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雷达测速与测距
GZH
2016/3/29
系统流程图
模块分析
1
脉冲压缩
1.1
原理分析
雷达的基本功能是利用目标
对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空
间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数
之一。所谓雷达分辨力是指在各
种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一
般说来目标距离不
同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而
与信
号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度
(
径向
)
分辨力。两个目标在同一角
度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分
辨力取决
于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为
其中
c
为光速，
（
1.1
）
为发射波形带宽。
雷达的速度分辨率
可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，
在频域上的分辨率能力就越好，
即速度分辨率越好。
对于简单的脉冲雷达，
< br>于简单的脉冲雷达系统，将有
，此处，
为发射脉冲宽度。因此，对
（
1.2
）
在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为
1<
/p>
），因此不
能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。
雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要<
/p>
性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探
测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率
分脉
冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间
?
内所输出的功率
称脉冲功
率，用
Pt
表示；平均功率是
指一个重复周期
Tr
内发射机输出功率的平均值，
用
Pav
表示。它们的关系为
（
1.3
）
脉冲压缩（
PC
）雷达体制在雷达脉冲
峰值受限的情况下，通过发射宽脉
冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而
在接收时则采用相应
的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作
用距离
与分辨能力之间的矛盾。
在脉
冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进行调制，接收时
将回波信号加以压缩，
使其等效带宽
B
满足
。令
,
则
（
1.4
）
（
1.4
）式中，
表示经脉冲压缩后的有效脉宽。因此脉冲压缩雷达可用
宽度
的发射脉冲来获得相当于发射有效宽度为
的简单脉冲系统的距离分辨
力。发射脉冲宽度
跟系统有效（经压缩的）脉冲宽度
的比值
便成为脉冲压
缩比，即
（
1.5
）
则
（
1.6
）
输入信号形式为
（
1.7
）
其中
矩形函数，当
时为
1
其他情况为
0
。实践中
（
1.8
）
系统采用匹配滤波
（
1.9
）
输出为
（
1.10
）
1.2
仿真结果
< br>雷达发射信号为
LFM
信号，脉冲宽度为
Tp=10e-6
，信号带宽为
B=4e6
，脉冲重复周期为
T=100e-6
，因此脉冲占
空比为
0.1
，采样频率为
fs=5e
6
。
时宽带宽积为
< br>D=Tp*B
。发射信号波形如下：
图
1.1
LFM
信号时域波形和频谱
图
1.2
chirp
信号
发射信号为
16
个脉冲，在经过延时和加入噪声后得到回波信号如下：
图
1.3
完整回波信号
从图中可看出，回波信
号在每个脉冲重复周期中有
3
个脉冲，表示
目标个数为
3
。
图
1.4
回波信号的一个周期
在仿真过程中，
给回波加入一定的高斯噪声，使仿真更接近实际。
图
1.5
噪声信号
图
1.6
一个周期回波信号加噪声
在接收到回
波后，用
Hamming
窗进行滤波，然后再进行匹配滤波。<
/p>
这样可滤除部分杂波信号。
图
1.7
（
a
）
脉压后输出波形
图
1.7
（
b
）
脉压后输出波形
从图中可明显看到
3
个尖峰，每个尖峰代表一个目标回
波。
2
三脉冲非递归
MTI
2.1
原理分析
当杂波和运动目标回波在雷
达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得
很困难。如果目标处在强杂波背景内，弱的
目标淹没在强杂波中，特别是当
强杂波使接收机发生过载时，将很难发现目标。目标回波
和杂波在时间域上
难以区分，但由于目标的速度远大于背景的速度，目标回波的多普勒频
移远
大于背景的多普勒频移，从而可在频域上区分目标与杂波。动目标显示滤波
器（
MTI
）利用运动目标回波和杂波在频谱上
的区别，有效地抑制杂波而提取
信号。在雷达上加装
MTI
滤波器，大大的改善了雷达在强杂波背景中检测运
动目标的能力。<
/p>
在相位检波器输出端，固定目标的回波是一串振幅不变的脉冲，
而运动目
标的回波是一串振幅调制的脉冲。在把回波信号送到终端显示器前，必须先
消除固定目标回波。最直接的方法是将相邻重复周期的回波信号相减，则固
< br>定目标回波由于振幅不变而互相抵消，运动目标回波相减后剩下相邻重复周
期振幅
变化的部分。
传统的
MTI
滤波器有两种形式：非递归形和递归形。这里介绍非递归形。
不带反馈的
滤波器称为非递归型滤波器。下面以一次对消器为例进行说明。
一次对消器，即二脉冲对消。其结构图如图
2.1
（
a
），对消器的输入
X(z)
< br>相位检波器的输出信号。它是一个单零点系统，零点位置在
z
?
?
1
，令
s
?
j
?
，
即
z
?
e
j<
/p>
?
T
在
Z
平面上是单位圆。
由相位检波器输出的脉冲包络为
u<
/p>
(
t
)
?
U
0
cos
?
(
t
)
（
2.1
）
?
为回波与基准电压之间的相位差
<
/p>
?
(
t
)
?
?
?
0
t
r
?
?
?
0
2
(
R
0
?
v
r
t
)
?
?<
/p>
d
t
?
?
0
c
（
2.2
）
回波信号按重复周期
T
r
出现，将回波信号延迟一周期后，其包络是<
/p>
u
'
(
t
)
?
U
0
cos[
?
d
(
t
?
T
r
)
?
?
< br>0
]
（
2.3
）
?
?
T
?
u
?
u
'
?
u
?
2
U
0
sin
?
d
r
?
2
< br>?
T
?
?
?
?
sin
?
?
d
?
d
r
?
?
0
?
（
2.4
）
2
?
?
?
输出包络为一多普勒频率的正弦信号，其频率为
< br>2
U
0
sin
< br>?
d
T
r
2
（
2.5
）
?
T
2
?
n
?
为多普勒频率的函数。当
d
r
（
n=1,2,3,<
/p>
…）时，输出振幅为零。
这时的目标速度正相当于盲速，盲速是运
动目标回波在相位检波器的输出端
与固定目标回波相同，因而经对消设备后输出为零。<
/p>
下面从频率域来说明对消器的工作原理。对消器的输出为
u
0
?
u
i
(
1
?
e
（
2.6
）
?
j
?
T
r
)
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