SQ-雷达系统(第三章)脉冲多普勒雷达

第三章脉冲多普勒雷达2023/2/513.1脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2脉冲多普勒雷达的杂波3.3PD雷达典型框图与原理3.4PD雷达的距离性能基本概念PD雷达的特点2023/2/52①具有较高的脉冲重复频率，使杂波和目标无速度模糊②利用脉冲串频谱进行多普勒滤波(频域滤波)③由于PRF很高，通常对观测目标产生距离模糊PD雷达的应用强杂波背景下检测动目标的雷达系统应用要求机载或空间监视探测距离远；距离数据精确战场监视(低速目标检测)中等探测距离；距离和速度数据精确导弹告警探测距离近；非常低的虚警率第三章脉冲多普勒雷达2023/2/533.1脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2脉冲多普勒雷达的杂波3.3PD雷达典型框图与原理3.4PD雷达的距离性能机载PD雷达下视几何关系2023/2/54天线主瓣天线旁瓣机载下视雷达的地面杂波被分为：主瓣杂波区旁瓣杂波区高度线杂波区->天线波束主瓣照射区的地面杂波->视角范围宽广的天线旁瓣照射的杂波->雷达正下方的地面回波杂波的多普勒频率分布取决于：①雷达平台速度(速度和方向)②平台相对地面照射点的几何关系机载PD雷达下视几何关系2023/2/55地面某散射点A的回波多普勒频移为：载机与地面水平飞行，相对速度为目标在载机前下方，速度：载机主波束轴线与地面夹角：旁瓣与地面夹角不同照射夹角形成的多普勒频率不同->地杂波频谱展宽机载下视PD雷达地杂波频谱则信号的频谱由它的载频频率和边频频率上的若干条离散谱线所组成，频谱包络为辛格函数型。2023/2/56若PD雷达发射频率为，重频为的相参脉冲串信号。机载下视PD雷达接收信号频谱2023/2/57则接收信号的频谱为：主瓣杂波主瓣杂波强度：最大2023/2/58主瓣杂波宽度：主瓣杂波多普勒中心频率：

旁瓣杂波旁瓣波束与地面的夹角为

，其多普勒频率为：2023/2/59旁瓣杂波强度：较大=旁瓣杂波频率范围

高度线杂波2023/2/510高度线杂波强度：较大高度线杂波多普勒频率：高度线杂波频率：f0无杂波区2023/2/511当雷达信号PRF满足一定条件时，地杂波谱间出现空隙无杂波区无杂波区中仅有接收机内部噪声杂波重叠与PRF选择2023/2/512设某机载PD雷达的工作波长，主波束宽度，载机速度，波束中心轴线与载机速度矢量间的夹角主瓣杂波中心频率主瓣杂波的频率分布范围旁瓣杂波的频率分布范围杂波重叠与PRF选择PRF对杂波的影响2023/2/513①低PRF(LPRF)，时杂波在距离上不重叠测距无模糊（可实现目标距离测量）无杂波区不存在，地杂波谱高度重叠目标信号

落入多次重叠杂波谱中，造成检测难，

检测产生模糊，即测速模糊杂波重叠与PRF选择PRF对杂波的影响2023/2/514②高PRF(HPRF)，时有较宽无杂波区目标落入无杂波区若

易检测，无测速模糊杂波在距离上重叠（使杂波功率谱密度增高，信号功率低于杂波功率）距离测量模糊杂波重叠与PRF选择PRF对杂波的影响2023/2/515③中等PRF(MPRF)，时测速、测距均有模糊杂波在频谱、距离上均有重叠（不严重）杂波重叠与PRF选择总结2023/2/516①PD雷达的地杂波谱a)主杂波、高度线杂波区、旁瓣杂波区、无杂波区b)主杂波强度最高，干扰最强，其次是高度线杂波c)目标可能出现在杂波区或无杂波区杂波重叠与PRF选择总结2023/2/517②目标环境与PRF关系a)目标与载机迎面运动，相对速度，回波多普

勒频率：

当高时，目标落入无杂区对目标检测能力最强杂波重叠与PRF选择总结2023/2/518②目标环境与PRF关系b)载机尾追目标时，相对速度，回波多普勒频

率：

当太小，目标落入杂波区目标检测取决于回波功率谱措施：①

降低天线副瓣杂波功率谱提高相对强度②

提高载机飞行高度第三章脉冲多普勒雷达2023/2/5193.1脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2脉冲多普勒雷达的杂波3.3PD雷达典型框图与原理3.4PD雷达的距离性能机载PD雷达典型框图与原理任务

把位于特定距离上、具有特定多普勒频率的目标回波检测出来，而把其它的杂波和干扰滤除。2023/2/520滤波方法

采用邻接的窄带滤波器组或窄带跟踪滤波器，把所关心的运动目标过滤出来。

并且窄带滤波器的频率响应应当设计为尽量与目标回波谱相匹配，使接收机工作在最佳状态。典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器距离选通放大器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器单边带滤波器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门显示或截获电路自同步器来天线典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器距离选通放大器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门发射机一定要采用全相干主振放大式发射机，保证发射脉冲的相位相干性。1.产生发射激励信号2.产生调制波形3.接收机本振信号自同步器来天线单边带滤波器典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器距离选通放大器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器单边带滤波器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门显示或截获电路自同步器来天线PD雷达中，通常采用环行器这类无源器件，用于发射与接收之间有效切换天线典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器距离选通放大器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门自同步器来显示或截获电路天线是一种波门选通器件，在接收机的中频段进一步衰减发射机泄漏单边带滤波器典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器距离选通放大器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门自同步器来显示或截获电路天线获取对应距离的目标信息：①

实现距离(时间)量化，从距离上对目标进行分辨②

消除本距离单元外的杂波单边带滤波器典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器单边带滤波器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门自同步器来显示或截获电路天线滤除杂波和干扰，为动目标检测提供有利条件距离选通放大器典型机载PD雷达框图单边带滤波器2023/2/527通带宽度近似等于脉冲重复频率的带通滤波器用途：从回波频谱中滤出单根谱线，从而使后面的各种滤

波处理都在单根谱线上进行。特性：中心频率(),提取附近宽信息，滤除的重复谱线选择依据：①功率最大；②变化，位置不变，始终对准滤波器中心典型机载PD雷达框图单边带滤波器2023/2/528①

滤波输出只有一根谱线连续波丢失距离信息为获得距离信息，先送距离波门，再进行单边带滤波注意：②单边带输出信号功率降低倍(为占空比)带外杂波(噪声)也被抑制倍输出SNR不变③要求带外抑制高，插损小，形状系数好典型机载PD雷达框图主瓣杂波抑制滤波器2023/2/529单边带滤波输出在

范围内，有：回波信号谱

、主杂波、旁瓣杂波、高度线杂波主杂波功率最强分布，随，变化对信号谱检测影响最大主杂波抑制典型机载PD雷达框图主瓣杂波抑制滤波器2023/2/530主杂波抑制滤波器要求②滤波器形状、宽度与主杂波匹配①中心频率对准主杂波滤波器分类①

频率跟踪法（闭环式跟踪）②

杂波跟踪器（开环式跟踪）典型机载PD雷达框图主瓣杂波抑制滤波器①

频率跟踪法（闭环式跟踪）设中频主杂波谱压控振荡器主杂波抑制器阻带中心取中心频率在

附近变化，受控制，实现对跟踪混频后取差频主杂波被最大抑制可达60dB，但杂波强度可达80dB，还有20dB剩余通过二级混频：恢复原中频信号谱的位置，以便不影响后面的多普勒滤波。典型机载PD雷达框图主瓣杂波抑制滤波器②

杂波跟踪器（开环式跟踪）及时提供站速

，天线扫描位置计算控制VCO产生送去混频主杂波抑制器典型机载PD雷达框图主瓣杂波抑制滤波器频率特性2023/2/533为有效地抑制主瓣杂波谱主瓣杂波抑制滤波器幅频特性为主瓣杂波谱包络的倒数使滤波输出的剩余杂波幅度为平坦杂波输出(白化处理)由于受站速，天线扫描方向的影响是变量。滤波器中心无法准确对准存在偏差为有效抑制，滤波器带宽增加，以适应移动影响典型机载PD雷达框图PRF与主瓣杂波抑制滤波器关系2023/2/534当PD雷达采用高PRF工作时有无杂波区运动目标速度快动目标回波谱落在无杂波区单边带滤波器+主杂波抑制滤波器的作用合并用无杂波滤波器实现当PD雷达采用中PRF工作时有速度模糊不能用无杂波滤波器目标落在旁瓣杂波区计算MTI抑制主杂波典型机载PD雷达框图高度线杂波滤波器2023/2/535零多普勒滤波同时消除载波泄漏能量中放后，中心频率为高度线杂波特点①

较其它旁瓣杂波强②

谱中心位于(零多普勒)窄带内零多普勒滤波器抑制典型机载PD雷达框图调制器收发开关功放低噪高放频综低噪中放发射脉冲抑制器速度门滤波器零多普勒频率抑制滤波器主瓣杂波抑制滤波器滤波器组检波和积累转换器和门限距离跟踪速度跟踪压控振荡器压控振荡器杂波跟踪器单边带滤波器天线伺服同步器角度跟踪多距离通道(中频)固定门距离门(自同步器来)(自距离跟踪来)站速天线指向到速度门自同步器来显示或截获电路天线距离选通放大器典型机载PD雷达框图多普勒滤波器组(窄带滤波器组)2023/2/537单边带滤波器输出信号谱

，可用“无杂波滤波器”检测

带宽很宽检测信息用N个窄带滤波器取代“无杂区滤波”检测回波信号谱典型机载PD雷达框图多普勒滤波器组(窄带滤波器组)2023/2/538对窄带滤波器组要求：①因不同而异滤波器宽度、形状应与动目标信号谱匹配窄带滤波器决定测速精度与分辨力②相邻二窄带滤波器交于

处，滤波器组覆盖目标

可能范围

③第个滤波器输出信号谱对应目标相对速度典型机载PD雷达框图多普勒滤波器组(窄带滤波器组)2023/2/539动目标的信号谱谱形状、宽度取决于

个回波脉冲串包络的付氏变换形状辛格函数谱宽回波脉冲数

谱线宽

，幅度

个脉冲通过宽度为

的辛格函数滤波器

个脉冲的相干积累典型机载PD雷达框图多普勒滤波器组(窄带滤波器组)2023/2/540根据目标测速无模糊条件：为减小复杂性在满足速度分辨率条件下，略放宽窄带滤波器宽度，以减少滤波器数目目标多