【ch06】目标距离的测量

目标距离的测量第六章雷达原理(第6版）高等学校电子信息类精品教材目标距离的测量

01脉冲法测距PARTONE一、脉冲法测距1.基本原理

一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息

一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息随机误差是指因某种偶然因素引起的测距误差，所以又称偶然误差。凡属设备本身工作不稳定性造成的随机误差称为设备误差，如接收时间滞后的不稳定性、各部分回路参数偶然变化、晶体振荡器频率不稳定以及读数误差等。凡属系统以外的各种偶然因素引起的误差称为外界误差，如电波传播速度的偶然变化、电波在大气中传播时产生折射以及目标反射中心的随机变化等。随机误差一般不能补偿掉，因为它在多次测量中所得的距离值不是固定的而是随机的。因此，随机误差是衡量测距精度的主要指标。一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息1.电波传播速度变化产生的误差如果大气是均匀的，则电磁波在大气中的传播是等速直线，此时测距公式(6.0.1)中的值可认为是常数，但实际上大气层的分布是不均匀的且其参数随时间、地点而变化。大气密度、湿度、温度等参数的随机变化，导致大气传播介质的导磁系数和介电常数也发生相应的改变，因而电波传播速度c不是常量而是一个随机变量。由式(6.1.2)可知，由于电波传播速度的随机误差而引起的相对测距误差为一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息

一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息

一、脉冲法测距2.雷达回波中的可用信息3.测读方法的误差根据测距所用具体方法的不同，其测距误差亦有差别。早期的脉冲雷达直接从显示器上测量目标距离，这时显示器荧光屏亮点的直径大小、所用机械或电刻度的精度、人工测读时的惯性等都将引起测距误差。当采用电子自动测距的方法时，如果测读回波脉冲中心，回波脉冲中心的估计误差(正比于脉宽而反比于信噪比)以及计数器的量化误差等均将造成测距误差。自动测距时的测量误差与测距系统的结构、系统传递函数、目标特性(包括其动态特性和回波起伏特性)、干扰(噪声)的强度等因素均有关系，详情可参考测距系统的有关资料。测距的实际精度和许多外部及设备的因素有关，混杂在回波信号中的噪声干扰(通常是加性噪声)则是限制测量精度的基本因素。由噪声引起的测量误差通常称为测量的理论精度或极限精度。下面讨论测距精度的理论极限值。测量距离就是对目标回波出现的时延做出估值，用最大似然法可获得参量的最佳估值。一、脉冲法测距3.测距的理论精度（极限精度)

一、脉冲法测距3.测距的理论精度（极限精度)

一、脉冲法测距4.距离分辨力和测距范围

一、脉冲法测距4.距离分辨力和测距范围

一、脉冲法测距4.距离分辨力和测距范围

一、脉冲法测距5.判测距模糊的方法

一、脉冲法测距5.判测距模糊的方法

02调频法测距PARTONE二、调频法测距1.调频连续波测距调频连续波雷达的组成框图如图6.7所示。发射机产生连续高频等幅波，其频率在时间上按三角形规律或按正弦规律变化，目标回波和发射机直接耦合过来的信号加到接收机混频器内。在无线电波传播到目标并返回天线的这段时间内，发射机频率较之回波频率已有了变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。后者经放大、限幅后加到频率计上。由于差频电压的频率与目示距离有关，因而频率计上的刻度可以直接采用距离长度作为单位。二、调频法测距1.调频连续波测距连续工作时，不能像脉冲工作那样采用时间分割的办法共用天线，但可用混合接头、环行器等办法使发射机和接收机隔离。为了得到发射和接收间高的隔离度，通常采用分开的发射天线和接收天线。当调频连续波雷达工作于多目标情况下时，接收机输入端有多个目标的回波信号。要区分这些信号并分别决定这些目标的距离是比较复杂的，因此，目前调频连续波雷达多用于测定只有单一目标的情况，例如在飞机的高度表中，大地就是单一的目标。二、调频法测距1.调频连续波测距

二、调频法测距1.调频连续波测距

二、调频法测距1.调频连续波测距

二、调频法测距1.调频连续波测距2.调频连续波雷达的特点调频连续波雷达的优点是:（1）能测量很近的距离，一般可测到数米，而且有较高的测量精度。（2）雷达线路简单，且可做到体积小、质量轻，普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。它的主要缺点是:（1）难以同时测量多个目标。如欲测量多个目标，必须采用大量滤波器和频率计数器等，使装置变得复杂，从而限制了其应用范围。（2）收发间的完善隔离是所有连续波雷达的难题。发射机泄漏功率将阻塞接收机，因而限制了发射功率的大小。发射机噪声的泄漏会直接影响接收机的灵敏度。二、调频法测距2.脉冲调频测距

二、调频法测距2.脉冲调频测距二、调频法测距2.脉冲调频测距

二、调频法测距2.脉冲调频测距

03PARTONE距离跟踪原理三、距离跟踪原理1.人工距离跟踪早期雷达多数只有人工距离跟踪。为了减小测量误差，采用移动的电刻度作为时间基准。操纵员按照显示器上的画面，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，就可以代表目标的距离。因此关键是要产生移动的电刻度(电指标)，且其延迟时间可准确读出。常用的产生电移动刻度的方法有锯齿电压波法和相位法，这些是早期使用的方法和装置这里不再详述。三、距离跟踪原理2.自动距离跟踪自动距离跟踪系统应保证电移动指标自动地跟踪目标可波并连续地给出目标距离数据。整个自动测距系统应包括对目标的搜索、捕获和自动跟踪3个互相联系的部分。下面先讨论跟踪的实现方法，然后讨论搜索和捕获的过程。图6.13是距离自动跟踪的简化框图。三、距离跟踪原理2.自动距离跟踪

三、距离跟踪原理2.自动距离跟踪

04PARTONE数字式自动测距器四、数字式自动测距器随着高速度、高机动性能目标的出现，以及航天技术的要求，雷达跟踪目标要求的作用距离大、跟踪精度高、反应速度快，这就要进一步改善自动测距器的性能。由于近年来数字器件及技术有了飞跃的发展，有条件采用数字式距离跟踪系统来达到上述要求。比起模拟式自动测距器来讲，数字式自动测距器(或自动距离跟踪系统)具有下述优点：跟踪精度高，且精度与跟踪距离无关；响应速度快，适合于跟踪快速目标；工作可靠和系统便于集成化；输出数据为二进制码，可以方便地和数据处理系统接口。因此数字式自动测距器被广泛用于现代跟踪雷达。数字式和模拟式自动测距器(距离跟踪系统)的基本工作原理是相同的，两系统都是由时间鉴别器、控制器(常称距离产生器)和跟踪脉冲产生器三部分组成的，如图6.13所示。但在这两种系统中完成各种功能的技术手段是不同的。在数字式自动测距器中，以稳定的计数脉冲振荡器(时钟)驱动高速计数器来代替模拟的锯齿电压波，用数字寄存器(距离寄存器)的数码来等效代表距离的模拟比较电压。因此，读出跟踪状态下距离寄存器数码所代表的延迟时间，即可产生相应的跟踪波门并得到目标的距离数据。四、数字式自动测距器

1.数字式测距的基本原理四、数字式自动测距器1.数字式测距的基本原理目标距离R与计数器读数n之间的关系为式中，广为计数脉冲重复频率。如果需要读出多个目标的距离，则控制触发器置“0”的脉冲应在相应的最大作用距离以后产生，各个目标距离数据的读出根据回波不同的延迟时间去控制读出门，读出的距离数据分别送到相应的距离寄存器中。四、数字式自动测距器1.数字式测距的基本原理

四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪

四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪

四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪3.距离产生器（控制器）距离产生器的作用是对时间鉴别器输出的距离误差进行加工，用它的输出去控制跟踪波门的移动在跟踪波门产生器中已看到，距离寄存器的数码决定跟踪波门的迟延时间，因此距离产生器的输出应该用来修正距离寄存器的数码。在一阶无差的数字式距离跟踪系统里，控制器(距离产生器)由一个误差寄存器、一个距离寄存器和一个(串行)累加器组成，如图6.17所示。工作时，时间鉴别器输出的距离误差数码送入误差寄存器，在累加器里，由移位脉冲把误差寄存器和距离寄存器的数码逐位移入并相加再把新的结果送回到距离寄存器，形成距离数码。如果距离误差是负值，则误差寄存器的符号位为“1”从而将距离误差数码取补码后送入加法器，完成相减作用。四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪

四、数字式自动测距器2.数字式自动跟踪四、数字式自动测距器3.自动搜索和截获要实现距离寄存器中数码的不断变化，最简单的办法就是不断地向距离寄存器中加数(或减数)，如图6.19所示。如果送到距离寄存器的脉冲是由计数脉冲产生器产生的，