测距测速-文档资料

1、1测距测速测距测速刘乃安N 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室2内容提要无线电测距测速原理无线电测距测速原理测距方法测距方法扩频测距测速扩频测距测速扩频雷达扩频雷达3无线电测距测速原理无线电测距测速原理 无线电测距测速原理：发射机发射某一频率f0的无线电波，然后测量由目标反射回来的信号相对于发射信号的时延和多卜勒频移fd，从而决定发射接收机至目标的距离d和目标的径向运动速度Vr 。cd21cVffrd0测距就是测时延测速就是测多卜勒频移fd4无线电测距无线电测距测距的指标：测量距离测距分辨率测量时间测量距离越远，反射回来的信号越弱，接收就困难。为了加大测量距离,就必须加大发射信号能量。脉

2、冲雷达信号峰值功率目前已达几十兆瓦，进一步增大峰值功率，将对设备耐高压和发射管输出功率提出更为严格的要求。而用加大脉宽提高发射功率的办法又会降低距离的分辨率。5无线电测距无线电测距测距的分辨率决定于时延的分辨率。测量时间与测量距离、测量方法和实现技 术有关。测距方法侧音测距法（连续波侧音雷达）伪码测距法（扩频雷达）6侧音测距法侧音测距法04fcd侧音测距法原理 利用正弦信号经过目标的往返距离所对应 的相位变化 来测量。侧音测距的精度 取决于相位变化 的精度。距离误差与相 位误差的关系为04fcdd7侧音测距法侧音测距法测距信号频率越低，测量距离越远，但测 距精度越差，测距误差越大。 反之，测距

3、信号频率越高，测量距离越近， 但测距精度越高，测距误差越小。 为了解决测距精度与测量距离之间的矛盾， 通常发射一组周期成倍数关系的正弦波作 为测距信号，称为侧音。低侧音保证测量 距离，高侧音保证测距精度。为了保证能分辩目标（不出现距离模糊）， 信号的最短波长必须大于被测距离的2倍。8侧音测距法侧音测距法被测距离很远时，纯侧音测距系统产生一 些难以解决的问题。 所选谐波数增加，信号带宽很宽，能量分散在很低频率下滤波和防止相互串扰较困难，抗干扰能力差设备量增多9伪码测距法伪码测距法利用伪随机信号的尖锐自相关特性，采用相关检测的方法，使测距抗干扰能力大增强，测量距离在不增加发射功率的情况下也大增加，

4、同时使测距测速的精度也得到提高。据测量，在导航和交通控制系统中采用扩频伪随机编码雷达，可以保证10m的三维位置和精确到0.1ft/s内的速度。测1000英里的距离，分辨率在0.1英里之内，而允许的测量时间仅用1s。 10伪码测距法伪码测距法m序列发生器直扩发射机双工器接收机相关判决器相位调整器本地码发生器比相器发时钟时延差至目标自目标11伪码测距法伪码测距法ccpTd21maxcd21通过比相器可确定收发两个m序列的相位差（即时延差 ），从而可以算出被测距离。 最大被测距离决定于m序列的周期 。cpT 12 np为m序列的长度n为产生m序列的移位寄存器的级数cT为m序列的码元宽度12伪码测距法

5、伪码测距法ccaptureTpt221在 一定时，测量距离越远，需要越长的伪随机序列。伪随机序列越长，伪码的捕获时间和测距时间越长，甚至达到不能容忍的地步。步进捕获的平均捕获时间为 cT测距精度（最短测量距离）与伪码码元宽度有关。测距精度为 ccTd21min13并行相关快捕法并行相关快捕法m序列发生器直扩发射机双工器接收机相关判决器1同步器本地码发生器比相器发时钟时延差至目标自目标相关判决器2相关判决器p门1门2门p多相相关判决并行进行一次试探P大时相关器数量多14复合码快捕法复合码快捕法k个短码组成复合码，且k个短码周期互素，复合码的相位只要经过 试探就可测出。 kiip1v例子 p1=7

6、, x1=1110100 p2=15, x2=111100010011010 p=p1*p2=105 x3=111100010011010111100010011010 111100010011010000011101100101 111100010011010000011101100101 000011101100101捕获次数最多进行71522次。15伪码测距测速伪码测距测速射频振荡器移相键控选通门功放m序列发生器门控电路时钟窄带滤波1-1窄带滤波1-2窄带滤波1-3相位解调器窄带滤波2-1窄带滤波2-2窄带滤波2-3相位解调器窄带滤波p-1窄带滤波p-2窄带滤波p-3相位解调器p 个相位

7、的m序列分配器双工器中放混频本振.至检波器1相2相p相16伪码测距测速伪码测距测速p2r1 ，r为产生m序列的移位寄存器的级数。如果收到的已调信号的调制分量恰好和第k个相位的基准信号同相，则第k个解调器输出为正信号。经窄带滤波（相当于积分），得到比较大的峰值电压，而其余相位解调器的输出电压很小。通过比较判决电路可以判明接收信号的相位是具有最大相关输出的那个支路的本地基准m序列相位。 在系统中还设置有统计从扩频信号发射到接收机有最大相关输出这段时间内m序列经过的周期数的计数器。 17伪码测距测速伪码测距测速如果第k(k=1,2,3,p)个支路输出最大，则所接收到的信号的相位对于发射时的相位差（即

8、时延）为cTklp) 1( p为m序列周期长度，l为伪码周期数，Tc为伪码码元宽度。 测量距离为) 1(21cTklpcd测距精度（或分辨率）为 ccTd21min18伪码测距测速伪码测距测速每个相关检测支路的输出接2M+1个（图中是3个）窄带滤波器，这些滤波器的中心频率选为i=1,2,3,2M+1 fiMffi)1(0f为某给定的频率值，M为正整数，且满足下述关系： Mffd maxM越大，f越小，测量精度越高，设备也越复杂。 19伪码测距测速伪码测距测速目标运动的径向速度为 Vr0，说明目标靠近；Vr0，说明目标离去。 000/)1(ffiMcfffcVir这种雷达捕获目标的速度是很快的，

9、但设备的复杂程度也很高。 20双速扩频序列雷达双速扩频序列雷达 超远距离和超快速测距 使用两个伪随机扩频序列高速扩频序列码元宽度为TC，序列长度为2r1（r为产生此序列的移位寄存器的级数），序列周期TH(2r-1)TC。低速扩频序列码元宽度为MTC，序列长为2m1（m为产生此序列的寄存器的级数），序列周期TL（2m1）MTC。 21双速扩频序列雷达双速扩频序列雷达 双速扩频序列的复合序列的码元宽度为TC，周期为cmrTMLCMT) 12( , 12(LCM（x,y）是取x,y最小公倍数。如果2r1和（2m1）M互质，则复合序列的周期为cmrMTT) 12)(12(系统的最大测量距离为 cmrM

10、Tcd) 12)(12(21max22双速扩频序列雷达双速扩频序列雷达 接收机采用锁相环在基带对扩频序列进行相关处理，扩频序列最大捕获时间为,maxmaxmaxmaxLaHaaTTTHrHaT8 . 112maxLmLaT8 . 112maxH和L分别是高速序列和低速序列同步跟踪滤波常数。 假设 则 HrmL1212LmHraT8 . 128 . 12max23双速扩频序列雷达双速扩频序列雷达 例子双速扩频序列雷达的系统参数是：则两者互质，故复合序列周期为sTMmrc710,32,13,187319731212318r,8191232) 12() 12(513MmsT68711032) 12)

11、(12(71318最大测量距离为 光分56100 . 112maxmd设 ， ,则最大捕获时间为 sradH/1000sradL/31分钟秒4 . 2145maxaT24双速扩频序列雷达双速扩频序列雷达 例子如果采用单一序列扩频序列雷达，同样的系统参数，其最大测距范围为小于双速扩频序列雷达约6个数量级。同样，采用短周期的双速扩频序列，可实现快速捕获，适合对高速运动目标的测距和跟踪。光秒 013. 0109 . 36maxmd25伪码扩频信息帧测距法伪码扩频信息帧测距法利用高速伪码对信息进行扩频，一个信息位内填一个伪码周期，每一帧信息内，利用帧同步作为测距标志信息。通过提高扩频码的码片速率来提高测距精度。通过增加信息帧的长度来扩展无模糊距离。 26伪码扩频信息帧测距法伪码扩频信息帧测距法副站主站前向链路反向链路前向链路帧头帧头反向链路帧头帧头T27伪码扩频信息帧测距法伪码扩频信息帧测距法实现较为简单抗干