HotZ-雷达原理与系统-第六章-目标距离的测量.ppt

第六章目标距离的测量 常用方法 脉冲法 频率法 相位法 第一节脉冲法测距 工作原理 测量目标回波滞后于主波的时间 早期雷达均用显示器作为终端 在显示器画面上根据扫掠量程和回波位置直接测读延迟时间 现代雷达常采用电子设备自动测读回波到达的延迟时间 显示器扫描速度 6 1 1基本原理 系统误差 系统各部分固定延迟所带来的误差 随机误差 偶然因素造成 距离显示器的误差 刻度误差 亮点直径误差 惯性误差等 由求导可得 电波传播速度变化产生的影响 大气折射引起的误差 标准16m 测读方法误差 d x 模拟 量化误差 数字 6 1 2影响测距精度的因素 5 从而 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 6 1 3距离分辨力和测距范围 光点直径d 两个点目标回波的矩形脉冲间的间隔 显示器扫描速度 距离分辨力 人工测距 电子测距 简单脉冲雷达距离分辨力 脉冲压缩雷达距离分辨力 脉冲宽度 雷达信号的有效带宽 测距范围 含最小可测距离和最大单值测距范围 最小可测距离 雷达可测量的最近目标的距离 最大单值测距范围 由脉冲重复周期Tr确定 特殊场合 雷达重复频率不能满足单值测距要求 此时 通常选择 出现测距模糊 多种重复频率判模糊 6 1 4判距离模糊的方法 双重频判距离模糊 或 三重频判距离模糊 例 m1 7 m2 8 m3 9 A1 3 A2 5 A3 7 求目标的真实距离R 舍脉冲法判距离模糊 P176 图6 6b 在每M个发射脉冲中舍弃一个 作为发射脉冲串的附加标志 设从A1到AM共M个脉冲 其中A2不发射 与之对应的接收回波串同样是每M个脉冲中少一个 从A2开始 逐个累计发射脉冲数 直到某一发射脉冲后缺少一个回波脉冲 累计的数值就是回波跨越的重复周期数 显然 舍脉冲法判模糊时 每组脉冲数M应满足 最远目标所对应的跨周期数 测得时延 习题 第二节调频法测距 调频法测距可用于连续波雷达 也可用于脉冲雷达连续发射的信号具有频率调制的标志后即可用以测定目标的距离 调频连续波雷达组成框图 6 2 1调频连续波测距 常用于单一目标测距 如高度表等 产生高频等幅波 频率按线性或正弦规律变化 将回波信号与发射信号混频 输出差频电压 测距原理 设发射信号频率ft在一定时间T内线性增加 则回波信号fr频率和发射信号频率变化相同 只在时间上延迟了tR 回波时延 如图 B T tR tR 差拍频率 调频周期 调频带宽 三角形波调制 目标运动时 正弦波调制 频率法测距的误差问题 频率计的精度频域测频带来的测距误差 差拍信号可以通过FFT变换获得其频谱信息 而幅度最大值对应的频率就是差拍信号频率 利用FFT技术对信号进行频谱分析时 分析精度主要受制于混叠效应 量化误差 泄漏效应与栅栏效应 混叠效应和量化误差是模拟信号数字化过程中引起的 泄漏效应和栅栏效应时离散傅立叶变换所固有的 由于FFT的栅栏效应 直接采用FFT所获得的距离谱具有固定的采样间隔 R 从而产生 R 2的测距误差 这使得测距雷达在近距离下测量的相对误差较大 分析表明 增加FFT的谱线数量提高频谱分辨率可以削弱泄漏效应和栅栏效应 但是由于增加了采样长度 将增加时间开销 工作原理 6 2 2相位法测距 由于相位计不能测出大于360 的相位差 会产生距离模糊 且在目标反射过程中会引入附加相移 该附加相移是未知量 会引起测距误差 目前 解距离模糊的常用方法主要有 相位编码解距离模糊 双频率相位法测距 多频连续波 MFCW 测距等 第三节距离跟踪原理 距离跟踪 对目标距离作连续的测量 搜索 截获 跟踪 发现目标 首次测定参数 连续测量 丢失目标 距离跟踪方法 人工 半自动 自动 距离跟踪原理 产生一个时间位置可调的时标 移动刻度或波门 调整其位置 使之在时间上与回波信号重合 然后精确读出时标位置作为目标的距离数据送出 距离跟踪应用 火控 警戒 6 3 1人工距离跟踪 原理 采用移动的电刻度作为时间基准 操作员按显示器上的画面 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即可代表目标距离 关键 产生移动的电刻度 且其时延可精确读出 电刻度产生方法 锯齿波电压法 相位法 锯齿波电压法 相位法 复合法 锯齿法粗测 锯齿法粗测的移动波门内用相位法产生精测移动指标 自动距离跟踪简化框图 6 3 2自动距离跟踪 电刻度自动跟踪目标回波 并连续给出目标距离数据 具体包含搜索 捕获 自动跟踪三个部分 当跟踪脉冲和回波脉冲在时间上重合时 其延迟时间即回波脉冲延迟时间 从而求得目标距离 实现跟踪 当两个脉冲不重合时 读出误差电压 由控制器根据误差电压使t 朝减小 t方向变化 直到 t 0 时间鉴别器 用来比较回波信号与跟踪脉冲间的延迟时间差 t t t 并将转换成与它成比例的误差电压 时间鉴别器特性曲线 控制器 把误差信号u 进行加工变换 将其输出用于控制跟踪