无线电定位原理与应用 课件 第五章 雷达测距原理

第五章

雷达测距原理5.1测距原理概述第一章

绪论第二章

雷达距离方程第三章

雷达发射机第四章雷达接收机第五章雷达测距原理第六章雷达测角原理第七章雷达测速原理第八章成像雷达教材

姜义成,张云.无线电定位原理与应用,

电子工业出版社

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(1)丁鹭飞.雷达原理，电子工业出版社教材内容第五章

雷达测距原理测距原理概述脉冲法测距调频法测距相位法测距自动距离跟踪测距原理概述获得目标位置信息（R，α，β）、速度信息和形状信息等？雷达

RADAR(RADAR----RadioDetectionandRanging)距离测量Rαβ

雷达的概念正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂可为此题添加文本、图片、公式等解析，且需将内容全部放在本区域内。正常使用需3.0以上版本此处添加答案解析填空题4分作答测距原理概述雷达利用回波信号进行目标距离测量你知道雷达测距的物理基础和基本原理么？雷达又可以利用哪些信息进行测距呢？测距原理概述测量电磁波往返雷达与目标之间的时间电磁波恒光速传播电磁波直线传播(直视距情形)即在均匀大气中电磁波等速直线传播电磁波绕射传播(超视距情形)特殊条件下电磁波沿海面、大气波导曲线传播教材P99页：无线电波在均匀介质中，以固定速度沿直线传播（在空气中约为光速c）一、雷达测距的物理基础电磁波在均匀介质中以光速匀速直线传播测量目标回波滞后于发射信号的延迟时间测距原理概述二、雷达测距的基本原理据上述公式，C为光速式中数字“2”表示收发双程目标至雷达站的距离(即斜距)R可以通过测量电波往返一次所需的时间tR得到快速计时法R=0.15tR（km/us）可得：1微秒(μs)对应150米(m)

10微秒(μs)对应1.5km电磁波在均匀介质中以光速匀速直线传播测量目标回波滞后于发射信号的延迟时间测距原理概述三、延迟时间的测量脉冲雷达采用脉冲法连续波雷达采用频率法和相位法

发射信号：接收信号：一般说来，单载频的连续波雷达没有测距能力，这与其发射信号带宽太窄有关。实现测距的方法:调幅—脉冲法测距调频—频率法测距调相—相位法测距

第五章

雷达测距原理5.2脉冲法测距第一章

绪论第二章

雷达距离方程第三章

雷达发射机第四章雷达接收机第五章雷达测距原理第六章雷达测角原理第七章雷达测速原理第八章成像雷达教材

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教材内容第五章

雷达测距原理测距原理概述脉冲法测距调频法测距相位法测距自动距离跟踪脉冲法测距一、脉冲法测距原理脉冲法测距脉冲雷达测距的几个基本概念：(1)τ—脉冲宽度(pulsewidth)(2)Tr—脉冲重复周期（PRIPulseRepetitionInterval)(3)fr—脉冲重复频率PRFPulseRepetitionFrequency)fr=1/Tr(4)D—占空比(dutycyle)D=τ

/Tr(5)Pt—峰值功率(6)Pav—平均功率简单矩形脉冲波形典型中程雷达参数:τ=1us,Tr=1ms,Pt=1MW，则占空比为D=1/1000，Pav=1KWPt×τ=Pav×Tr一、脉冲法测距原理脉冲法测距二、距离分辨率和测距范围传统脉冲雷达用电子方法测距时,距离分辨力由脉冲宽度τ或波门宽度τe决定,脉冲越窄,距离分辨力越好:

对于复杂的脉冲压缩信号,有效带宽越宽,距离分辨力越好:参考书P2页：BassemR.Mahafza.RadarSignalAnalysisandProcessingUsingMatlab,CRCPress,2009.脉冲法测距参考书P2页：BassemR.Mahafza.RadarSignalAnalysisandProcessingUsingMatlab,CRCPress,2009.为保证单值测距最小可测距离:最大单值测距范围:二、距离分辨率和测距范围脉冲法测距三、解距离模糊原理有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距要求,如脉冲多普勒雷达或远程雷达,这时目标回波对应的距离R为m为正整数式中，tR为测得的回波信号与发射脉冲间的时延。这时将产生测距模糊,为了得到目标的真实距离R,必须解模糊值m。实际测量值真实值最大单值可测距离显示器能够显示的最大距离脉冲法测距为了得到目标的真实距离R，必须判定测距模糊值m。为了判别模糊，必须对周期发射的脉冲信号再加上某些可识别的标志。雷达测距解模糊的方法实际测量值真实值三、解距离模糊原理通常采用的解模糊方法有:多种脉冲重复频率法舍脉冲法脉冲法测距双(多)重复频率法设重复频率分别为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frN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。收fr1发fr1发fr2收fr2t1t2tRTr三、解距离模糊原理脉冲法测距1.目标真实距离：2.最大单值不模糊距离以二重复频率为例:n1,n2分别为用fr1和fr2测距时的模糊数。当a=1时,n1和n2的关系可能有两种,即n1=n2或n1=n2+1可得或

t1,t2为模糊回波延迟，如按前式算tR为负值,则应用后式最大不模糊测距距离为双(多)重复频率法三、解距离模糊原理脉冲法测距双(多)重复频率法可测量三、解距离模糊原理脉冲法测距舍弃脉冲无回波脉冲“舍脉冲”,就是在每发射M个脉冲中舍弃一个,作为发射脉冲串的附加标志。

舍脉冲法三、解距离模糊原理脉冲法测距采用“舍脉冲”法判模糊时,每组脉冲数M应满足以下关系:mmax是雷达需测量的最远目标所对应的跨周期数；tR′

的值在0～Tr之间。这就是说,MTr之值应保证全部距离上不模糊测距。M和mmax之间的关系则为M＞mmax+123舍脉冲法三、解距离模糊原理脉冲法测距数字脉冲测距目标距离表示：f为计数脉冲频率。为了减小测量误差，通常计数脉冲产生器和雷达定时器触发脉冲在时间上是同步的。数字式测距的基本方法TtRnT321三、解距离模糊原理第五章

雷达测距原理5.3调频法测距第一章

绪论第二章

雷达距离方程第三章

雷达发射机第四章雷达接收机第五章雷达测距原理第六章雷达测角原理第七章雷达测速原理第八章成像雷达教材

姜义成,张云.无线电定位原理与应用,

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(1)丁鹭飞.雷达原理，电子工业出版社教材内容第五章

雷达测距原理测距原理概述脉冲法测距调频法测距相位法测距自动距离跟踪调频法测距线性调频：目标回波延迟时间正比于回波信号和发射信号的频率差。发射信号：Ft回波信号：由于时间延迟，发射信号与回波信号存在频差，与延迟成正比。调频法测距请思考：请思考如何可以同时测得目标的距离和速度？正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题10分作答三角波调制1.连续三角波调制

ft是发射机的高频发射频率,它的平均频率是f0,f0变化的周期为Tm

。f

ttftfrf0Tm

三角波调制

对于一定距离R的目标回波,除去在t轴上很小一部分2R/c以外(这里差拍频率急剧地下降至零),其它时间差频是不变的。实际中,应保证单值测距且满足因此测距为测距误差若用频率计测量一个周期内平均差频值1.连续三角波调制三角波调制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fr1.连续三角波调制fFbtt发射接收(前半周正向调频范围)(后半周负向调频范围)三角波调制fFbtt发射接收(前半周正向调频范围)(后半周负向调频范围)1.连续三角波调制平均差频值实际工作中,应保证单值测距且满足因此测距为测速为三角波调制ft是发射机的高频发射频率,它的平均频率是f0,f0变化的周期为Tm

2.锯齿波调制

三角波调制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”,调频脉冲串也是一种有效方法。发射信号频率如图中细实线所示,共分为A、B、C三段,分别采用正斜率调频、负斜率调频和发射恒定频率。有多普勒频移无多普勒频移发射信号频率课下思考3.脉冲三角波调制三角波调制3.脉冲三角波调制在用脉冲调频法时,可以选取较大的调频周期T,以保证测距的单值性。这种测距方法的缺点是测量精度较差,因为发射信号的调频线性不易做得好,而频率测量不易做准确。脉冲调频法测距和连续波调频测距的方法在本质上是相同的。

课下思考正弦波调制用正弦波对连续载频进行调频时,发射信号可表示为发射频率ft为目标回波

正弦调频差频信号的频谱ftftfrf0tfbav选读调频法测距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,普遍用于飞机高度表及微波引信。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。

调频连续波雷达的特点调频法测距思考：脉冲雷达和连续波雷达测距时系统有什么差别？脉冲体制雷达为什么存在测距模糊和最近“盲距”？脉冲法测距中解距离模糊的方法有哪些？调频法测距如何同时实现测距和测速？

雷达的概念正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂可为此题添加文本、图片、公式等解析，且需将内容全部放在本区域内。正常使用需3.0以上版本此处添加答案解析填空题4分作答知识小结脉冲法测距原理距离分辨率测距范围（最小测量距离最大单值不模糊距离）距离解模糊方法脉冲法测距调频法测距调频法测距原理三角波调频法连续三角波调制锯齿波调制脉冲三角波调制思考题下一堂课内容：第五章雷达测距原理预习知识点：（1）相位法测距（2）自动距离跟踪相位法测距时如何解模糊？课后寄语寄语：希望同学们学好本领，献身祖国，未来成为具有家国情怀的科技领军和创新人才，成为哈工大的骄傲。第五章

雷达测距原理5.4相位法测距第一章

绪论第二章

雷达距离方程第三章

雷达发射机第四章雷达接收机第五章雷达测距原理第六章雷达测角原理第七章雷达测速原理第八章成像雷达教材

姜义成,张云.无线电定位原理与应用,

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(1)丁鹭飞.雷达原理，电子工业出版社教材内容第五章

雷达测距原理测距原理概述脉冲法测距调频法测距相位法测距自动距离跟踪回顾：脉冲法测距和调频法测距快速计时法R=0.15tR（km/us）雷达测距的基本原理脉冲法测距一、脉冲法测距原理脉冲法测距测距范围参考书P2页：BassemR.Mahafza.RadarSignalAnalysisandProcessingUsingMatlab,CRCPress,2009.为保证单值测距最小可测距离:最大单值测距范围:调频法测距1.连续三角波调制三角波调制平均差频值实际工作中,应保证单值测距且满足因此测距为测速为fFbtt发射接收(前半周正向调频范围)(后半周负向调频范围)调频法测距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fr1.连续三角波调制三角波调制fFbtt发射接收(前半周正向调频范围)(后半周负向调频范围)相位法测距利用目标反射回波与雷达发射波进行相位比较，从中找出目标距离信息，常用于导航和地形测绘。相位法测距发射信号为目标回波

u1与u2的相位差

相位法测距即为雷达相位提取到的相位差。因此，为求得目标距离R，只需要知道n的值。通常情况下，无法直接获得n值，但在无模糊测距范围内，限定相位差这时n=0,得到定义无模糊测距范围为保证单值测距的最大范围，即由反射目标性质决定，为固定值，通过相位计零点调整可消除其影响。相位法测距请思考相位法测距如何可以解模糊？相位法测距发射信号为目标回波回波相位差对应的差频电压两发射机直接差频电压相位差相位法测距优点：（1）可测得很小距离，最小可测距离取决于相位计的最小分辨力。（2）可得较高的测量精度。相位法测距的优缺点缺点：（1）测量多目标困难。（