探测制导综合实验

1、探测制导综合实验实验报告姓名：任路遥学号： 0904330108指导老师：吴礼实验一 8mm波段主动探测器目标识别（一）一、实验目的1、了解运动目标的探测原理；2、掌握多普勒频率的分析和计算。二、实验设备和装置1、三角架、木制小车及轨道1套；2、直流稳压电源1台；3、示波器1台；4、数字万用表1只；5、面积大小不同的金属目标若干。测试装置连接方块图如图1.7所示。探测器三、实验方法和步骤1、将探测器固定在三角架上，被测目标置于小车杆上，注意目标中心与大 线波束中心保持水平；2、将直流稳压电源两输出端口电压分别调至+18v和+9v （见实样），并数字万用表测量确定，然后关闭电源；3、通过两付电源

2、夹子线接到探测器电源输入端；4、将探测器输出接到示波器，具体见样机；5、打开电源，等待探测器稳定；6、径向匀速拉动放于轨道上的小车，接近探测器装置运动，接近到一定距 离时，探测器蜂鸣器叫，观察示波器上显示的多普勒频率， 测量目标与探测器的 距离；7、加快小车运动速度，观察示波器上显示的多普勒频率，测量目标与探测器的距离;8、更换目标（可预先准备几种不同大小或材料的目标） ，重复步骤6和7，比较显示频率及蜂鸣器鸣叫时目标和探测器之间的距离；四、 实验结果1目标表 1 8mm 波段主动探测器目标识别实验数据记录一目标与探测器距离（m）速度（m/s ）多普勒频率（hz）v15011v2100.51v

3、11521.52v23801.5v111023v227022. 实验现象：（ 1）用手掌慢慢水平挥动，随着挥动速度的变化，示波器上的多普勒频率随之变化。逐渐增大挥动速度，最终达到一定的速度的时候探测器发出报警声，表示出现预定速度的目标。 改变挥动手臂的方向， 效果逐渐变差， 当垂直挥动的 时候，不会发生报警信号，示波器上的波形的变化也最微弱。（ 2）改变挥动位置与探测器之间的水平距离，重复一。发现效果没有近距离明显，当达到大概五米的时候，几乎探测不到了。（ 3）分别用书本和角反射器重复上述一、二，得到一样的实验结果。其中，角反射器因为反射率比较大而导致实验效果非常明显。 可以通过调节探测器的灵

4、敏度（报警门限）而改变报警的临界速度。（ 4）工作十分钟之后。重复试验，发现效果变差甚至没有现象。这说明实验设备的稳定性不够好。 实际工作中以及在投入生产的过程中， 设备的稳定性以及工作环境等性能都是要经过严格的测试的。 我国国产的器件一些性能指标与国外的器件还有一定的差距。工艺和器件落后，而技术已达到国际先进水平。五、思考题1、从原理上分析同一目标沿探测器不同方向运动时，对多普勒频率及蜂鸣报警距离的影响，并与实际数据相比较，分析误差原因；答： 探测器探测的多普勒信号是目标与探测器之间接近的相对速度， 当沿探测器不同方向运动的时候，多普勒频率是不同的，其中垂直接近时报警速度（与多普勒频率成正比

5、）是最小的，当沿一定角度运动的时候，报警速度将大于垂直接近时的报警临界速度而对于报警距离，成角度的会大于垂直的，这是由于天线方向图影响的2、从原理上分析大小不同目标沿探测器不同方向运动时，对多普勒频率及蜂鸣报警距离的影响，并与实际数据相比较，分析误差原因答： 不同探测器对电磁波的反射率不同， 所以结合方向图的影响， 反射率最大的且沿垂直方向运动的报警距离最小3、说明采用毫米波作为探测工作频率的优缺点答：毫米波探测的优点： （ 1）毫米波作为工作频率，发射功率较小，可以有效的抗干扰； （ 2）大带宽：具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征； （ 3）高距离分辨力，易得

6、到精确的目标跟踪和识别能力毫米波探测的缺点： （ 1）雨、雾和湿雪等高潮湿环境的衰减，以及大功率器件和插损的影响降低了毫米波探测器的探测距离； （ 2） 树丛穿透能力差，相比微波，对密树丛穿透力（3）元器件成本高，加工精度相对要求高，单片收发集成电路的开发相对迟缓六、改进意见由于角反射器在不同入射角度情况下的雷达反射截面存在很大差异，而实验条件所限，毫米波雷达波束较窄，很难保证在运动情况下始终使得主瓣沿最佳角度入射设想在近距离的情况下，改用金属平板会在一定程度上提高实验效果实验二8mm波段被动探测器目标识别一、实验目的1、了解毫米波段目标辐射特性以及被动体制探测器的辐射模型；2、利用毫米波被动

7、探测器对不同目标源进行探测识别。二、 实验仪器及设备1、直流稳压电源 1 台；2、数字万用表1 只3、示波器1 台；4、三角架1 台；5、8mms射计1台；6、毫米波吸波材料1 块；7、金属目标1 块；8、支撑杆若干。说明： 直流稳压电源用于给辐射计工作供电； 通过示波器可观察探测目标时的波形变化；三角架用于支撑固定辐射计；金属目标为一金属平板或角反射体。三、实验方法和步骤（一）以地面（草地或泥土地）为背景，探测识别金属目标。1、将探测器固定在三角架上。2、打开直流稳压电源，两输出端口电压分别调至+18v和+9v （见实样），并用数字万用表测量确定。然后关闭。3、通过两付电源夹子线将+18v和

8、+9v连接到探测器电源输入端。4、将探测器输出接到示波器。6、在离探测器天线前面一定距离的地面上放置一平面金属目标板。7、打开直流稳压电源，给探测器预热，等待稳定后准备测试实验。8、将探测器对着地面匀速扫描，寻找扫描范围内的金属目标，观察示波器并记录数据；重复多次测量。9、在金属目标上覆盖吸波材料，重复步骤4，观察示波器并记录数据；10、观察比较以上几种情况下示波器显示的波形特征并分析实验数据；11、下附实验数据记录表格：表 1 地面金属目标探测实验数据探测器距离目标距离（ m ）有无隐身材料无 无 无 有波形峰峰值（ mv ）3683685520波形脉宽（ms）80802400（二）以天空为

9、背景，探测识别不同目标1、将探测器固定在三角架上。2、打开直流稳压电源，两输出端口电压分别调至+18v和+9v （见实样），并用数字万用表测量确定。然后关闭。3、通过两付电源夹子线将+18v和+9v连接到探测器电源输入端。4、将探测器输出接到示波器。5、打开直流稳压电源，给探测器预热，等待稳定后准备测试实验。6、将探测器天线对着空中扫描，观察并记录示波器输出。7、选择平面金属目标，用支撑杆把目标放置在探测器前一定距离的位置，观察并记录示波器输出；重复多次测量。8、选择覆有吸波材料（即黑体）的平面金属目标，用支撑杆把目标放置在探测器前和 7 相同距离的位置，观察并记录示波器输出；重复多次测量。9

10、、下附实验数据记录表格：表 2 空中金属目标探测实验数据探测器距离目标距离（ m ）有无隐身材料波形峰峰值（ mv ）波形脉宽（ms）无368160无460240无404240有368280（三）实验现象1 .由于实验场地限制，实验在阳台上进行。 首先连接好线路， 打开探测器进行 “预热” ，用手挥动测试是否已经“进入状态” 。当探测器正常工作之后，将辐射计天线对准天空， 用手以及书本垂直挥动， 发现示波器上出现正脉冲， 因为手以及书本的温度相对于天空是比较低的。2 .将可加热的金属被测物体放置在地上， 周围的地面用吸波材料覆盖 （用来模拟草地） ，调整金属材料的角度以使之能反射天空。此时用辐

11、射计周期扫测金属被测目标以及其周围的吸波材料，发现在扫到金属材料的时候出现负脉冲。3 .模拟反隐身目标探测。 将一层薄的吸波材料覆盖在金属被测物体之上 （相当于模拟在隐身军事目标表面涂上隐身材料） ，打开加热设备，使金属被测物体的温度逐渐升高。此时再重复二，发现在扫到目标的时候出现正脉冲。四、思考题1、 比较以地面为背景时， 探测金属目标及隐身金属目标回波波形的特点 , 并从原 理上分析其原因。答：以地面为实验背景时，金属目标反射的是天空的温度，它本身辐射率为零， 反射率最大， 此时示波器出现负脉冲； 当用金属目标上覆盖吸波材料以后，成为隐身目标，探测不到，于是示波器上没有脉冲出现，而当金属目

12、标加热（即工作之后） ， 此时金属目标被看成是一个辐射体， 示波器上显示正脉冲。2、比较以天空为背景时，探测到金属目标及隐身金属目标回波波形的特点，并从原理上分析其原因。答：以天空为背景时，用探测器扫描地上的金属目标，观察示波器，发现有正脉冲出现，此时金属目标反射了地面的温度；当用金属目标上覆盖吸波材料以后， 用探测器扫描地上的金属目标， 观察示波器， 发现没有脉冲出现，不能探测到金属目标即隐身。3、比较探测相同目标在不同距离是的输出波形，并进行分析。答：脉冲的强度随着距离增大而减小。因为在被动探测器信噪比一定的情况下，接受灵敏度与距离平方成反比。4、分别说明再下小雨、中雨和大雨的情况下能否进

13、行目标探测。答：下雨的时候可以进行探测，但是效果很差，因为下雨天气时，天空温度很高。5、请说明采用毫米波波段进行测量的优缺点。答：毫米波探测的优点： （ 1）毫米波作为工作频率，发射功率较小，可以有效的抗干扰；（ 2）大带宽：具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征； （ 3）高距离分辨力，易得到精确的目标跟踪和识别能力。毫米波探测的缺点： （ 1）雨、雾和湿雪等高潮湿环境的衰减，以及大功率器件和插损的影响降低了毫米波探测器的探测距离； （ 2） 树丛穿透能力差，相比微波，对密树丛穿透力（3）元器件成本高，加工精度相对要求高，单片收发集成电路的开发相对迟缓。6、在打开

14、直流电源后探测器预热期间，探测器的输出波形是怎样变化的？答：没有明显的脉冲出现，只会有简单的噪声波形出现，基本是一条直线。五、改进意见设想毫米波雷达按固定速度固定轨迹对一定立体角进行扫描，理论上可获得一定范围内的毫米波谱， 通过处理波谱获得这个区域的毫米波影像，进而通过形状识别如汽车等物体。实验三8mm波段主动探测器目标识别（二）一、实验目的1、了解8mn段主动调频体制探测器的工作原理及其特点；2、掌握用调频探测器探测目标时，距离、差频信号、调制周期之间关系。二、实验要求本实验为演示性实验，在外场进行。实验场地要求：居一定高度平台或楼层窗口（10m50m） ，地面以草地、泥土地为佳。 也可根据

15、具体实验情况， 选择一空旷草地或泥土地， 周围少建筑物和高大树木，避免对测试效果产生影响。由于调频探测器制作成本较高，实验设备数量有限，实验将分组分批进行。先由老师或老师指导下连接系统设备， 并进行实验操作演示， 学生须仔细观察并作记录，然后学生再分组分批进行操作验证。学生在实验前需系统复习相关专业课程知识， 仔细阅读本实验指导书， 了解实验目的和方法， 在实验中仔细观察， 认真记录， 实验后完成思考题和实验报告。三、实验设备和装置1、直流稳压电源1 台；2、示波器1 台；3、数字万用表1 只；4、三角架个；5、金属目标若干。6、皮尺1 个；说明： 直流稳压电源用于给探测器工作供电； 通过示波

16、器可观察探测目标时的波形变化；三角架用于支撑固定探测器；金属目标为一金属平板或角反射体；皮尺用于测量距离。四、实验步骤（一）目标测距在 tm 确定的情况下，通过fi 测量距离 r。1、将探测器固定在三角架上；2、将直流稳压电源两输出端口电压分别调至+18v和+9v （见实样），并数字万用表测量确定，然后关闭电源；3、通过两付电源夹子线接到探测器电源输入端；4、将探测器输出接到示波器，具体见样机；5、打开电源，等待探测器稳定；6、在离探测器一定距离的地面上放置金属目标，探测器对其扫描，观察示波器显示的波形频率（ fi ）及幅度变化，记录 r 及对应的 fi 值；7、径向移动金属目标改变距离，观察

17、示波器输出的波形频率（ f i ）及幅变化，记录r及对应的值。8、改变大小不同的金属目标，重复上述实验。9、将实验测得数据列于下表中。表1实验数据记录（一）目标位置目标类型示波器fi （hz）理论r (m)实际r (m)r187k1288.2k1r21168k22200k2r31273k32310k3注：afm=500khz , tm=100khz（二）实验现象：1 .在平放好探测器之后，观察示波器工作波形，待正常之后开始试验。用手以及 书本水平移动（由近及远），观察示波器是否有输出脉冲，以及探测器报警灯是 否有报警信号。2 .用角反射器重复一。1.正对的时候，当移动到大概两米的位置的时候，发

18、现示 波器上有脉冲出现，同时探测器上有报警信号。实现了定距地功能。2.改变角反 射器与接收天线之间的角度，重复以上实验，发现效果微弱，几乎没有试验现象。3 .用角反射器正对辐射天线，改变移动方向，观察实验现象，发现越偏离辐射天 线的中心轴，试验现象越是不明显。这是由于天线的方向图是一个单向的梭形， 要使在方向角大的时候仍然能探测到信号就必须调整探测器的灵敏度，不过与此同时，虚警和误判的概率也可能会随之上升，这要看提高灵敏度的实现方法。4 .模拟隐身目标探测。用一块吸波材料覆盖住角反射体，此时吸波材料与角反射 体被统一看待成一个涂有隐身材料的目标， 一起移动角反射体和吸波材料，观察 实验现象。发

19、现当目标出现在既定的距离位置的时候没有报警信号。 表示隐身效 果不错。五、思考题1、线性调频体制有什么优点？答：定距精度高、抗干扰性能好、测距误差理论上不受目标反射特性等因素的影响，而且具有一定的距离选择能力。2、不同的测频方法有什么优缺点？可以用于哪些不同的应用场合？答： （ 1）距离们法：优点：对信噪比要求低，处理速度快，可实时得到距离信息； 缺点： 对于复杂目标或多个目标出现时， 使差频信号形成的脉冲序列宽度不规则， 使差频频谱不纯， 从而造成较大测距误差； 并随测距范围增大， 电路结构越来越复杂，而且由于没有考虑不规则区影响，也会引入误差。（ 2）选频定距法：优点：与距离门法相比，具有

20、同样的优缺点。（ 3）脉冲计数法：优点：脉冲计数法有较好的测距范围，其测频精度不受差频信号脉冲序列非均匀性影响，适合较宽的频带，并便于数字处理；缺点：对差频信号要求较高，信噪比要求较高，并要求波形比较规则，在频率较高时，测量精度受数字器件转换速度限制。（ 4）数字差频检测法：综合了选频定距法和脉冲计数法的优点（ 5）频谱比率定法：优点：可适用于复杂目标的测量，有较高的精度；缺点：电路比较复杂。六、改进意见改用金属平板可能会获得更好效果。实验四 谱分析实验一、实验目的1、了解频谱仪的用途和使用方法；2、了解虚拟仪器的用途和使用方法；3、用频谱仪和虚拟仪器分别分析典型信号、已调载波信号和随机信号等

21、信号的频谱；4、比较频谱仪与虚拟仪器的优缺点。二、实验设备和装置1、频谱分析仪：gsp 827；2、计算机数据采集和信号谱分析软件系统：虚拟仪器wh810；03、信号源（信号发生器、空中各种无线电波等）：nw164；34、电源：dh1718。三、实验步骤1、使用频谱仪观察分析各种信号的频谱。首先启动频谱分析仪与多功能信号发生器，调节信号发生器的频率约为5mhz幅度峰mi值约为150p-pmm（ 1）将信号发生器的输出波形调节为方波，并将输出连接到频谱仪的输入端。观察频谱仪的显示屏，分析是否与理论值相符合。（2）改变信号发生器的频率和幅度（注意不能超过 200p-pmv ,重复观察 分析步骤（

22、1）。（ 3）改变信号发生器的输出波形，重复观察分析步骤（1）。（ 4） * 分析调制信号频谱和已调载波信号频谱关系。（ 5） * 分析随机信号的频谱特性。2、使用虚拟仪器分析步骤1 中所有信号的频谱。首先按照实验原理中的硬件安装方法将虚拟仪器与计算机连接起来， 启动主机与虚拟仪器。调节信号发生器的频率约为5mhz幅度峰峰值约为150p-pmm将信号发生器的输出端与虚拟仪器的 a1 通道（或 a2 通道）连接起来。按照步骤 1 中的 5 个步骤用虚拟仪器重新分析步骤1 中各种信号的频谱特性， 同时熟悉并熟练掌握虚拟仪器的使用， 并体会虚拟仪器与频谱分析仪相比的 优缺点。3、在实验报告中画出在频

23、谱仪上观察得到的典型信号（频率为 5mhz幅度 为峰峰值150p-pmv的正弦波、方波、三角波）的频谱简图。四、实验现象一使用虚拟仪器分析所有信号的频谱。首先按照实验原理中的硬件安装方法将虚拟仪器与计算机连接起来，启动主机与虚拟仪器。调节信号发生器的频率约为 1mhz ，幅度峰峰值约为150p-pmv。二将信号发生器的输出端与虚拟仪器的 a1 通道（或 a2 通道）连接起来。按照步骤 1 中的 5 个步骤用虚拟仪器重新分析步骤1 中各种信号的频谱特团世分析2 08v2i00l性，同时熟悉并熟练掌握虚拟仪器的使用， 并体会虚拟仪器与频谱分析仪相 比的优缺点。三.在实验报告中画出在频谱仪上观察得到

24、的典型信号(频率为5mhz、幅度为峰峰值150p-pmv的正弦波、方波、三角波)的频谱简图。四.相应的频谱图：(1).三角波及其频谱图运行,停止缩放(2) 锯 齿 波 及 其 频 谱 图 wq昌工一急9 自1：1包?-he.7t注欣. * i3口才 二33须惜分析i4kbo.omm -二j - |存端运行/停止 自动 单善 缩放 放工 存话栽入*业除台实鞋厂施h_2ioolra *p5 立* - l a口5m 7.5h 1um 1 z,5m 15m1 九5m m z2.5m 25m |1hz|pahocal =11 dumv ac a2=zv dizr iinef-zdiv=l .uulhjx

25、i iiggihtaj . :aulual -innmv al：a？-jv l)：ti嘲au4 eirunchannel a1m-ainfreqn=976,562khz cursur x-1 u.hbsmhz aitiplilude-u.1 04%clhl!nirk;l allmninrrcq,=s|7eig?fcl lz， cursor x=1 fl-nosmhz amp|liuii=in., 一jt,一. -w,wm 5m 予，5m10m1smwom 22rbm 25m hn)(3) .方波及其频谱图五、思考题1、简单叙述频谱仪的工作原理。答：工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器

26、与检知器 (detector),再经由同步的多任务扫瞄器将信号传送到crt屏幕上。2、叙述虚拟仪器工作原理。答：利用pc技术以软件为主，添加ad及da变换等少许硬件的仪 器称为虚拟仪器。虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面 板组成。其中，硬件设备与接口可以是各种以 pc为基础的内置功能插卡、 通用接口总线接口卡、用行口、vxi总线仪器接口等设备，或者是其它各种 可程控的外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程 序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各 种控件。用户用鼠标操作虚

27、拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实与方 便。从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据储存等。3、频谱仪和虚拟仪器各有什么特点？答：虚拟仪器的特点：(1)性能高:虚拟仪器技术是在pc技术的基础 上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的pc技术的优点，包括功能 超卓的处理器和文件i/o; (2)扩展性强：只需更新计算机或测量硬件，就能 以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统;(3)开发时间少：在驱动和应用两个层面上，ni高效的软件构架能与计算机、仪 器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。 使我们轻松地配置、创建、发布、 维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。频谱仪的特点：其优点是能显示周期性杂散波的瞬间反应，其缺点是价昂且性 能受限于频谱范围、滤波器的数目与最大的多任务交换时间。实验五 反金属涂层隐身探测实验一、实验目的进一步加强学生对所学专业理论课程内涵的理解， 在被动体制探测器工作原理的基础上， 通过演示实验说明反金属涂层隐身的原理， 提出反隐身的对策或方法，