雷达定位

雷达定位课件下载：jijinzu.buaa.edu.cn小学课文：《蝙蝠与雷达》雷达示意脉冲法测距示意图脉冲雷达的几个基本概念脉冲宽度脉冲重复时间峰值功率脉冲雷达连续波雷达脉冲雷达的几个基本概念脉冲宽度：一个脉冲持续的时间长度脉冲重复周期（PRT，PulseRepetitionTime）：相邻两个脉冲的时间间隔tp脉冲重复频率（PRF，PulseRepetitionFrequency）：脉冲重复周期的倒数占空比（DutyFactor）：脉冲宽度与脉冲重复周期之比峰值功率：脉冲内的平均功率平均功率：一个周期内的平均功率平均功率示意图占空比示意图雷达定位雷达测距脉冲法测距tR：回波脉冲相对于发射脉冲的延迟（目标速度）2RctRcv回波脉冲示意图脉冲发射脉冲接收距离目标脉冲法测距tR：回波脉冲相对于发射脉冲的延迟（目标速度）2RctRcv误差对上式两边微分1122RRRRRRdRdcdttdccdtct12Rcdt12Rtdc电磁波传播速度变化引起的误差测时误差对第一部分误差：随气压、湿度、温度变化。≤10-5对R=100km量级，=1m，可以忽略12ccRRRcdRtdcdccRcccccR大气折射误差由电磁波在大气中的折射导致目标真实距离：R0电磁波传播距离：RΔR=R-R0（R0越大，ΔR越大）R0=100km,仰角β=0.1弧度时ΔR=16m以上两种误差（光速引起的误差和折射误差），称为外界误差，无论采用何种测距方式都无法避免，只能根据具体情况进行一些校准。测读方法误差若dt=1μs，则ΔRt=150m现一般采用电子自动测距（人工测距误差不易控制），主要受设备影响距离分辨力：同一方向上，两个相同点目标之间最小可分辨距离主要取决于脉冲宽度τ雷达定位雷达测距距离分辨力两目标可分辨的条件：Δtτ2112cttt22cRRRmin2cR采用脉冲调制方法可以较好解决距离分辨力的问题常用的脉冲调制方法有：线性调频（chirp）Chirp，鸟啁啾地叫，频率随时间变化相位编码雷达定位线性调频脉冲雷达定位雷达测距距离分辨力脉冲调制雷达定位雷达测距距离分辨力脉冲调制滤波器雷达定位雷达测距距离分辨力脉冲调制滤波器雷达定位雷达测距距离分辨力相位编码示意（二相编码）20世纪某部VHF雷达采用脉冲压缩技术前后参数变化如下：发射脉冲宽度：10微秒-430微秒接收脉冲宽度：10微秒-3微秒发射峰值功率：200kW-20kW作用距离：190km-300km最小可探测距离Rmin由于雷达收发共用天线，在发射脉冲τ时间内，接收机与天线系统间断开，不能接收信号。此外，发射脉冲结束后，天线收发转换时间为t0min01c+t2R最大单值测距范围Rmax由脉冲重复周期Tr决定为保证Rmax，需maxr12RcTmax2rTRc距离模糊问题这里的模糊，指模棱两可（ambiguity），不是边界不清晰（blur）的意思。PRF小，无模糊PRF大，有模糊有些情况下要求雷达的脉冲重复频率高，不能满足单值测距的要求（Tr不能过大）。针对这个矛盾，有多种解决方法舍脉冲法每发射M个脉冲，舍弃一个，作为发射脉冲串的附加标志max2cRMT脉间变频不同脉冲采用不同标志，如不同频率。调频法测距多用于连续波雷达(三角波调制或正弦波调制等)雷达定位雷达测距调频法测距多用于连续波雷达(三角波调制或正弦波调制等)调频法测距示意图发射信号接收信号雷达定位调频法测距的多普勒效应发射信号接收信号调频法测距的距离计算ft：发射频率fr：接收频率fb：差频ft-frTm：ft变化周期±Δf：频率调制的最大频偏目标与雷达无相对运动。04tmffftT042rmfRfftTc8btrmfRfffTc（变化值）282881mbavmmmbavbmbavmmmRTfRcfTcTRTcfRffTcfcRfffT对于运动目标，需要消除多普勒频移的影响042rdmfRfftfTc（fd：多普勒频移）8882btrdmbtrdmbbmffffRfTcffffRfTcffcRff调频法测距与脉冲测距相比的特点优点：能测量很近的距离，可达到数米测距精度高雷达线路简单，体积小，普遍用于飞机高度表及微波引信缺点难以测量多目标收发间的完善隔离不易连续波照射雷达测角振幅法测角θ0.5：半功率波束角直接测量目标回波最强方向θ0.5振幅法测角特点优点：雷达结构简单；回波最强，信噪比最大，有利于探测目标缺点：最大值处波形平坦，最强点不易判别误差较大，约为0.515等信号法同时发射两个相同且彼此互相重叠的信号，根据接收两信号的强弱来确定目标方位。目标偏左目标偏右目标居中等信号法测角特点优点：精度比最大信号法高，约为缺点：雷达结构较复杂等信号轴不是功率最大方向，在发射功率同样情况下，作用距离小于最大信号法一般用途最大信号法用于搜索等信号法用于跟踪0.52%相位法测角利用多个天线接收回波信号之间的相位差进行测角远区目标的反射电磁波近似为平面波两个相邻天线间波程差为sinRd两信号相比后得到相位差测角误差1122coscosuvtuvt22sinRd2dcosddd2cosdd提高相位法测角精度手段提高相位计精度(减小)减小，讨论d(d小，误差大；d大，容易产生多值性)相位法测角多值性问题相位计实际读数dd2N2解决方法：三天线测角(如图)d12较小：解决多值性d13较大：提高测角精度12122sin2d131312sin2dN13131212dd1312N求出求出N值(较精确)(较精确)雷达测速多普勒效应：发射源与目标之间有相对径向运动时，接收到的信号频率发生变化。1842年由物理学家多普勒发现。设目标为“点”目标发射信号为接收信号为costRUAtttcostUAtt2RRtc为目标滞后时间第二章雷达多普勒效应示意当目标与发射源无径向运动时R=R0恒定。相位差固定为002224RRRRctftc有径向运动时信号发射Rtt0()RRRRttRVtt信号达到目标1'2Rttt01122RRRRttRVtt反射信号接收t0RRtRVt由得往返时间相位差为'2RcRtt0022RRRRtRVtRVtcVc00224RRRctRVtRVtcRcV多普勒角频率差为目标与发射源相互靠近时目标与发射源相互远离时由测得目标运动速度注：垂直于雷达照射方向的运动不会产生多普勒效应42dddRdfVdt11422222dRdRRVdfVVfdtc0df0dfdRfV雷达测速雷达定位雷达测速雷达测高2222cos(90)eteaeaahahRRah12222sin1eateaeeaRRahhahaahteha2sin2taeRhhRa由于简化为动目标显示根据地面运动目标和静止目标的多普勒频移的不同，判断运动目标。MTI：MovingTargetIndicate动目标显示根据地面运动目标和静止目标的多普勒频移的不同，判断运动目标。MTI：MovingTargetIndicate雷达跟踪顺序波瓣法：在目标两侧对称地摆动波束，测量每一位置下目标回波圆锥扫描法：使雷达波束在围绕参考方向的一个圆周内旋转，并连续测量目标回波单脉冲法：同时产生波瓣，并在它们的回波中间进行振幅或相位比较顺序波瓣法圆锥扫描法比较幅度单脉冲法比较相位单脉冲法比较相位单脉冲法雷达干扰压制性干扰：向雷达天线发射高功率电磁波，使接收到的信号饱和欺骗性干扰：使雷达误判断目标的位置、速度等，如：距离波门拖曳（RGPO，RangeGatePullOff）速度波门拖曳（VGPO，VelocityGatePullOff）雷达干扰干扰箔条