雷達(dá)測(cè)速與測(cè)距

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1、雷達(dá)測(cè)速與測(cè)距GZH2016/3/29系統(tǒng)流程圖模塊分析1脈沖壓縮1.1原理分析雷達(dá)的基本功能是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的散射而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定目標(biāo)的空間位置。雷達(dá)分辨力是雷達(dá)的主要性能參數(shù)之一。所謂雷達(dá)分辨力是指在各種目標(biāo)環(huán)境下區(qū)分兩個(gè)或兩個(gè)以上的鄰近目標(biāo)的能力。一般說(shuō)來(lái)目標(biāo)距離不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用來(lái)分辨目標(biāo)，而與信號(hào)波形緊密聯(lián)系的則是距離分辨力和速度(徑向)分辨力。兩個(gè)目標(biāo)在同一角度但處在不同距離上，其最小可區(qū)分的距離稱為距離分辨力，雷達(dá)的距離分辨力取決于信號(hào)帶寬。對(duì)于給定的雷達(dá)系統(tǒng)，可達(dá)到的距離分辨力為δr=c2B（1.1）其中c為光速，B=?f

2、為發(fā)射波形帶寬。雷達(dá)的速度分辨率可用速度分辨常數(shù)表征，信號(hào)在時(shí)域上的持續(xù)寬度越大，在頻域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。對(duì)于簡(jiǎn)單的脈沖雷達(dá)，B=?f=1/τ，此處，τ為發(fā)射脈沖寬度。因此，對(duì)于簡(jiǎn)單的脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，將有δr=c2τ（1.2）在普通脈沖雷達(dá)中，由于信號(hào)的時(shí)寬帶寬積為一常數(shù)（約為1），因此不能兼顧距離分辨力和速度分辨力兩項(xiàng)指標(biāo)。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)的空域叫做雷達(dá)的探測(cè)范圍，也是雷達(dá)的重要性能數(shù)，它決定于雷達(dá)的最小可測(cè)距離和最大作用距離，仰角和方位角的探測(cè)范圍。而發(fā)射功率的大小影響作用距離，功率大則作用距離大。發(fā)射功率分脈沖功率和平均功率。雷達(dá)在發(fā)射脈沖信

3、號(hào)期間t內(nèi)所輸出的功率稱脈沖功率，用Pt表示；平均功率是指一個(gè)重復(fù)周期Tr內(nèi)發(fā)射機(jī)輸出功率的平均值，用Pav表示。它們的關(guān)系為Ptτ=PavTr（1.3）脈沖壓縮（PC）雷達(dá)體制在雷達(dá)脈沖峰值受限的情況下，通過(guò)發(fā)射寬脈沖而獲得高的發(fā)能量，以保證足夠的最大作用距離，而在接收時(shí)則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離與分辨能力之間的矛盾。在脈沖壓縮系統(tǒng)中，發(fā)射波形往往在相位上或頻域上進(jìn)行調(diào)制，接收時(shí)將回波信號(hào)加以壓縮，使其等效帶寬B滿足B=?f?1/τ。令τ0=1/B,則δr=c2τ0（1.4）（1.4）式中，τ0表示經(jīng)脈沖壓縮后的有效脈寬。

4、因此脈沖壓縮雷達(dá)可用寬度τ的發(fā)射脈沖來(lái)獲得相當(dāng)于發(fā)射有效寬度為τ0的簡(jiǎn)單脈沖系統(tǒng)的距離分辨力。發(fā)射脈沖寬度τ跟系統(tǒng)有效（經(jīng)壓縮的）脈沖寬度τ0的比值便成為脈沖壓縮比，即D=ττ0（1.5）則D=B*τ（1.6）輸入信號(hào)形式為st=A*recttT*ej2πf0t+jμt22（1.7）其中recttT矩形函數(shù)，當(dāng)

5、tT

6、≤12時(shí)為1其他情況為0。實(shí)踐中st=recttT*ejμt22（1.8）系統(tǒng)采用匹配濾波ht=s*(t0-t)（1.9）輸出為so(t)=h(t)?s(t)（1.10）1.2仿真結(jié)果雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為L(zhǎng)FM信號(hào)，脈沖寬度為Tp=10e-6，信號(hào)帶寬為B=4e6，

7、脈沖重復(fù)周期為T=100e-6，因此脈沖占空比為0.1，采樣頻率為fs=5e6。時(shí)寬帶寬積為D=Tp*B。發(fā)射信號(hào)波形如下：圖1.1LFM信號(hào)時(shí)域波形和頻譜圖1.2chirp信號(hào)發(fā)射信號(hào)為16個(gè)脈沖，在經(jīng)過(guò)延時(shí)和加入噪聲后得到回波信號(hào)如下：圖1.3完整回波信號(hào)從圖中可看出，回波信號(hào)在每個(gè)脈沖重復(fù)周期中有3個(gè)脈沖，表示目標(biāo)個(gè)數(shù)為3。圖1.4回波信號(hào)的一個(gè)周期在仿真過(guò)程中，給回波加入一定的高斯噪聲，使仿真更接近實(shí)際。圖1.5噪聲信號(hào)圖1.6一個(gè)周期回波信號(hào)加噪聲在接收到回波后，用Hamming窗進(jìn)行濾波，然后再進(jìn)行匹配濾波。這樣可濾除部分雜波信號(hào)。圖1.7（a）脈壓后輸出波形圖

8、1.7（b）脈壓后輸出波形從圖中可明顯看到3個(gè)尖峰，每個(gè)尖峰代表一個(gè)目標(biāo)回波。2三脈沖非遞歸MTI2.1原理分析當(dāng)雜波和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波在雷達(dá)顯示器上同時(shí)顯示時(shí)，會(huì)使目標(biāo)的觀察變得很困難。如果目標(biāo)處在強(qiáng)雜波背景內(nèi)，弱的目標(biāo)淹沒(méi)在強(qiáng)雜波中，特別是當(dāng)強(qiáng)雜波使接收機(jī)發(fā)生過(guò)載時(shí)，將很難發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。目標(biāo)回波和雜波在時(shí)間域上難以區(qū)分，但由于目標(biāo)的速度遠(yuǎn)大于背景的速度，目標(biāo)回波的多普勒頻移遠(yuǎn)大于背景的多普勒頻移，從而可在頻域上區(qū)分目標(biāo)與雜波。動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器（MTI）利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和雜波在頻譜上的區(qū)別，有效地抑制雜波而提取信號(hào)。在雷達(dá)上加裝MTI濾波器，大大的改善了雷達(dá)在強(qiáng)雜波背景中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)

9、目標(biāo)的能力。在相位檢波器輸出端，固定目標(biāo)的回波是一串振幅不變的脈沖，而運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波是一串振幅調(diào)制的脈沖。在把回波信號(hào)送到終端顯示器前，必須先消除固定目標(biāo)回波。最直接的方法是將相鄰重復(fù)周期的回波信號(hào)相減，則固定目標(biāo)回波由于振幅不變而互相抵消，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波相減后剩下相鄰重復(fù)周期振幅變化的部分。傳統(tǒng)的MTI濾波器有兩種形式：非遞歸形和遞歸形。這里介紹非遞歸形。不帶反饋的濾波器稱為非遞歸型濾波器。下面以一次對(duì)消器為例進(jìn)行說(shuō)明。一次對(duì)消器，即二脈沖對(duì)消。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.1（a），對(duì)消器的輸入X(z)相位檢波器的輸出信號(hào)。它