雷达系统导论1

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1、雷达系统导论1一、目标径向速度的测量连续波雷达：发射、接收连续波，其工作的基础是多普勒效应：当雷达与目标存在相对运动时,回波频率会发生变化。1.运动目标的多普勒频率[l]p264~265设雷达发射信号s(t)=cos(690z),目标回波信号为厂⑴=Ks(t-4)=Kcos[©a-4)]，设初始距离R°(20吋的距离)处有一个径向速度为乙的0标接近雷达，则(1)常用多普勒频率表达式R⑴tR=2R(t)/c,R(t)=R0-vRt,则收发差频信号的相位、频率为:©⑴=_a)&R二_4厭(”/2fd2龙dtAdt故目标运动所引起的多普勒

2、频率为f(l=2vrM1d0(r)2dR⑴==由于运动目标引起多普勒频移，我们可以从发射信号屮区分出接收信号，并能测量其相对速度。上面公式正是雷达测速的基本原理。注意：上血所得运动目标多普勒频率公式f(l=2vr/A的使用前提是利用接收信号相位减发射信号相位(差频时)，这样一来相向运动的目标对应正多普勒频率，远离雷达的目标回波多普勒频率为负，这已成为公认常识，但必须记住其应用条件。当差频釆用发射减接收时，则fd=-2vr/A,这样为取得与常识相一致，在频谱显示时必须将止负频进行对调(原岸基高频地波超视距雷达系统就是这样)。(2)精确

3、的多普勒频率公式在「吋刻接收到的回波是在f吋刻发射的，而照射到目标上的吋间为一境，照射吋的目标距离为:R(t-tR/2)=RQ-vr(t-tR/2)而往返R(t-tR/2)距离所需的吋间正是目标的延迟吋间s，故.一2尺(/-s/2)lR~~可解得："他一叩),则目标回波为:C一匕C+Vr(t)=Kcos690Lt-coC~Vr=Kcos上式表明回波频率为/=/o£±21=/oy+Vr/Cjvvv22v2v2—=/。(1+丄)(1+丄+十+…)=/o(l+—+"+・・・)c-vr1-vrjcccccc一般v,.«c,忽略上式中的高次项

4、，则可相当准确地近似为：/=/o+2VrM即目标径向运动所引起的多普勒频率为：f(l=2vr/A,这与常用的多普勒频率表达式相同。文[2]p409~411通过研究接收回波周期、发射信号周期的关系得到上述精确多普勒频率表达式。2.运动目标径向速度方向的确定(正交双通道处理)如果在雷达探测区域中同时存在许多不同速度(有正有负)的运动目标，则回波信号将是一个带通信号，其屮心频率为人，而带宽为目标多普勒频移的范围。该信号中不同频率分量的幅度反映不同速度目标的回波强度，因此进行目标检测一般是进行数字频谱分析，利用傅立叶变换完成。(1)单路处理

5、连续波雷达发射连续的正弦波，主要用来测量目标的速度，如同时需测量目标的距离，往往对发射信号进行调制，如对连续的正眩信号进行周期性的频率调制。简单的连续波雷达(零屮频混频)方框图如图1:发射机产生频率为/()的非调制连续振荡，由天线辐射出去。频率为f.±fd的接收冋波信号经天线进入雷达，与频率为人的发射信号在检波器(混频器)中进行外差，产生频率为/d的多普勒拍频，在此过程中将丢失/d的符号。图1简单连续波雷达方框图设一般的实回波信号通常为高频窄带信号ll]p288~289：»(/)=aa)cos[如+俠/)]式中。(/),俠/)分别为

6、信号的振幅和相位调制函数，通常均为窄带信号。因此。(/),俠/)与载频©相比均是时间的慢变函数。此信号可以用复数表示为(严格的理论分析见后文)：片(/)=(l/2)a(/){cxpU(©)/+俠/))]+exp[-j(6J0/+0(f))]}=(1/2){曲0呦“如+⑴厂如}=(1/2){〃(『0如+/⑴厂如}式中复包络u(t)=a(/)/⑷接收信号sr(t)与发射信号s(f)=COS69(/混频得：(r)cos如=£b⑴+lt“⑴]+1b(/)"如+U(/)「2如低通滤波后，取出前项缓变的低频分量为：丄[“⑴+”⑺]。可见采用单路

7、零中频检波器，原接4收信号正、负频率轴上的频谱全部移到零频率的位置上，从而产生频谱折叠。如u(t)=a(t)e^r时，tMf)+/(f)]=*d(r)cosQ屛己不能区分频率的正负值，即无法判断目标径向速度的方向。(2)正交双通道处理正交双通道是由两路相同的支路组成，差别仅在其基准的相参电压相位差90°,这两路分别称为同相支踰Inphase支路)和正交支^(Quadrature支路)。要得到冋波信号s,.(f)的全部信息，应能保证把复调制函数“(/)单独収出來，这要求片(/)与复函数旷丿如相乘，即5,.⑴厂如=(l/2)w(r)+(

8、1/2)/(2一力如通过低通滤波后就可取出复调制函数“⑴而滤除高次项/g叫片⑴与复函数厂皿'相乘可分解为：sr(t)e~JM,,r=sr(t)cosa)&一jsr(t)sina)l}t=丄{«(r)cos(p(t)+d(/)cos[2