雷达技术第六章目标距离的测量2122.doc

第 6 章 目标距离的测量 6.1 脉冲法测距 6.2 调频法测距 6.3 距离跟踪原理 6.4 数字式自动测距器 1 第 6 章 目标距离的测量 主要内容及基本要求 理解脉冲测距的基本原理； 理解调频法测距的基本原理； 了解距离跟踪原理； 2 雷达如何测距？ （1） 脉冲雷达 （2） 连续波雷达 B R 目标距离的测量 A ? t ? ? R ? ? R ? ? ? ? 2 R ct R c 1 2 3 雷达测距的实现方法 实现方法： 调幅——脉冲法测距 调频——频率法测距 调相——相位法测距 4 雷达测距的实现方法 连续波雷达 常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子。 其发射波形是单载频的按一定重复周期工作的矩 形脉冲。发射的每个脉冲都相当于对电磁波打上 了标记，以测量回波时间，从而完成测距。 5 雷达测距的实现方法 连续波雷达 测距物理解释： 一般来说，单载频的连续波雷达没有测距能 力，这与其无法适用基于脉冲回波时延的测距手 段，且发射信号带宽较窄有关。 若必须测量距离，需要在连续波发射信号上 加上某些定时标志，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延或距离 ，必须扩展单载频连续波的频谱。 6 6.1 脉冲法测距 6.1.1 基本原理 l p R=CtR /2 l 发射 近区地 物回波 目标回波 R=0.15tR ，R（km） tR （us） 脉冲 0 10 20 30 40 50 60 70 km 机械距离刻度标 思考问题： 用脉冲的哪里来作为 尺 回波到达时刻? 图6.2 显示器荧光屏画面 有何区别？ 回波前沿 回波中心 7 6.1 脉冲法测距 检测 发现、虚警 和支路 ? 门限 Σ 本振 差支路 匹 配 滤波器 包络 检波 微分 (d / dt) 过零点 检 测 ? t t 图6.3 回波脉冲中心估计 8 6.1 脉冲法测距 9 6.1 脉冲法测距 6.1.2 影响测距精度的因素 误差种类： （1）系统误差 由于测量工具本身固有误差、测量原理本身 理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生 理条件的制约而带来的测量误差． 特征：可知性、可补偿 （2）随机 误差 即使在完全消除系统误差这种理想情况下， 多次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预 测的不确定因素干扰而产生测量误差． 特征：随机性、难补偿 10 6.1 脉冲法测距 ? 怎么考虑测距中的误差？ 全微分 ? t ? ? R ? ? R ? ? ? ? 2R c 1 2 ct R ? ? R R dR dc dt ? ? ? ? c t R R t c ? ? dc dt R R 2 2 R c ?R ? ? ? ? c 2 c t R R c ? ? dc dt R c 2 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。 11 6.1 脉冲法测距 （1）电波传播速度变化产生的误差 估算传播速度变化引起的误差 R c ?R ? ? ? ? c t R c 2 ?R ? ? c R c 表6.1 电波传播速度 12 6.1 脉冲法测距 （2）时间差测量误差 ? ? ? ? ? R c R c t ?R ? ? ? ? R c t R c 2 R c t R ? ? ? ? t R R 若时间差测量误差为1us，测距误差为150m; 若时间差测量误差为1ps，测距误差为0.15m; 13 6.1 脉冲法测距 （3）因大气折射引起的误差 目标视在位置 测距误差 目标真实位置 R ? ? ? R R R 0 ?? R 0 视角误差 ?? H ? 地面 图6.4 大气层中电波的折射 14 6.1 脉冲法测距 （4）测读方法误差 直接从显示器上测量目标距离： 显示器荧光亮点直径，刻度精度，人工测读时的惯性等。 自动测距时的测量误差： 测距系统的结构，系统传递函数，噪声干扰等。 15 6.1 脉冲法测距 6.1.3 测距精度的理论极限 ——真值和理论值的差别 信号最大值出现的时延估值的方差为 ? ? 2 t r ? 8 2 1 E N o 2 B e 式中，E 为信号能量； N 0 为噪声功率谱密度； B e为信号u(t)的均方根带宽， 时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方根带宽。 推导见P225-226 公式错误 16 6.1 脉冲法测距 6.1.4 距离分辨力和测距范围 区分两个概念： 距离分辨率/分辨力： 同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。 测距精度： 同一个点目标的测量值和真实值之间的最小偏差。 17 6.1 脉冲法测距 （1）距离分辨力： ? ? c d ? ? ? ? ? r ? c 2 v ?