HotZ-雷达原理与系统-第八章-运动目标检测及测速第一节

第八章运动目标检测及测速§8.1多卜勒效应及其在雷达中的应用1842年，多卜勒发现多普勒效应1930年多普勒效应应用于电磁波范围分析假定目标为点目标§8.1.1多卜勒效应1、雷达发射连续波的情况发射信号：)cos()(0twAtS回波：])(cos[)()(0rrrttwKAttKStS若目标固定、相位差固定：RRftwr22C220若目标以匀速vr运动：（同相ƒd＞0，反相ƒd＜0）rrdvdtdf221CtRttr)(2)(tvRtRr0)()(22)(4)(2000tvRtvRCtRtrwrrr.w02、窄带信号时的多卜勒效应复包络有一固定迟延，而高频则有一固定相位差。回波信号表示：])(Re[)()()(0rttjwrrrettKuttKStS匀速运动复包络滞后tr：)(2)(20tvRCCtRtrr发射信号窄带表示：])(Re[)(0tjwetutS目标不动时：高频相位差：时间函数)(4)(200tvRCtRtrwrrw0若目标运动方向与雷达和目标连线夹角为α，目标速度为v，则径向速度vr＝vcosα。vr变化时，回波时间需要严格推导rdvdtdf221多卜勒频率若vr为常数，(t)引起的频率差为：rvvα§8.1.2多卜勒信息的提取ƒd与ƒ0相比很小ƒd/ƒ0=2v/C提取ƒd要用差拍方法。即：ƒr、ƒ0的差值1、连续波多卜勒雷达连续波发射机放大器相检器多卜勒滤波器指示器ƒ0ƒ0ƒ0ƒd产生频率为f0的等幅高频振荡少量发射能量耦合至接收端作为基准电压混频后的信号经放大，在相位检波器输出端取出差拍电压提取多卜勒频率信号由于相位检波器参考电压远大于回波电压，矢量合成如图8.1连续波多普勒雷达多普勒差拍矢量tud0cos0rUUU匀速目标，回波信号围绕基准点等wd旋转，合成矢量振幅为：)cos(00drwUUUwdutU0固定目标，无交流分量输出；tƒ0ƒƒ0ƒ0+ƒdƒƒ02ƒ0ƒdƒƒ0﹣ƒdƒ0﹢ƒdƒdmaxƒdƒ滤波器频率特性连续波多普勒雷达各主要点频谱变化图连续波发射机放大器相检器多卜勒滤波器指示器ƒ0ƒ0ƒ0ƒd2.脉冲工作时的多卜勒效应功率放大器接收机脉冲调制器连续振荡器显示系统ƒ0ƒ0+ƒd利用多普勒效应的脉冲雷达的原理框图发射信号按一定脉宽和重复周期工作由连续振荡器取出电压作为基准基准电压在每一重复周期均和发射信号有相同起始相位。相干检波器输入信号脉冲工作：U0mcosϕ表现为脉冲的包络,相当于连续波输出的采样。基准电压：)sin(0twUUkk回波信号：])(sin[0rrrttwUUrrttt检波器输出：)cos1()cos1(0mUmUkukd固定目标:ϕ不变ϕ=w0tr=w0，输出为等幅脉冲串2R0C运动目标：ϕ=w0tr=w0=·2·(R0-vrt)由vr及λ决定2R(t)C2πλ检波后隔直流输出：U0mcosϕ=U0mcos(R﹣wdt)=U0mcos(wdt﹣ϕ0)2w0C为包络调制频率为多卜勒频率的脉冲串UrUkU∑inτTrut0Ur1Ur2Uk△ϕut0cos(ωdt﹣ϕ0)脉冲多普勒雷达相位检波器输出波形固定目标：运动目标：脉冲顶部的变化可看做是对连续波形的脉冲采样两个脉冲间的相位差△ϕ由ωdTr决定图Fig8.5连续波多普勒效应的脉冲雷达的A显画面运动目标2(R0-△R)C利用多普勒效应的脉冲雷达的主要波形图连续振荡t回波（固定）t脉冲发射t回波（运动）t相干检波（固定）t2R0C相干检波（运动）t（ƒd）1τ功率放大器接收机脉冲调制器连续振荡器显示系统ƒ0ƒ0+ƒd脉冲工作时，相邻重复周期运动目标回波与基准电压间的相位差的变化为：Δϕ=wdTr=w0Tr=w0Δt2vrCvR变化Δtr存在Δtr=2ΔR/C=2vrTr/C量级很少，但Δϕ=w0Δtr对高频相位会产生灵敏影响ƒd多卜勒频移只使相位检波器输出脉冲的顶部畸变，此时，要检测多卜勒频率需要多个脉冲串τ1ƒd才可能利用单个脉冲测频τ1对于运动目标回波，重复周期的微小变化ΔTr=Tr可忽略2vrC§8.1.3盲速和频闪a.盲速：目标径向速度vr，其回波经过相位检波器后输出为一串等幅脉冲，与固定目标的回波相同，vr为盲速。当ƒd=kƒr=k=0,±1,±2,…时，脉冲不能区别运动目标和固定目标2vrλ∵cos(wdt-ϕ0)=cos[wd(t–nTr)-ϕ0]从采样上看，相当于所有采样都发生在正弦波的同一相位点上，从频谱上看，即回波频谱线与发射频谱线重合。b．频闪：指速度测量有多值性。wd=2π与wd+k2πfr不能区分。2vrλ完全没有多值的测量为：wd∈[－π／Tr,π／Tr,]|fd|½fr])2cos[()cos(00tkfwtwrddc．原因：脉冲工作状态是对连续波工作的采样，取样后的波形和频谱都会发生变化窄带运动目标回波：Sr(t)=Re{Ku(t-tr)exp[j(w0+wd)(t–tr)]}u(t)的频谱是一串谱线，τ决定包络，Tr决定间隔。将U(f)的中心搬移到f0，可画出发射信号频谱。1Tr简单脉冲波形的复调制函数nrCnTtrecttu)()(运动目标的回波信号是u(t−tr)与具有多卜勒频移的连续振荡时域相乘，频域相卷。fr10f0ffr10f0f10fSr(f)f0)()(00ddfffUfffUsr(t))]()([)()(00ddrfffffffUfSdd相当于将U(f)的频谱中心搬移到(f0+fd)和-(f0+fd)。frSr(f)0frdff0-(f0+fd)1)(0dff1)(0dff10dfff01dfdfdrffdrff1f0-f0-f0相参电压谱相位检波器输出谱盲速原因：fd=nfr（固定目标：位于nfr）运动目标nfr±fd若nfr±fd=Nfr频闪原因：fd＞½fr，频谱混叠。fd1、fd2满足fd1=nfr±fd2，此时也无法区分两种频率，出现测速模糊。矢量图和波形图也可解释。UrUkuτt0f0+fd10ff0f0U（f）习题1∴会出现盲速现象∴会出现频闪现象习题2α从0º到30º时，fd从0连续变化到fdmax方向满足：当fr=600Hz，共有30000/600=50个盲速点。