雷达测速与测距

1、雷达测速与测距GZH2016/3/29系统流程图模块分析1脉冲压缩1.1原理分析雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度 （径向）分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为?加赤（1.1）其中c为光速，B=?f为发射波形带宽。雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。对于简单的脉冲雷达，B= ?f = 1/5此处，力发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有?，一、?= 2 T（1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为 1）,因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围

2、，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间内所输出的功率称脉冲功率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值，用Pav表示。它们的关系为?= ?（1.3）脉冲压缩（PQ雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离 与分辨能力之间的矛盾。在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽 B满足B= ?f ? 1/石令？ = 1/B,则一 ？一、?= 2 ?(1.4)(1.4)式中，？?表示经脉冲压缩后的有效脉宽。因此脉冲压缩雷达可用 宽度出勺发射脉冲来获得相当于发射有效宽度为？勺简单脉冲系统的距离分辨力。发射脉冲宽度眯系统有效(经压缩的)脉冲宽度？?的比值便成为脉冲压缩比，即D= -(1.5)?则D = B? r(1.6 )输入信

3、号形式为?s(t) = A ? rect (? ? ?2?F(1.7)?1.其中rect (?矩形函数，当|? 02时为1其他情况为0。实践中?s(t) = rect (? ?2(1.8)系统采用匹配滤波h(t) = ?(?- ?)(1.9 )输出为?(?)= ?(?)? ?(?)(1.10)1.2仿真结果雷达发射信号为LFM信号，脉冲宽度为Tp=10e-6 ,信号带宽为B=4e6,脉冲重复周期为T=100e-6,因此脉冲占空比为0.1 ,采样频率为 fs=5e6 o时宽带宽积为D=Tp*B。发射信号波形如下：图1.1 LFM信号时域波形和频谱图1.2 chirp 信号发射信号为16个脉冲，在经过延时和加入噪声后得到回波信号如下：图1.3完整回波信号从图中可看出，回波信号在每个脉冲重复周期中有3个脉冲，表示目标个数为3。图1.4回波信号的一个周期在仿真过程中，给回波加入一定的高斯噪声，使仿真更接近实际。图1.5噪声信号图1.6 一个周期回波信号加噪声在接收到回波后，用 Hamming窗进行滤波，然后再进行匹配滤波 这样可滤除部分杂波信号。图1.7 (a)脉压后输出波形600010010

4、0距离加囱的脉压后二口果20o o o O口-816000图1.7 (b)脉压后输出波形从图中可明显看到3个尖峰，每个尖峰代表一个目标回波。2三脉冲非递归MTI2.1原理分析当杂波和运动目标回波在雷达显示器上同时显示时，会使目标的观察变得 很困难。如果目标处在强杂波背景内，弱的目标淹没在强杂波中，特别是当 强杂波使接收机发生过载时，将很难发现目标。目标回波和杂波在时间域上 难以区分，但由于目标的速度远大于背景的速度，目标回波的多普勒频移远 大于背景的多普勒频移，从而可在频域上区分目标与杂波。动目标显示滤波 器(MTI)利用运动目标回波和杂波在频谱上的区别，有效地抑制杂波而提取信号。在雷达上加装 MTI滤波器，大大的改善了雷达在强杂波背景中检测运 动目标的能力。在相位检波器输出端，固定目标的回波是一串振幅不变的脉冲，而运动目 标的回波是一串振幅调制的脉冲。在把回波信号送到终端显示器前，必须先 消除固定目标回波。最直接的方法是将相邻重复周期的回波信号相减，则周 定目标回波由于振幅不变而互相抵消，运动目标回波相减后剩下相邻重复周 期振幅变化的部分。传统的MTI滤波器有两种形式：非递归形和递归

5、形。这里介绍非递归形 不带反馈的滤波器称为非递归型滤波器。下面以一次对消器为例进行说明。一次对消器，即二脉冲对消。其结构图如图2.1 (a),对消器的输入X(z)相位检波器的输出信号。它是一个单零点系统，零点位置在 z 1 ,令 s j ,即z ejT在Z平面上是单位圆。由相位检波器输出的脉冲包络为(2.1 )(2.2 )u(t) U0cos (t)为回波与基准电压之间的相位差2(R0 Vrt).0dt0c回波信号按重复周期出现，将回波信号延迟一周期后，具包络是u (t) Ucos d(t Tr)0(2.3 )u u u 2U0sin dTr sin d dTr 0(2.4)22输出包络为一多普勒频率的正弦信号，其频率为2U 0 sin -dTr(2.5)2为多普勒频率的函数。当dTr/2 n (n=1,2,3,)时，输出振幅为零这时的目标速度正相当于盲速，盲速是运动目标回波在相位检波器的输出端 与固定目标回波相同，因而经对消设备后输出为零。下面从频率域来说明对消器的工作原理。对消器的输出为Uo ui(1 e j Tr)(2.6 )对消器的频率响应特性为unj Tj(- fTr)H(j

6、 ) -0- 1 e j r (1 cos Tr)jsin T 2sin fe 2(2.7)Ui图2.2对消器的频率响应对消器等效于一个梳状滤波器，其频率特性在f 肝各点处均为零。周定目标频谱的特点是它的谱线位于 点上，因而在理想情况下，通过对消器 后输出为零。当目标的多普勒频率为重复频率的整数倍时，其频谱结构也有 相同的特点，故通过上述梳状滤波器后无输出。2.2仿真结果本次仿真用的是三脉冲非递归 MTI,其频响和二脉冲非递归 MTI类似, 脉冲对消相比二脉冲对消能明显改善零多普勒附近的凹口宽度。在进过三脉在参数设定时，设定有三个目标，距离分别为 4000米、8000米、12000 米，其对应的径向速度为 0、35m/s、85m/s。所以经过MTI后，4000出目标 回波被滤除，仿真结果与理论分析一致。3 MTD 3.1原理分析早期的动目标显示雷达性能不高，其改善因子一般在20dB左右。随着在系统设计与实现技术的改进、数字技术的提高，主要依靠信号处理的潜在能 力，MTI雷达的性能还将进一步的改善和提高：增大信号处理的线性动态范围；增加一组多普勒滤波器，使之更接近于最佳滤波，提高改善因子

7、；能抑制地杂波（其平均多普勒频移通常为零）且能同时抑制运动杂波（如云雨、鸟群、箔条等）；增加一个或多个杂波图，可有帮助检测切向飞行大目标等作用;做了上述改进的系统称之为动目标检测( MTD系统。这里介绍的多普勒 滤波器组就是一种MTD8波器。根据最佳滤波理论，当杂波功率谱 C(f)和信号频谱S(f)已知时，最佳滤 波器的频响是：H(f)* -j 2 ftS (f)ej2 sCf(3.1 )式中，ts是使滤波器能够实现而附加的延迟时间，式 (3.1)的滤波器可分 成两个级联的滤波器H1(f)和H2(f)其传递函数形式为：(3.2)H2(f) H2i(f)H22(f)式中，H2l(f)为单个脉冲的匹配滤波器，通常在接收机中放实现，H22(f)是对相参脉冲用进行匹配，它利用了回波脉冲用的相参性进行相参积累。H22(f)是梳齿形滤波器，齿的间隔为脉冲重复频率fr,如图3.1(b)中0号滤波器；齿的位置取决于回波信号的多普勒频移，而齿的宽度应和回波谱 线的宽度一致。由于实际中 fd不能预知，因此要用一组乡里且部分重叠的滤 波器组(如图3.1(b)中0-7号滤波器)，覆盖整个多普勒频率范围，这就是

8、多 普勒滤波器组所要完成的功效。输入N个脉冲的横向滤波器组有 N-1根延迟线，每根延迟时间Tr 1fr , 经过各脉冲不同的加权并求和后，可以做成N个相邻的窄带滤波器组，频率覆盖0到fr0如果要同时得到N个滤波器的响应，则在图 3.2中横向滤波器 的每一抽头应该有N个分开的输出并相应的加权。设加在第k个滤波器的第i个输出端头的加权值为：(3.3 )wik e j2 (i1)kN,i 1,2,L Nk表示标号从0到N-1的滤波器，每一个k值对应一组不同的加权值，相 应地对应一个不同的多普勒滤波器响应。图 3.1(b)中所示滤波器响应是 N=8 时按式(3.3)加权所得各标记k的滤波器频率响应，k取0-7。第2个滤波器, 即当k=1时，峰值响应产生在fr/8,以及fr fr/8, 2fr frk取其他值， 可以此类推。可写出横向滤波器按式(6.5.38)加权时的脉冲响应及其频响函数：Nhk(t)t (i 1)Te j2 (i 1)k N(3.4)i 1N(3.5)Hk(f) e j2 ft efTkNi 1滤波器振幅特性Hk(f)j2 (i 1)fT ek Nsin N(fT k N)si

9、n (fT kN)(3.6)滤波器峰值产生于sin (fT k/N) 0o 0号滤波器的中心位置在零频以 及重复频率的整数倍nfr处，通过没有多普勒频移的杂波，因此对地杂波没有 抑制能力。所以MTD8波器常常和 MTI滤波器配合使用。用横向滤波器实现窄带滤波器可不采用式(3.3)所示的权值，而是根据特定的需要灵活地选用不同的加权矢量，可以根据不同频率处设置特性相 异的滤波器。每个滤波器都有一定的副瓣，幅瓣的大小决定着杂波抑制能力的大小。 为了压低副瓣，一般都需要对数据做加窗处理。目前常用的窗函数有矩形窗、 三角形窗、 Hanning 窗、Hamming窗、Blackman 窗、Gaussian 窗、Kaiser 窗、 Bartlett 窗。3.2仿真结果图3.3 MTD输出由图3.3得出，在地5通道和第12通道有输出，对应的通道中心径向速 度为:38m/s, 91m/s 。实际速度为 35m/s、85m/s。4恒虚警率检测4.1 原理分析在现代雷达信号处理中，为了提高雷达的性能，首先需要提高检测器输 入端的信噪比及信干比，其措施是降低接收机的噪声系数，采用各种抑制杂 波和抗干扰的措施等。但是即使采用了上述方法，检测器输入端还会有噪声、 杂波和干扰的剩余分量。由于接收机内部噪声电平因模拟器件的影响而缓慢 时变，杂波和干扰剩余也是

《雷达测速与测距》由会员鲁**分享，可在线阅读，更多相关《雷达测速与测距》请在金锄头文库上搜索。