的安全性和效率，减少了因车辆 碰撞造成的人员伤亡和经济损失。
缺点
测距速度较慢，对信号源的稳定性要求高。
频率捷变测距技术
原理
01
通过改变发射信号的频率来测量距离。
优点
02
抗干扰能力强，精度高。
缺点
03
技术难度较大，成本较高。
04
雷达测距误差分析
系统误差
01
02
03
定义
系统误差是由测量系统的 固有因素引起的，具有重 复性和可预测性。
来源
系统误差通常来源于测量 设备的缺陷、环境条件的 波动以及测量方法的局限 性。
雷达测距的原理
雷达测距的基本原理是电磁波的传播 速度等于光速，通过测量电磁波从发 射到接收的时间差，可以计算出目标 距离。
雷达测距的精度取决于电磁波的波长 、发射功率、接收灵敏度和系统噪声 等因素。
雷达测距的应用场景
雷达原理 第六章 目标距离的测量
4f t Tm
正斜率段：
f b
8f ft fr R fd Tm c
8f R fd Tm c
4f t t R f d Tm
负斜率段： f b f r f t 平均频差：
f bav
f b f b 8f R 2 Tm c
连续波调频法测距
框图
各点波形
时间鉴别器特性曲线形成
t
前波门 后波门
t t t
c
c
t 0 u e 0
回波
t t t t
0 t
2
ue
2
t c
2
2
ue C
2
c
t c
ue
时间鉴别器特性曲线 脉冲宽度小于跟踪波门 c ue
发射波：
T
回波1：
回波2：
回波3：
当目标之间的距离大于CT/2的时候
脉冲测距法—距离模糊
距离模糊 条件： R c T
2
r
t r mTr t r
确定m就是去模糊 去除距离模糊
多重频去模糊 舍脉冲去模糊
频率
脉冲测距法—多重频去模糊
双重频去模糊 频率 f r1 和 f r 2 ，满足
t
2
c
2
c
2
u K1 (t t ) K1t
控制器
作用：
把误差信号进行加工变换，将其 输出去控制跟踪波门的向减小误 差的方向移动
E f (u )
控制器
线性关系
E K2u K2 K1 (t t )
雷达原理与系统教学讲义
雷达原理与系统教学
三、测速原理
当目标相对于RD运动后，出现△fD(回 波相对于发射ft 的频率偏移)，此时， 目标相对于RD的径向速度为：
角度采用度或密位表示, 其关系为：360度=6000密位 1度=16.7 密位 国外常用角度单位为弧度，度及毫弧度关系为：
1弧度=57度= 1000毫弧度 1毫弧度=0.057度
雷达原理与系统教学
注意：关于真北的概念及三北方向*
我国通用的标准方向有真子午线方向、 磁子午线方向和坐标纵轴方向，简称 为真北方向、磁北方向和轴北方向， 即三北方向。
雷达原理与系统教学
3．坐标纵轴方向：
在高斯平面直角坐标系中 ， 其每一投影带中央子午线的 投影为坐标纵轴方向，即轴 北方向。若采用假定坐标系 则坐标纵轴方向为标准方向 。 在同一投影带内，各点的坐 标纵轴线方向是彼此平行的 。
雷达原理与系统教学
三北之间的关系*
+δ –γ
α
β A
1
2
三种方位角之间的关系
A=β+δ A=α+λ α=β+δ+λ
+δ –γ
α
β A
1
2
三种方位角之间的关系
雷达原理与系统教学
真北是通过地面或图面上某点指向北地 极的方向，即经线（亦称子午线）所指 的北，磁北则是通过地面或地图上某点 指向北磁极的方向，由于磁极与地极并 不完全一致，所以磁北方向与真北方向 常有一定的夹角。这个夹角叫做磁偏角。
《目标距离测量》课件
目标距离测量是一种关键技术，用于测量物体之间的距离。本课件将介绍目 标距离测量的定义、原理和方法，以及其应用领域、优势和局限性，还将展 望其未来发展趋势。
目标距离测量的定义
目标距离测量是通过使用各种技术和工具来准确测量物体之间的距离。它在 科学、工程、军事和其他领域中起着重要作用。
目标距离测量的原理和方法
目标距离测量使用不同的原理和方法来测量物体之间的距离，包括激光测距、 雷达测距、超声波测距和光学测距等。
常用的目标距离测量技术
常用的目标距离测量技术包括激光测距仪、测距传感器、GPS定位系统和摄影 测量。每种技术都有自己的优势和适用范围。
目标距离测量的应用领域
目标距离测量在建筑、地理测绘、军事、航天和环境监测等领域中得到广泛 应用。它为这些领域带来了高精度的测量结果。
目标距离测量的优势和局限性
目标距离测量具有高度准确性、远距离测量能力和非接触测量的优势。然而，受到环境条件和设备限制，也存 在一些局限性。
目标距离测量的未来发展趋势
目标距离测量技术在不断发展，未来可能会采用更先进的方法和更精确的设备来实现更高的测量精度和更广泛 的应用领域。
总结和展望
目标距离测量是一项重要的技术，它在各个领域中起着关键作用。通过不断 发展和创新
雷达原理与系统知识要点总结(必修)
雷达原理与系统（必修）知识要点整理第一章：1、雷达基本工作原理框图认知。
2、雷达面临的四大威胁3、距离和延时对应关系4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度）5、距离分辨力，角分辨力6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导）7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用第二章雷达发射机1、单级振荡与主振放大式发射机区别2、基本任务和组成框图3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。
第三章接收机1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频）2、灵敏度的定义，识别系数定义3、接收机动态范围的定义4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义5、级联电路的噪声系数计算6、习题7、AGC，AFC，STC的含意和作用第四章显示器1、雷达显示器类型及其坐标含义；2、A型、B型、P型、J型第五章作用距离1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？（灵敏度表示的、检测因子表示的等）2、增益G和雷达截面A的关系2、雷达目标截面积定义3、习题4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程5、奈曼皮尔逊准则的定义6、虚警概率、检测概率、信噪比三者关系，习题.（会看图查数）由概率分布函数、门限积分区间表示的各种概率形式；7、为什么要积累，相参积累与非相参积累对信噪比改善如何，相参M~M倍。
8、积累对作用距离的改善，（方程、结论、习题）9、大气折射原因、直视距离计算（注意单位Km还是m）10、二次雷达方程、习题。
11、分贝表示的雷达方程，计算、习题，普通雷达方程的计算。
第六章距离测量1、R,tr,距离分辨力、脉宽、带宽关系2、最短作用距离、最大不模糊距离与脉宽、重频关系3、双重频判距离模糊、习题。
4、调频连续波测距原理，（距离到频率的转换，简单推导）,测速。
5、相位差与距离的关系6、习题第七章测角1、相位测角原理（路程差与相位差的相互补偿）2、三天线测角原理、习题。
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。
第六章 目标距离的测量
由脉冲重复周期Tr确定 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
§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
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
将回波信号与发射信表等。
► 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）。如图： 调频带宽
f（ t ） B f0 调频周期
tR T
t
fb（t） tR
差拍频率 t
► 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。
► 距离跟踪：对目标距离作连续的测量
搜索
发现目标
截获
首次测定参数 丢失目标
跟踪
连续测量
► 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
§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。
雷达测距原理
雷达测距原理
雷达测距是利用电磁波的特性来测量目标距离的一种技术。
雷达系统通常由发
射机、接收机、天线和信号处理器等组成。
雷达发射机产生一束电磁波并将其发射出去，当这束电磁波遇到目标时，一部分电磁波会被目标反射回来，接收机会接收到这部分反射回来的电磁波，并通过信号处理器来计算目标的距离。
雷达测距的原理主要包括了发射和接收两个过程。
在发射过程中，雷达发射机
会产生一定频率和脉冲宽度的电磁波，并将其转换成天线所需的形式进行辐射。
这些电磁波会沿着一定方向传播，并当遇到目标时会被目标部分反射回来。
在接收过程中，雷达接收机会接收到目标反射回来的电磁波，并将其转换成电信号进行处理。
雷达测距的原理基于电磁波在空间中的传播和反射规律。
当电磁波遇到目标时，部分电磁波会被目标反射回来，而其反射回来的时间和接收机接收到的信号强度会与目标的距离有关。
通过测量电磁波的往返时间和接收信号的强度，可以计算出目标的距离。
雷达测距的原理还涉及到了雷达信号的处理和分析。
接收到的雷达信号会经过
信号处理器进行滤波、放大、解调等处理，最终得到目标的距离信息。
在实际应用中，还需要考虑到地球曲率、大气折射等因素对雷达测距的影响，需要进行相应的修正和校正。
总的来说，雷达测距的原理是利用电磁波的传播和反射规律来测量目标的距离。
通过发射和接收电磁波，并对接收到的信号进行处理和分析，可以准确地获取目标的距离信息。
雷达测距技术在军事、航空、航海、气象等领域有着广泛的应用，对于提高测距的精度和准确性起着重要作用。
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2R tr c
ctr R 2
常用方法：脉冲法、频率法、相位法
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
ctr R 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。
显然
舍脉冲法判模糊时，每组脉冲数M应满足
测得时延
最远目标所对应的跨周期数
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
搜索
发现目标
截获
首次测定参数 丢失目标
跟踪
连续测量
► 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
§6.3.1 人工距离跟踪
► 原理
雷达可测量的最近目标的距离
由脉冲重复周期Tr确定 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
§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
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
► 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。
将回波信号与发射信号混 频，输出差频电压
常用于单一目标测距，如高度表等。
► 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）。如图： 调频带宽
f（ t ） B f0 调频周期
tR T
t
fb（t） tR
差拍频率 t
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
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。
► 电刻度产生方法：锯齿波电压法、相位法
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
§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。
第三节 距离跟踪原理
► 距离跟踪：对目标距离作连续的测量
► 三角形波调制
目标运动时
► 正弦波调制
频率法测距的误差问题
► 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。
§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 从而： 电波传播速度变化产生的影响：
5求导Leabharlann 得：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）
§6.1.3 距离分辨力和测距范围
► 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。
产生精测移动指标。
§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 时，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。
► 距离分辨力：同一方向上两个大小相等点目
标之间最小可区分距离
人工测距
距离分辨力：
两个点目标回波的 矩形脉冲间的间隔
τ
光点直径d
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
► 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 最大单值测距范围