成信工雷达原理与系统课件06目标距离的测量

第六章

目标距离的测量

第一节

脉冲法测距第二节

调频法测距第三节

距离跟踪原理第四节数字式自动测距器§6.1脉冲法测距测量目标的距离是雷达的基本任务之一。无线电波在均匀介质中以固定的速度直线传播。教材图6.1中，雷达位于A点，而在B点有一目标，则目标至雷达站的距离R可以通过测量电波往返一次所需要的时间tr得到

tr=2R/cR=1/2ctr而时间也就是回波相对于发射信号的延迟，因此，目标距离测量就是要精确测定延迟时间tr。根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间常采用脉冲法、频率法。现代雷达常常采用电子设备自动的

测读回波到达的延迟时间tr。

有两种定义回波到达时间tr的方法，一种是以目标回波脉冲的前沿作为它的到达时刻；另一种是以回波脉冲的中心作为它的到达时刻，对于通常碰到的点目标来讲，二种定义所得到的距离数据只相差一个固定值，可以通过距离校零予以消除。雷达在测量目标距离时，不可避免的回产生误差，它从数量上说明了测距精度，是雷达站的主要参数之一。

测距误差为：式中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测距误差由电波传播速度c的变化ΔC以及测时误差ΔtR两部分组成。误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类

系统误差是指在测距时，系统各部分对信号的固定延时所造成的误差，系统误差以多次测量的平均值与被测距离真实值之差来表示。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.凡属系统以外的各种偶然因素引起的误差称为外界误差.

主要的随机误差：1.电波传播速度

变化产生的误差；2.因大气折射

引起的误差；3.测读方法的误差

距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。在显示器上测距时，分辨力主要取决于回波的脉冲宽度г，同时也和光点直径d所代表的距离有关。判距离模糊的方法：1多种重复频率判模糊2“舍脉冲”法判模糊

§6.2调频法测距调频连续波雷达的组成方框如图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标的距离有关，所以频率计上的刻度可以直接采用距离长度作为单位。脉冲调频测距

脉冲法测距时由于重复频率高会产生测距模糊，为了判别模糊，必须对周期发射的脉冲信号加上某些可识别的“标志”，调频脉冲串也是可用的一种方法。图6.12（a）就是脉冲调频测距的原理框图。§6.3距离跟踪原理测距时需要对目标距离作连续的测量，称为距离跟踪。距离跟踪方法分类：人工距离跟踪，自动距离跟踪人工距离跟踪

（手动调整距标对准回波方法）

人工距离跟踪方法分类：

1锯齿电压波法

2相位调制法？1．锯齿电压波法操作过程：手动旋转雷达终端上的距标旋转盘（实际上是一个电位器调节端子），调节电位器电阻，改变电位器上的电压降，就是改变输出比较电压Ep的大小，Ep的改变就导致了延迟脉冲出现时刻的左右移动，通过移动延迟脉冲使其对准回波，从而实现距离的跟踪。

缺点：受锯齿波电压的线性度、比较电压Ep不稳的影响，精度不高。

EpEc距标旋转盘Ep触发脉冲比较器比较电压Ep①②③锯齿电压产生器脉冲产生器延迟脉冲EpEo①②③ttttxtp

2相位调制法

特点：精度高于锯齿电压波法来自距标转盘的机械电压信号正弦振荡器放大、限幅、微分正向削波移相电路脉冲产生器二自动距离跟踪自动距离跟踪：系统的电移动距标自动地跟踪目标并连续地给出目标距离数据自动距离跟踪系统包括

搜索捕获自动跟踪时间鉴别器控制器跟踪脉冲产生器u=f(ue)ue=k1(t-t’)t’t来自接收机的回波脉冲自动距离跟踪简化方框图下面分别讨论自动距离跟踪

系统的三个组成部分1：时间鉴别器用途：比较回波信号与跟踪脉冲之间延迟时间差t=t-t’,并将t转换成与它成比例的误差电压Ue.⑩⑨⑧⑦⑥⑤④④③③②①回波跟踪脉冲前波门形成电路前选通放大器积分电路

1延迟电路回波脉冲处理电路比较电路后波门形成电路后选通放大器积分电路

2时间鉴别器框图①④⑥②③⑤⑦⑧⑨⑩时间鉴别器2：控制器

用途：将误差信号ue进行加工变换后，输出去控制跟踪波门移动，即改变时延t’，使其朝减小ue的方向移动，即使t’趋向于t。

设控制器输出为电压信号，用E表示，则控制器输出与输入关系表示为

分析上式输入输出函数可能是什么样的函数形式，即可能由什么样的电路来实现？

（1）简单情况，输出与输入间呈线性关系，即

当用锯齿电压波法产生移动距标时，比较电压Ep和移动距标延迟时间之间具有线性关系，即用E去做锯齿电压波发2的比较电压时，下式成立：所以

显然，当K1K2K3为常数时，不可能做到t=t’。因为，从上式分析到，一旦t’跟上了t，那么t’就马上又回到了零。所以t’就永远也跟不上t。

（2）控制器采用积分元件，控制器输入输出间呈现积分关系，即

其它仍如上面第一种简单情况所用，则得

如果用目标距离R和跟踪脉冲所对应的距离R’代入上式，得到

显然，用一次积分记忆环节作控制器可以实现加工误差信号的要求。

3跟踪脉冲产生器

用途：根据控制器输出的控制信号，产生所需延迟时间t’跟踪脉冲。跟踪脉冲：就是人工测距时的点移动距标。

所以，将人工距离跟踪时的点移动距标产生器拿来作跟踪脉冲产生器就是。§6.4数字式自动测距器优点：与模拟式自动测距器相比，数字式自动测距器具有以下优点（1）跟踪精度高；而且精度与跟踪距离无关；（2）响应速度快；适合于跟踪快速目标；（3）工作可靠；（4）系统便于集成化；（5）方便与数据处理系统接口；输出数据为二进制码工作原理：与模拟式自动测距器基本工作原理相同。系统组成：时间鉴别器、控制器、跟踪脉冲产生器。特点：同样功能部件，实现技术手段不同。主要用数字电路。

．

一

数字式测距的基本原理测距任务：测量回波信号相对于发射脉冲的延迟时间。数字式测距时间量的表示：二进制数码321计数脉冲产生器与门距离计数器01

TQS与门与门回波脉冲发射脉冲读数控制321回波脉冲发射脉冲tttttr设计数脉冲产生器的输出脉冲频率为f，重复周期为T(T=1/f)，根据距离计数器所计数据n，就可计算出回波相对于发射脉冲的延迟时间：

所以目标距离为若需要读出多个目标的距离，则控制触发器置“0”的脉冲应在相应的雷达的最大作用距离Rmax以后产生，各个目标距离数据的读出依靠回波不同的延迟时间去控制读数控制门，读出的距离数据分别送到相应的距离寄存器中。