雷达原理－第6章(revised)目标距离的测量

第6章目标距离的测量理解脉冲测距的根本原理；理解调频法测距的根本原理；了解距离跟踪原理；主要内容及根本要求雷达如何测距？〔1〕脉冲法〔2〕调频法目标距离的测量6.1脉冲法测距

6.1.1根本原理R=0.15tR

需要思考的问题！用脉冲的哪里来作为回波到达时刻?有何区别？显示器荧光屏画面回波脉冲中心估计

注意：合回路的作用是什么？6.1.2影响测距精度的因素误差种类：〔1〕系统误差由于测量工具本身固有误差、测量原理本身理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生理条件的制约而带来的测量误差．有何特征？〔2〕随机误差即使在完全消除系统误差这种理想情况下，屡次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预测的不确定因素干扰而产生测量误差．有何特征？怎么考虑测距中的误差？Δc为电波传播速度平均值的误差;ΔtR为测量目标回波延迟时间的误差。R=0.15tR

〔1〕电波传播速度变化产生的误差估算一下传播速度变化引起的误差〔2〕因大气折射引起的误差

大气层中电波的折射

〔3〕测读方法误差直接从显示器上测量目标距离：显示器荧光亮点直径，刻度精度，人工测读时的惯性等。自动测距时的测量误差：测距系统的结构，系统传递函数，噪声干扰等。测距精度的理论极限信号最大值出现的时延估值式中，E为信号能量；N0为噪声功率谱密度；Be为信号u(t)的均方根带宽，

时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方根带宽。?雷达系统?丁鹭飞,张平编

6.1.3距离分辨力和测距范围〔1〕距离分辨力：同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。d为光点直径;υn为光点扫掠速度(cm/μs)。距离分辨力估算一下对于一般雷达其单值测距最大范围是多少？有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求,例如远程雷达,这时目标回波对应的距离R为：m为正整数6.1.4判距离模糊的方法〔1〕多种重复频率判模糊设重复频率分别为fr1和fr2,它们都不能满足不模糊测距的要求。fr1和fr2具有公约频率，其为fr。N和a为正整数,常选a=1,使N和N+a为互质数。fr的选择应保证不模糊测距。用二重复频率测距n1,n2分别为用fr1和fr2测距时的模糊数。或用多重复频率测距方法可以从我国的余数定理中找到?以三种重复频率为例,真实距离Rc为

Rc≡(C1A1+C2A2+C3A3)mod(m1m2m3)A1,A2,A3分别为三种重复频率测量时的模糊距离;m1,m2,m3为三个重复频率的比值。常数C1,C2,C3分别用下面三式表示：C1=b1m2m3mod(m1)≡1 C2=b2m1m3mod(m2)≡1 C3=b3m1m2mod(m3)≡1

b1为一个最小的整数,它被m2m3乘后再被m1除,所得余数为1(b2,b3与此类似)。例如:设m1=7,m2=8,m3=9;A1=3,A2=5,A3=7m1m2m3=504b3=5 5×7×8=280mod9≡1，C3=280b2=7 7×7×9=441mod8≡1，C2=441b1=4 4×8×9=288mod7≡1，C1=288C1A1+C2A2+C3A3=5029Rc≡5029mod504=493τ为距离分辨单元所对应的时宽。〔2〕“舍脉冲〞法判模糊(b)“舍脉冲〞法判模糊6.2调频法测距6.2.1调频连续波测距

调频连续波雷达方框图三角形波调制

调频雷达工作原理示意图有测距模糊吗？Tm为数百分之一秒实际工作中估计一下天空的飞机是否满足式子?当反射回波来自运动目标,其距离为R而径向速度为v时,其回波频率fr为(前半周正向调频范围)(后半周负向调频范围)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、重量轻,普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。连续波雷达的特点：发射频谱窄〔减少了无线电干扰，使得相应滤波和波形处理简化〕。峰值功率比平均功率大不了多少。收发间难以完善隔离。调频连续波雷达的主要缺点是:(1)难于同时测量多个目标。如欲测量多个目标,必须采用大量滤波器和频率计数器等,使装置复杂，从而限制其应用范围。

(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。6.2.2脉冲调频测距脉冲调频测距原理(a)原理性方框图组成;脉冲调频测距原理(b)信号频率调制规律;6.3距离跟踪原理6.3.1人工距离跟踪操作员按照显示器上的画面，将电刻度对准目标回波。电刻度及其在扫掠线上的位置〔1〕锯齿电压波法

锯齿电压波法产生移动指标〔2〕相位调制法相位调制法产生移动指标W不低于15KHz6.3.2自动距离跟踪自动距离跟踪简化方框图1.时间鉴别器时间鉴别器(a)组成方框图;(b)各点波形注意：比较电路是否一直有输出？

2.控制器控制器的作用是把误差信号uε进行加工变换后,将其输出去控制跟踪波门移动,即改变时延t′,使其朝减小uε的方向运动。设控制器的输出是电压信号E,那么其输入和输出之间可用下述通常函数关系表示:E=K2uε

(6.3.2)uε=K1(t-t′)E=K2uε=K1K2(t-t′)当用锯齿电压波法产生移动指标时,下式成立:(6.3.3)将式(6.3.2)代入后得t′=K1K2K3(t-t′)(6.3.4)(6.3.2)E=K2uε=K1K2(t-t′)跟踪脉冲绝不可能无误差地对准目标回波，这称为位置误差.目标的距离越远(t′较大),跟踪系统的误差Δt=t-t′越大。如果控制器采用积分元件,那么可以消除位置误差,这时候的工作情况为,输出E与输入uε之间的关系可以用积分表示,(6.3.5)综合式(6.3.6)uε=K1(t-t′)如果将目标距离R和跟踪脉冲所对应的距离R′代入上式微分得

(6.3.7)

3.跟踪脉冲产生器

机电模拟式距离自动跟踪系统方框图6.4数字式