sq-雷达系统(第三章)脉冲多普勒雷达.ppt

第三章 脉冲多普勒雷达,2019/10/14,1,,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念 3.2 脉冲多普勒雷达的杂波 3.3 PD雷达典型框图与原理 3.4 PD雷达的距离性能,基本概念,PD雷达的特点,2019/10/14,2,PD雷达的应用,强杂波背景下检测动目标的雷达系统,,第三章 脉冲多普勒雷达,2019/10/14,3,,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念 3.2 脉冲多普勒雷达的杂波 3.3 PD雷达典型框图与原理 3.4 PD雷达的距离性能,机载PD雷达下视几何关系,2019/10/14,4,,天线主瓣,,天线旁瓣,机载PD雷达下视几何关系,2019/10/14,5,,,,,地面某散射点A的回波多普勒频移为：,载机与地面水平飞行，相对速度为,目标在载机前下方，速度,：载机主波束轴线与地面夹角,：旁瓣与地面夹角,- 地杂波频谱展宽,机载下视PD雷达地杂波频谱,则信号的频谱由它的载频频率 和边频频率 上的若干条离散谱线所组成，频谱包络为辛格函数型2019/10/14,6,,,,,,若PD雷达发射频率为 ，重频为 的相参脉冲串信号机载下视PD雷达接收信号频谱,2019/10/14,7,,,,则接收信号的频谱为：,,,,主瓣杂波,主瓣杂波强度：最大,2019/10/14,8,,主瓣杂波宽度：,旁瓣杂波,旁瓣波束与地面的夹角为 ，其多普勒频率为：,2019/10/14,9,,,,,,,旁瓣杂波强度：较大,=,高度线杂波,2019/10/14,10,,,高度线杂波强度：较大,,无杂波区,2019/10/14,11,,当雷达信号PRF满足一定条件时，地杂波谱间出现空隙,杂波重叠与PRF选择,2019/10/14,12,设某机载PD雷达的工作波长 ，主波束宽度 ， 载机速度 ，波束中心轴线与载机速度矢量间 的夹角,,,,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2019/10/14,13,,① 低PRF(LPRF)， 时,,,,,,,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2019/10/14,14,,② 高PRF(HPRF)， 时,,,,,,,,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2019/10/14,15,③ 中等PRF(MPRF)， 时,,,,,,,,,杂波重叠与PRF选择,总结,2019/10/14,16,① PD雷达的地杂波谱 a)主杂波、高度线杂波区、旁瓣杂波区、无杂波区 b)主杂波强度最高，干扰最强，其次是高度线杂波 c)目标可能出现在杂波区或无杂波区,,杂波重叠与PRF选择,总结,2019/10/14,17,② 目标环境与PRF关系 a)目标与载机迎面运动，相对速度 ，回波多普 勒频率：,,当 高时，目标落入无杂区,,对目标检测能力最强,,,,,杂波重叠与PRF选择,总结,2019/10/14,18,② 目标环境与PRF关系,,,,,b)载机尾追目标时，相对速度 ，回波多普勒频 率：,,当 太小，目标落入杂波区,目标检测取决于回波功率谱,措施：,① 降低天线副瓣,,杂波功率谱,提高相对强度,② 提高载机飞行高度,,,,第三章 脉冲多普勒雷达,2019/10/14,19,,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念 3.2 脉冲多普勒雷达的杂波 3.3 PD雷达典型框图与原理 3.4 PD雷达的距离性能,机载PD雷达典型框图与原理,任务 把位于特定距离上、具有特定多普勒频率的目标回波检测出来，而把其它的杂波和干扰滤除。

2019/10/14,20,滤波方法 采用邻接的窄带滤波器组或窄带跟踪滤波器，把所关心的运动目标过滤出来 并且窄带滤波器的频率响应应当设计为尽量与目标回波谱相匹配，使接收机工作在最佳状态典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,距离选通 放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,显示,或截获电路,自同步器来,,天线,,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,距离选通 放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,,发射机一定要采用全相干主振放大式发射机，保证发射脉冲的相位相干性。

1.产生发射激励信号 2.产生调制波形 3.接收机本振信号,自同步器来,天线,,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,距离选通 放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,显示,或截获电路,自同步器来,,天线,,PD雷达中，通常采用环行器这类无源器件，用于发射与接收之间有效切换天线,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,距离选通 放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,,,,,,是一种波门选通器件，在接收机的中频段进一步衰减发射机泄漏,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,距离选通 放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,,,,,,获取对应距离的目标信息： ① 实现距离(时间)量化，从距离上对目标进行分辨 ② 消除本距离单元外的杂波,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,,,,,,滤除杂波和干扰，为动目标检测提供有利条件,距离选通 放大器,典型机载PD雷达框图,单边带滤波器,2019/10/14,27,,,,,,,,,,选择依据：① 功率最大； ② 变化， 位置不变，始终对准滤波器中心,典型机载PD雷达框图,单边带滤波器,2019/10/14,28,,,,,,,,,,,为获得距离信息，先送距离波门，再进行单边带滤波,注意：,,,③ 要求带外抑制高，插损小，形状系数好,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,2019/10/14,29,单边带滤波输出在 范围内，有： 回波信号谱 、主杂波、旁瓣杂波、高度线杂波,,主杂波,,功率最强,,,,,分布 ， 随 ， 变化,,对信号谱检测影响最大,主杂波抑制,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,2019/10/14,30,,,,,,,主杂波抑制滤波器要求,,②滤波器形状、宽度与主杂波匹配,,,,,①中心频率对准,主杂波滤波器分类,,① 频率跟踪法（闭环式跟踪）,② 杂波跟踪器（开环式跟踪）,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,,,,,,,,,,,① 频率跟踪法（闭环式跟踪）,,,设中频主杂波谱,,压控振荡器,,,,,主杂波抑制器阻带中心取,,中心频率在 附近变化， 受 控制，实现对 跟踪,混频后取差频,主杂波被最大抑制可达60dB，但杂波强度可达80dB，还有20dB剩余,通过二级混频：恢复原中频信号谱的位置，以便不影响后面的多普勒滤波。

典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,,,,,,,,,,,② 杂波跟踪器（开环式跟踪）,,,,,,,,,,,,,,及时提供站速 ，天线扫描位置,计算,控制VCO产生,送去混频,主杂波抑制器,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器频率特性,2019/10/14,33,为有效地抑制主瓣杂波谱,,主瓣杂波抑制滤波器幅频特性为主瓣杂波谱包络的倒数,使滤波输出的剩余杂波幅度为平坦杂波输出,(白化处理),由于 受站速 ，天线扫描方向 的影响是变量滤波器中心无法准确对准,存在偏差,为有效抑制，滤波器带宽增加，以适应 移动影响,典型机载PD雷达框图,PRF与主瓣杂波抑制滤波器关系,2019/10/14,34,当PD雷达采用高PRF工作时,有无杂波区,运动目标速度快,动目标回波谱落在无杂波区,单边带滤波器+主杂波抑制滤波器的作用合并,用无杂波滤波器实现,当PD雷达采用中PRF工作时,有速度模糊,不能用无杂波滤波器,目标落在旁瓣杂波区,计算,MTI抑制主杂波,典型机载PD雷达框图,高度线杂波滤波器,2019/10/14,35,零多普勒滤波,同时消除载波泄漏能量,中放后，中心频率为,高度线杂波特点,,① 较其它旁瓣杂波强,,② 谱中心位于 (零多普勒)窄带内,零多普勒滤波器抑制,典型机载PD雷达框图,调制器,收发 开关,功放,低噪 高放,频综,,低噪 中放,发射脉冲抑制器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,,主瓣杂波抑制滤波器,,,,滤波器组,检波和 积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,,,,,,距离选通 放大器,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2019/10/14,37,单边带滤波器输出信号谱 ，可用“无杂波滤波器”检测,带宽很宽,,检测信息,用N个窄带滤波器取代“无杂区滤波”,,检测回波信号谱,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2019/10/14,38,对窄带滤波器组要求：,,,,,① 因 不同而异,,滤波器宽度、形状应 与动目标信号谱匹配,窄带滤波器决定 测速精度与分辨力,,,② 相邻二窄带滤波器交于 处，滤波器组覆盖目标 可能范围,,,③ 第 个滤波器输出信号谱对应,目标相对速度,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2019/10/14,39,动目标的信号谱,谱形状、宽度取决于 个回波脉冲串包络的付氏变换,形状,辛格函数,谱宽,回波脉冲数,谱线宽 ，幅度,个脉冲通过宽度为 的辛格函数滤波器,个脉冲的相干积累,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2019/10/14,40,根据目标测速无模糊条件：,为减小复杂性,在满足速度分辨率条件下，略放宽窄带滤 波器宽度，以减少滤波器数目,,,,,目标多普勒范围 。