第2章脉冲雷达

1、现 代 雷 达 技 术第第2 2章章 脉冲雷达脉冲雷达第2章 脉冲雷达本章介绍 本章简介本章简介 脉冲雷达测距脉冲雷达测距 最优滤波最优滤波 动目标显示（动目标显示（MTI）雷达）雷达 动目标检测（动目标检测（MTD）雷达）雷达 脉冲多普勒（脉冲多普勒（PD）雷达）雷达第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 脉冲雷达测距脉冲雷达测距 脉冲延时法：脉冲延时法：最最直接直接、应用最广应用最广的测距法的测距法 R = c tR/2，1m ms = 150m 简单雷达简单雷达显示器直接测读显示器直接测读 现代雷达现代雷达距离门（波门）选通距离门（波门）选通发射脉冲近区地物回波目标回波机械距离刻度标尺llp图 6

2、.201020 3040 5060 70km具有机械距离刻度标尺的具有机械距离刻度标尺的 显示器荧光屏画面显示器荧光屏画面第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 距离门测距距离门测距 测读回波脉冲延时的距离增量（单元）测读回波脉冲延时的距离增量（单元） 模拟雷达：按时间顺序开闭的一组高速电子开模拟雷达：按时间顺序开闭的一组高速电子开关，每个开关开启时间为一距离门关，每个开关开启时间为一距离门 数字雷达：采样间隔为一距离门数字雷达：采样间隔为一距离门匹匹配配滤滤波波1 1# #门门2 2# #门门K K# #门门距离门距离门匹配匹配滤波滤波模数模数转换转换采样距离门采样距离门存储器存储器距离单元距离单元第

3、2章 脉冲雷达RR0H地面目标视在位置目标真实位置脉冲雷达测距 脉冲雷达测距范围脉冲雷达测距范围 最小可测距离最小可测距离：脉宽：脉宽t t + 收发转换时间收发转换时间 t0 最大不模糊距离最大不模糊距离：脉冲重复周期：脉冲重复周期 影响测距精度的因素影响测距精度的因素 电波传播速度变化电波传播速度变化 大气折射：视在距离和真实距离大气折射：视在距离和真实距离)(210mintcRtrTcR21max第2章 脉冲雷达 距离模糊距离模糊 雷达作用距离雷达作用距离 最大不模糊距离：距离模糊最大不模糊距离：距离模糊 若测得回波延迟若测得回波延迟 tR，PRT = Tr，模糊值，模糊值mR视在视在

4、= 0.5 c tR R真实真实= 0.5 c (mTr + tR)脉冲雷达测距10km10km60km60km110km110km50km50km第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 距离盲区距离盲区 收发共用天线雷达，在发射脉冲和收发转换期收发共用天线雷达，在发射脉冲和收发转换期间不接收信号：间不接收信号：tB = t t + t0 存在距离模糊时，存在距离模糊时，tB 所对应的各真实距离处的目所对应的各真实距离处的目标将被屏蔽，形成标将被屏蔽，形成距离盲区距离盲区，宽度，宽度 0.5 c tB 若目标回波延时正好是若目标回波延时正好是PRT的整数倍，则该目的整数倍，则该目标将落在距离盲区内而不被

5、发现标将落在距离盲区内而不被发现第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 解距离模糊方法解距离模糊方法 多重脉冲重复频率法多重脉冲重复频率法 可得到更大的不模糊距离可得到更大的不模糊距离 可解决发射脉冲遮挡造成的距离盲区问题可解决发射脉冲遮挡造成的距离盲区问题 示踪脉冲法（给各脉冲加标签）示踪脉冲法（给各脉冲加标签） 脉冲舍弃法（舍去脉冲串中的一个脉冲）脉冲舍弃法（舍去脉冲串中的一个脉冲）)( :)(,2121aNNfffaNfNffrrrrrr第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 多重多重PRF解距离模糊解距离模糊 雷达以雷达以 fr1 和和 fr2 为为PRF交替发射相参脉冲串，目交替发射相参脉冲串，目标回波

6、的真实延时标回波的真实延时 tR 为为n1 和和 n2 分别为用分别为用 fr1 和和 fr2 时的测距模糊数。通时的测距模糊数。通常取常取 a = 1，则，则 n1 = n2 或或 n1 = n2 1)/(/21222111aNfNfffntfnttrrrrrR2122111 , 0, 1rrrrRffftftt第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 幻影（幻影（Ghost） 若有两个同向同速的目标出现在不同的距离上，若有两个同向同速的目标出现在不同的距离上，采用两重采用两重PRF解距离模糊时将出现配对模糊，解距离模糊时将出现配对模糊，即有两组配对方式，一组是真实的，另一组则即有两组配对方式，一组是真

7、实的，另一组则为幻影。为幻影。 例例： fr1： 两个目标两个目标R视在视在11 R视在视在12 fr2： 两个目标两个目标R视在视在21 R视在视在22 配对配对1： R视在视在11 R视在视在21 R视在视在12 R视在视在22 配对配对2： R视在视在11 R视在视在22 R视在视在12 R视在视在21 增增加第三重加第三重PRF可去幻影可去幻影第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 中国余数定理中国余数定理（孙子点兵定理）解模糊（孙子点兵定理）解模糊 真实距离真实距离 Rc = (C1A1+C2A2+C3A3) mod(m1m2m3) 其中其中 Ai 为模糊（视在）距离为模糊（视在）距离mi 为

8、为PRF比值比值 C1 = b1m2m3 ; C2 = b2m1m3; C3 = b3m1m2b1 是使是使 b1m2m3 mod(m1) = 1 成立的最小整数，成立的最小整数，b2 和和b3 与此类似与此类似第2章 脉冲雷达脉冲雷达测距 例：设例：设 m1 = 7, m2 = 8, m3 = 9; A1 = 3, A2 = 5, A3 = 7，Ai 为距离门序号，为距离门序号，t t 为距离门宽度，为距离门宽度，则有则有m1m2m3 = 504b3 = 5, 578 = 280 mod 9 1， C3 = 280b2 = 7, 779 = 441 mod 8 1， C2 = 441b1 =

9、 4, 489 = 288 mod 7 1， C1 = 288 C1A1 + C2A2 + C3A3 = 5029得不模糊距离门序号得不模糊距离门序号 Rc = 5029 mod 504 = 493目标真实距离为目标真实距离为R = 0.5Rc ct t = 246.5 ct t第2章 脉冲雷达最优滤波 最最优优滤波器的频率响应滤波器的频率响应 HM( f )：单脉冲：单脉冲波形波形匹配滤波匹配滤波 HC( f )：多脉冲：多脉冲杂波杂波对消对消 HM2( f )：窄带多普勒滤波，脉冲串相参积累窄带多普勒滤波，脉冲串相参积累窄带多普勒滤波器组频率覆盖范围：窄带多普勒滤波器组频率覆盖范围：- f

10、r / 2 fr / 2 空域处理或空域滤波时域滤波多普勒处理波形匹配)()()()()()(),(sGsGsGfHfHfHsfHRTCMCM第2章 脉冲雷达最优滤波 匹配滤波器匹配滤波器 白噪声背景中检测信号的最佳线性滤波器，其传白噪声背景中检测信号的最佳线性滤波器，其传输函数是输入信号频谱的复共轭，输函数是输入信号频谱的复共轭， 脉冲响应是脉冲响应是输入信号的镜像函数输入信号的镜像函数 匹配滤波器的输出匹配滤波器的输出SNR在时刻在时刻 t0 达到最大达到最大 N0 是输入噪声谱密度，是输入噪声谱密度，E是输入信号能量是输入信号能量)()(,)()(0*0ttsktheSkHtj0max2

11、)(NENSdttsdffSE22| )(| )(|第2章 脉冲雷达tttTrcos(dt0)uuUrUkUinUr2UkUr100动目标显示雷达 动目标显示（动目标显示（MTI）雷达）雷达 目标相对径向速度目标相对径向速度 vr，多普勒频移，多普勒频移 fr = 2vr/l l 单路解调后，脉冲串被多普勒频率调幅单路解调后，脉冲串被多普勒频率调幅 正交双通道（正交双通道（I、Q）处理无盲相）处理无盲相第2章 脉冲雷达动目标显示雷达 MTI雷达原理雷达原理 固定目标：等幅脉冲串，脉间相差固定目标：等幅脉冲串，脉间相差0 运动目标：运动目标： 调幅脉冲串，脉间相差调幅脉冲串，脉间相差 2p p

12、fdTr相邻脉冲相减滤除固定杂波，保留运动目标相邻脉冲相减滤除固定杂波，保留运动目标 滤除固定杂波后，原来被强杂波背景淹没的运滤除固定杂波后，原来被强杂波背景淹没的运动目标回波信号将在终端显示器上显现出来，动目标回波信号将在终端显示器上显现出来，故称故称动目标显示动目标显示 一次相消器，（运动杂波抑制滤波器）一次相消器，（运动杂波抑制滤波器）rdjTfzezHp2,1)(1第2章 脉冲雷达动目标显示雷达第2章 脉冲雷达00fff单路相位检波频谱折叠正交双通道处理等效频谱中频信号复频谱0fi fi动目标显示雷达 脉冲雷达发射信号频谱脉冲雷达发射信号频谱 等幅脉冲串：被等幅脉冲串：被 sinc 函

13、数调幅的周期线谱函数调幅的周期线谱 天线方向图调幅脉冲串：被天线方向图调幅脉冲串：被 sinc 函数调幅的周函数调幅的周期带状谱。复杂目标：频谱展宽期带状谱。复杂目标：频谱展宽 运动目标回波将发射信号频谱搬至运动目标回波将发射信号频谱搬至( f0 +fd ) 正交双通道处理：单边低通滤波正交双通道处理：单边低通滤波第2章 脉冲雷达动目标显示雷达m(t)um(t)tt0f0fdf0fdffUm( f )M( f )000(a)(b)(c)(d )ffff0fd 2 frf0fdfrf0fdf0fdfrf0fd 2 fr000f0中 频 谱相 干 电 压视 频 谱fdfrfdfdfdfrfdfrf

14、d 2frfd 3frnfr265.0第2章 脉冲雷达(a)固定杂波MTI滤波气象杂波 动目标回波fr1T00杂波剩余r1Tf气象杂波动目标回波(b)MTIMTI动目标检测雷达 动目标检测（动目标检测（MTD） MTI 雷达改善因子一般在雷达改善因子一般在 20dB 左右左右 窄带多卜勒滤波器组：一组相邻且部分重叠的窄带多卜勒滤波器组：一组相邻且部分重叠的滤波器组覆盖整个多卜勒频率范围滤波器组覆盖整个多卜勒频率范围 白噪声时，窄带滤波器组使白噪声时，窄带滤波器组使SNR提高提高 N 倍倍 MTD = MTI + 窄带多卜勒滤波器组窄带多卜勒滤波器组MTDMTD第2章 脉冲雷达迟延TrW1W2W

15、3W4WN 求 和(a)输出迟延Tr迟延Tr迟延Tr(N1)个迟延线输入NT1NT201234567012fNT3NT4NT5NT6NT7T1)(1fHNT9 . 0(b)0动目标检测雷达 多卜勒滤波器组的实现方法多卜勒滤波器组的实现方法 硬件：硬件：N 抽头横向滤波器，各脉冲加权后求和抽头横向滤波器，各脉冲加权后求和 实际：实际：N点加窗点加窗DFT实现，第实现，第 k 个滤波器中心频个滤波器中心频移：移：NfkfNkffrdrd22横向滤波器横向滤波器(n = -N/2-1, ,-1,0,1,N/2)第2章 脉冲雷达动目标检测雷达 加窗加窗FFT实现多卜勒滤波器组实现多卜勒滤波器组 问题：

16、问题：由由DFT实现的窄带滤波器的频谱副瓣较高，实现的窄带滤波器的频谱副瓣较高，如第一副瓣峰如第一副瓣峰-13.2dB，副瓣渗入的强杂波或强，副瓣渗入的强杂波或强干扰剩余剩余仍然很强，导致通带内的信杂比干扰剩余剩余仍然很强，导致通带内的信杂比较低，不利于检测较弱的运动目标较低，不利于检测较弱的运动目标 越靠近杂波中心的滤波器，副瓣渗漏影响越大越靠近杂波中心的滤波器，副瓣渗漏影响越大 解决方案：解决方案：先对消主杂波，再进行加窗先对消主杂波，再进行加窗DFT 加窗目的：加窗目的：压低窄带滤波器副瓣压低窄带滤波器副瓣 相参脉冲数：通常相参脉冲数：通常2的幂次的幂次+2，可利用，可利用FFT第2章

17、脉冲雷达动目标检测雷达 杂波图杂波图 将雷达监视空间分割成许多距离将雷达监视空间分割成许多距离-方位单元，储方位单元，储存在各个单元中的杂波强度构成杂波图存在各个单元中的杂波强度构成杂波图 作用：作用： 对中放增益控制：杂波强度随距离快速变化对中放增益控制：杂波强度随距离快速变化 检测检测0多普勒多普勒强强目标：目标：MTI造成速度盲区造成速度盲区 实现：实现：Y(n) = (1-K1)X(n)+K1Y(n-1)11111)()()(zKKzHzXzY第2章 脉冲雷达动目标检测雷达 多普勒模糊（测速模糊）多普勒模糊（测速模糊） 多普勒滤波器组频率覆盖范围：多普勒滤波器组频率覆盖范围：- fr

18、/ 2 fr / 2 | fd | fr / 2 时，频率混迭时，频率混迭 = 多普勒模糊多普勒模糊 解解模糊：模糊：多重多重PRF配合配合中国余数定理，中国余数定理，或或HPRF 多个同距同向目标解模糊，配对错误导致多个同距同向目标解模糊，配对错误导致幻影幻影 多普勒盲区（盲速多普勒盲区（盲速 / 测速盲区）测速盲区） MTI对消器对消器 = 零零多普勒附近成为多普勒附近成为多普勒盲区多普勒盲区 多普多普勒模糊时，勒模糊时，k fr 附近的目标速度称为附近的目标速度称为盲速盲速 减少多普勒盲区大小：减少多普勒盲区大小：多重多重PRF ，或或HPRF第2章 脉冲雷达动目标检测雷达 PRF选取选取 HPRF：测距模糊，测速不模糊，杂波强度高：测距模糊，测速不模糊，杂波强度高 LPRF：测距不模糊，测速模糊：测距