雷达系统导论2..docVIP

雷达系统导论2 二、目标距离的测量 对单基地而言(发射机和接收机放在同一位置)，设电波在雷达与目标间往返一次所需时间为(即回波相对发射信号的延迟)，则目标至雷达的距离为： 简单未调制的连续波雷达没有测距能力，这与其发射波形的频谱(带宽)较窄有关。若必须测量距离，则在连续波载频上必须加上某些定时的标志，定时标志可以识别发射的时间和回波时间。标志越尖锐、鲜明，则传输时间的测量越准确。由傅里叶变换性质知：定时标志越尖锐，则发射信号的频谱越宽。因此为了测量传输时间或距离，则必须发射一定宽度的频谱[3]p68。 利用调幅、调频或调相可展宽连续波发射信号的频谱。根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可采用脉冲法、频率法和相位法。 根据雷达信号的形式，雷达主要分为：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。 1．脉冲法[1]p174~181 (脉冲雷达) 常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子，其发射波形是矩形脉冲，按一定的或交错的重复周期工作。脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关(简称为收发开关TR)和接收机保护器。在发射时，收发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失[1]p58~58。 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，它主要取决于雷达信号波形。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为[2]p480： 式中为光速，为发射波形带宽 当采用简单未编码的矩形脉冲(如图8)时，，其中为发射脉冲宽度，因此对于简单的脉冲雷达而言，，即脉冲越窄，距离分辨力越好。 测距范围包括最小可测距离和最大单值测距范围。最小可测距离是指雷达能测量的最近目标的距离。脉冲雷达收发共用天线，在发射脉冲宽度时间内，接收机和天线馈线系统间是断开的，不能正常接收目标回波。发射脉冲过去后天线收发开关恢复到接收状态，也需要一段时间。在上述这段时间内，由于不能正常接收回波信号，雷达是很难进行测距的。因此，雷达的最小可测距离为： 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期决定，即 当确定了雷达的最大作用距离后，为保证单值测距，通常选取雷达重复周期。如果雷达重复频率选得过高(如在脉冲多普勒雷达中为了保证无测速模糊)，测距有可能出现多值性。当回波延迟超过脉冲重复周期时，会把远目标误认为近目标，即目标回波对应的距离为： 式中为非负整数，为接收的回波信号与发射脉冲间的延迟(实测得到) 为了得到目标的真实距离，必须判定测距模糊值。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，通常采用的解模糊方法有： A．多种重复频率法[1]p179 先讨论用双脉冲重复频率测距判模糊的原理： 设重复频率分别为和()，它们都不能满足不模糊测距的要求。和具有公约频率为，为正整数。 常选使和为互质数，且的选择应保证不模糊测距，即 。这样 ，则目标回波延迟为： 式中 由于的选择已保证不模糊测距且，则在范围内，的关系只可能有两种且分别对应的为： 、 由于，则时必有且，这时若取这与的选择已保证不模糊测距相矛盾。因此计算目标延迟时应先采用前式，当前式算出的为负值时再利用后式。 如果采用多个高脉冲重复频率测距，就能给出更大的不模糊距离，同时也能兼顾跳开发射脉冲遮蚀(Eclipse指采用单一脉冲重复频率工作时，目标因回波时间延迟正好是脉冲重复周期的整数倍而无法测距)的灵活性[11]。具体的办法是利用中国余数定理[12]或其他算法[13]可根据几个模糊的测量值算出目标的真实距离。 孙子定理(中国余数定理)[14]p106~107： 设，是两两互素的正整数，令，则同余式组 有且仅有解 其中 注：上述定理中可据事先求出，详细参见文[1]例子。应用到上述问题时，相当于所选个脉冲重复周期的比值，不妨设为 显然，即为的公约数。 一般而言，在满足距离分辨力的情况下，脉冲雷达尽可能采用大的脉宽，以提高平均功率获得最大作用距离。在多脉冲重复频率情况下，所能获得的最大脉宽为[11]： 设分别为采用脉冲重复频率测量时的距离门数，即模糊时间延迟与的比值整数。这样设目标的真实时间延迟为，则： 将上式两边同时除以，并令、即可得到前面的同余式组。这样利用孙子定理解得后，目标的真实距离应为： B．舍脉冲法[1]p181 (能否等效成两种脉冲重复频率情形？) 所谓舍脉冲法就是每发射个发射脉冲中舍弃一个，作为发射脉冲串的附加标志。与发射脉冲相对应，接收到的回波脉冲串同样是每个回波脉冲中缺少一个。只要从舍弃的发射脉冲后逐个累计发射脉冲数，直到某一发射脉冲后没有回波脉冲时停止计