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第八章運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速第八章運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速§8.1多卜勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用1842年,多卜勒發(fā)現(xiàn)多普勒現(xiàn)象§8.1.1多卜勒效應(yīng)1930年,多普勒規(guī)律應(yīng)用于電磁波范圍分析假定目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于雷達(dá)分辨單元§8.1多卜勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用1842年,多卜勒發(fā)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波時(shí)的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號(hào):回波:目標(biāo)固定不動(dòng)時(shí)目標(biāo)以勻速vr運(yùn)動(dòng)時(shí)雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波時(shí)的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號(hào):回波:目標(biāo)固定

發(fā)射頻率:f0接收頻率:f0+fd運(yùn)動(dòng)目標(biāo)v多普勒頻率線速度徑向速度

fd大小與徑向速度有關(guān)fd正負(fù)與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)發(fā)射頻率:f0接收頻率:f0+fd運(yùn)動(dòng)目標(biāo)v多普勒頻率例.設(shè)雷達(dá)工作波長(zhǎng)為10cm,目標(biāo)徑向速度為300m/s,求回波信號(hào)的多普勒頻移。采用差拍法提取多普勒頻移如何提取fd例.設(shè)雷達(dá)工作波長(zhǎng)為10cm,目標(biāo)徑向速度為采用差拍法提連續(xù)波多卜勒雷達(dá)連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)收發(fā)信號(hào)差頻比較發(fā)射耦合信號(hào)與回波信號(hào)的合成電壓實(shí)質(zhì):利用相位檢波器輸出發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)中的差拍頻率電壓§8.1.2

多卜勒信息的提取連續(xù)波多卜勒雷達(dá)連續(xù)波放大器多卜勒濾波指示器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)收發(fā)u0ur相檢器輸出t0tuΣ相檢器輸出固定目標(biāo)勻速目標(biāo)為常數(shù)

相檢器輸入

φ為u0與ur的相位差u0ur相檢器輸出t0tuΣ相檢器固定目標(biāo)勻速目標(biāo)為常數(shù)

相?0??02?0?d??0﹣?d?0﹢?d?dmax?d?濾波器頻率特性信號(hào)頻譜變化圖連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器?0?0?0?d?0?0+?d??0-?d?0??02?0?d??0﹣?d?0﹢?d?dmax?脈沖工作時(shí)的多卜勒效應(yīng)思考:脈沖工作時(shí)與連續(xù)波工作時(shí)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)功率放大器接收機(jī)脈沖調(diào)制器連續(xù)振蕩器顯示系統(tǒng)脈沖工作時(shí)的多卜勒效應(yīng)思考:脈沖工作時(shí)與連續(xù)波工作時(shí)的相同點(diǎn)連續(xù)振蕩t回波(固定)t脈沖發(fā)射t回波(運(yùn)動(dòng))t相位檢波(固定)t2R0C2R0-△RC相位檢波(運(yùn)動(dòng))t連續(xù)振蕩t回波(固定)t脈沖發(fā)射t回波(運(yùn)動(dòng))t相位檢波(固運(yùn)動(dòng)目標(biāo):UrUkU∑inτTr相檢器輸出t0Ur1Ur2Uk△?相檢器輸出t0cos(ωdt﹣?0)固定目標(biāo):U∑in相鄰重復(fù)周期多普勒頻率形成的相位差脈沖的包絡(luò)相當(dāng)于連續(xù)波輸出的采樣

運(yùn)動(dòng)目標(biāo):UrUkU∑inτTr相檢器輸出t0Ur1Ur2U固定目標(biāo):運(yùn)動(dòng)目標(biāo):輸出為包絡(luò)調(diào)制脈沖串,包絡(luò)調(diào)制頻率為多卜勒頻率檢波輸出為等幅脈沖串檢波器輸出相位檢波隔直流輸出固定目標(biāo):運(yùn)動(dòng)目標(biāo):輸出為包絡(luò)調(diào)制脈沖串,包絡(luò)調(diào)制頻率為多卜相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波時(shí)延差相鄰重復(fù)周期延遲時(shí)間變化小相鄰重復(fù)周期高頻相位變化大

相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波高頻相位差

同等條件下,利用高頻相位差檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)靈敏度更高相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波時(shí)延差相鄰重復(fù)周期延遲時(shí)間變化小相鄰重復(fù)§8.1.3盲速和頻閃盲速?gòu)牟蓸由峡?,所有采樣都發(fā)生在正弦波的同一相位點(diǎn)上此時(shí):原因:目標(biāo)具有徑向速度vr,但其回波經(jīng)過相位檢波器后輸出為一串等幅脈沖,vr

為盲速。Ur2Ur1Uk△?U∑§8.1.3盲速和頻閃盲速?gòu)牟蓸由峡?,所有采樣都發(fā)生頻閃完全沒有多值的測(cè)量為:Ur2Ur1Uk△?U∑或速度測(cè)量有多值性現(xiàn)象:原因:脈沖工作狀態(tài)是對(duì)連續(xù)波工作的采樣,取樣后的波形和頻譜都會(huì)發(fā)生變化。

相檢器輸出:相鄰脈沖相差:頻閃完全沒有多值的測(cè)量為:Ur2Ur1Uk△?U∑或速度測(cè)量Ur1Ur22πUkωdFd=0fd=frτTrFdfdtτTrfdFdtUr2Ur1Δ?Uk盲速與頻閃的矢量圖及波形圖分析Fdfd0fr2frUr1Ur22πUkωdFd=0τTrFdfdtτTrfd第二節(jié)MTI雷達(dá)工作原理及組成§8.2.1基本工作原理相參電壓獲取固定雜波消除關(guān)鍵第二節(jié)MTI雷達(dá)工作原理及組成§8.2.1基本工作原理§8.2.2獲得相參振蕩電壓的方法中頻全相參動(dòng)目標(biāo)顯示§8.2.2獲得相參振蕩電壓的方法中頻全相參動(dòng)目標(biāo)顯示§8.2.3消除固定目標(biāo)回波相位檢波器的輸出消除固定回波的方法頻譜抑制法對(duì)消法濾波器組,每個(gè)濾波單元抑制其中一個(gè)nfr相鄰重復(fù)周期信號(hào)相減,固定目標(biāo)由于振幅不變而相互抵消;動(dòng)目標(biāo)相減后剩下相鄰重復(fù)周期振幅變化的部分作為輸出。固定目標(biāo)回波和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波均會(huì)形成輸出§8.2.3消除固定目標(biāo)回波相位檢波器的輸出消除固定回波的相消設(shè)備特性對(duì)消法延時(shí)Tr包絡(luò)振幅相消器輸出相消設(shè)備特性對(duì)消法延時(shí)Tr包絡(luò)振幅相消器輸出相消器輸出相消設(shè)備輸出響應(yīng)盲速盲速對(duì)動(dòng)目標(biāo)具有最佳響應(yīng)相消器輸出相消設(shè)備輸出響應(yīng)盲速盲速對(duì)動(dòng)目標(biāo)具有最佳響應(yīng)頻域觀點(diǎn)頻域觀點(diǎn)數(shù)字相消器采樣保持電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字延遲線相減器數(shù)模轉(zhuǎn)換電路相干視頻延遲數(shù)字信號(hào)相消視頻輸出數(shù)字相消器采樣保持電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字延遲線相減器數(shù)模轉(zhuǎn)換電習(xí)題習(xí)題第三節(jié)盲速盲相的影響及其解決途徑盲速及消除盲速的方法§8.3.1盲速n=1時(shí)為第一盲速第一盲速——重復(fù)周期內(nèi)目標(biāo)走過的距離為半個(gè)波長(zhǎng)第三節(jié)盲速盲相的影響及其解決途徑盲速及消除盲速的方法§8.測(cè)速模糊和測(cè)距模糊的關(guān)系例:測(cè)速模糊與測(cè)距模糊矛盾最大單值不模糊距離參差重復(fù)頻率解測(cè)速模糊測(cè)速模糊和測(cè)距模糊的關(guān)系例:測(cè)速模糊與測(cè)距模糊矛盾最大單值不§8.3.2盲相點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相由相位檢波器特性所引起,減弱雷達(dá)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)能力?;鶞?zhǔn)電壓方向相檢器輸出對(duì)消輸出點(diǎn)盲相§8.3.2盲相點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相由相位檢波器特性所引起,減差矢量連續(xù)盲相后果:可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。解決辦法:改進(jìn)相位檢波器的特性解決盲相問題(早期)使用矢量對(duì)消器解決盲相問題(現(xiàn)代)連續(xù)盲相中頻對(duì)消、正交雙通道處理差矢量連續(xù)盲相后果:可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波背景習(xí)題習(xí)題第四節(jié)回波和雜波的頻譜

及目標(biāo)顯示濾波器作用:了解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和雜波在頻譜結(jié)構(gòu)上的區(qū)別,以達(dá)到抑制固定雜波、顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波的目的。第四節(jié)回波和雜波的頻譜

目標(biāo)回波的頻譜特性§8.4.1目標(biāo)回波和雜波的頻譜特性雷達(dá)發(fā)射相參脈沖串,脈寬為τ,重復(fù)頻率為

fr。天線不掃描時(shí),目標(biāo)回波為無限等幅脈沖串。目標(biāo)回波的頻譜特性§8.4.1目標(biāo)回波和雜波的頻譜特性雷達(dá)掃描時(shí),設(shè)天線方向圖可用高斯函數(shù)來表示則,收到的回波脈沖串的包絡(luò)函數(shù)為則,回波為fd+fr-fd+fr掃描時(shí),設(shè)天線方向圖可用高斯函數(shù)來表示則,收到的回波脈沖串的雜波頻譜天線不掃描時(shí),雜波頻譜位于nfr

處,可用

對(duì)消器完全濾除天線掃描時(shí),雜波譜展寬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)雜波平均速度為零而只有內(nèi)部起伏時(shí),雜波的頻譜位置在nfr上,但每根譜線均展寬固定雜波分布雜波展寬使得對(duì)消器不能很好的濾去雜波,有多卜勒頻移時(shí),應(yīng)使濾波器凹口對(duì)準(zhǔn)雜波譜的平均多卜勒位置如果雜波有平均速度,則會(huì)產(chǎn)生多卜勒頻移雜波頻譜天線不掃描時(shí),雜波頻譜位于nfr處,可用天線掃描§8.4.2動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器地雜波的功率譜信號(hào)S(f)

最佳濾波器的頻響實(shí)際雜波抑制濾波器只能使濾波器特性的凹口基本上和雜波梳狀譜的寬度相當(dāng),為準(zhǔn)最佳濾波。均勻分量的功率譜密度雜波特性決定的梳狀分量§8.4.2動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器地雜波的功率譜信號(hào)S(f)一次相消器fr-fr只有一個(gè)零點(diǎn)一次相消器fr-fr只有一個(gè)零點(diǎn)遞歸型一次相消器若K1

接近于1,則凹口越窄,其他部分越平坦。引入極點(diǎn)z=K1,K1<1簡(jiǎn)單MTI利用此法擴(kuò)大速度響應(yīng)范圍。遞歸型濾波器:靈活,暫態(tài)響應(yīng)長(zhǎng)。遞歸型一次相消器若K1接近于1,則凹口越窄,引入極點(diǎn)z=K二次相消器K=2,三脈沖對(duì)消器K=+2~-2二次相消器K=2,三脈沖對(duì)消器K=+2~-2遞歸型二次相消濾波器遞歸型二次相消濾波器演講完畢,謝謝觀看!演講完畢,謝謝觀看!第八章運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速第八章運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速§8.1多卜勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用1842年,多卜勒發(fā)現(xiàn)多普勒現(xiàn)象§8.1.1多卜勒效應(yīng)1930年,多普勒規(guī)律應(yīng)用于電磁波范圍分析假定目標(biāo)為點(diǎn)目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于雷達(dá)分辨單元§8.1多卜勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用1842年,多卜勒發(fā)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波時(shí)的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號(hào):回波:目標(biāo)固定不動(dòng)時(shí)目標(biāo)以勻速vr運(yùn)動(dòng)時(shí)雷達(dá)發(fā)射連續(xù)波時(shí)的多普勒效應(yīng)發(fā)射信號(hào):回波:目標(biāo)固定

發(fā)射頻率:f0接收頻率:f0+fd運(yùn)動(dòng)目標(biāo)v多普勒頻率線速度徑向速度

fd大小與徑向速度有關(guān)fd正負(fù)與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)發(fā)射頻率:f0接收頻率:f0+fd運(yùn)動(dòng)目標(biāo)v多普勒頻率例.設(shè)雷達(dá)工作波長(zhǎng)為10cm,目標(biāo)徑向速度為300m/s,求回波信號(hào)的多普勒頻移。采用差拍法提取多普勒頻移如何提取fd例.設(shè)雷達(dá)工作波長(zhǎng)為10cm,目標(biāo)徑向速度為采用差拍法提連續(xù)波多卜勒雷達(dá)連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)收發(fā)信號(hào)差頻比較發(fā)射耦合信號(hào)與回波信號(hào)的合成電壓實(shí)質(zhì):利用相位檢波器輸出發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)中的差拍頻率電壓§8.1.2

多卜勒信息的提取連續(xù)波多卜勒雷達(dá)連續(xù)波放大器多卜勒濾波指示器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)收發(fā)u0ur相檢器輸出t0tuΣ相檢器輸出固定目標(biāo)勻速目標(biāo)為常數(shù)

相檢器輸入

φ為u0與ur的相位差u0ur相檢器輸出t0tuΣ相檢器固定目標(biāo)勻速目標(biāo)為常數(shù)

相?0??02?0?d??0﹣?d?0﹢?d?dmax?d?濾波器頻率特性信號(hào)頻譜變化圖連續(xù)波發(fā)射機(jī)放大器相位檢波器多卜勒濾波器和放大器指示器?0?0?0?d?0?0+?d??0-?d?0??02?0?d??0﹣?d?0﹢?d?dmax?脈沖工作時(shí)的多卜勒效應(yīng)思考:脈沖工作時(shí)與連續(xù)波工作時(shí)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)功率放大器接收機(jī)脈沖調(diào)制器連續(xù)振蕩器顯示系統(tǒng)脈沖工作時(shí)的多卜勒效應(yīng)思考:脈沖工作時(shí)與連續(xù)波工作時(shí)的相同點(diǎn)連續(xù)振蕩t回波(固定)t脈沖發(fā)射t回波(運(yùn)動(dòng))t相位檢波(固定)t2R0C2R0-△RC相位檢波(運(yùn)動(dòng))t連續(xù)振蕩t回波(固定)t脈沖發(fā)射t回波(運(yùn)動(dòng))t相位檢波(固運(yùn)動(dòng)目標(biāo):UrUkU∑inτTr相檢器輸出t0Ur1Ur2Uk△?相檢器輸出t0cos(ωdt﹣?0)固定目標(biāo):U∑in相鄰重復(fù)周期多普勒頻率形成的相位差脈沖的包絡(luò)相當(dāng)于連續(xù)波輸出的采樣

運(yùn)動(dòng)目標(biāo):UrUkU∑inτTr相檢器輸出t0Ur1Ur2U固定目標(biāo):運(yùn)動(dòng)目標(biāo):輸出為包絡(luò)調(diào)制脈沖串,包絡(luò)調(diào)制頻率為多卜勒頻率檢波輸出為等幅脈沖串檢波器輸出相位檢波隔直流輸出固定目標(biāo):運(yùn)動(dòng)目標(biāo):輸出為包絡(luò)調(diào)制脈沖串,包絡(luò)調(diào)制頻率為多卜相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波時(shí)延差相鄰重復(fù)周期延遲時(shí)間變化小相鄰重復(fù)周期高頻相位變化大

相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波高頻相位差

同等條件下,利用高頻相位差檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)靈敏度更高相鄰PRI動(dòng)目標(biāo)回波時(shí)延差相鄰重復(fù)周期延遲時(shí)間變化小相鄰重復(fù)§8.1.3盲速和頻閃盲速?gòu)牟蓸由峡?,所有采樣都發(fā)生在正弦波的同一相位點(diǎn)上此時(shí):原因:目標(biāo)具有徑向速度vr,但其回波經(jīng)過相位檢波器后輸出為一串等幅脈沖,vr

為盲速。Ur2Ur1Uk△?U∑§8.1.3盲速和頻閃盲速?gòu)牟蓸由峡?,所有采樣都發(fā)生頻閃完全沒有多值的測(cè)量為:Ur2Ur1Uk△?U∑或速度測(cè)量有多值性現(xiàn)象:原因:脈沖工作狀態(tài)是對(duì)連續(xù)波工作的采樣,取樣后的波形和頻譜都會(huì)發(fā)生變化。

相檢器輸出:相鄰脈沖相差:頻閃完全沒有多值的測(cè)量為:Ur2Ur1Uk△?U∑或速度測(cè)量Ur1Ur22πUkωdFd=0fd=frτTrFdfdtτTrfdFdtUr2Ur1Δ?Uk盲速與頻閃的矢量圖及波形圖分析Fdfd0fr2frUr1Ur22πUkωdFd=0τTrFdfdtτTrfd第二節(jié)MTI雷達(dá)工作原理及組成§8.2.1基本工作原理相參電壓獲取固定雜波消除關(guān)鍵第二節(jié)MTI雷達(dá)工作原理及組成§8.2.1基本工作原理§8.2.2獲得相參振蕩電壓的方法中頻全相參動(dòng)目標(biāo)顯示§8.2.2獲得相參振蕩電壓的方法中頻全相參動(dòng)目標(biāo)顯示§8.2.3消除固定目標(biāo)回波相位檢波器的輸出消除固定回波的方法頻譜抑制法對(duì)消法濾波器組,每個(gè)濾波單元抑制其中一個(gè)nfr相鄰重復(fù)周期信號(hào)相減,固定目標(biāo)由于振幅不變而相互抵消;動(dòng)目標(biāo)相減后剩下相鄰重復(fù)周期振幅變化的部分作為輸出。固定目標(biāo)回波和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波均會(huì)形成輸出§8.2.3消除固定目標(biāo)回波相位檢波器的輸出消除固定回波的相消設(shè)備特性對(duì)消法延時(shí)Tr包絡(luò)振幅相消器輸出相消設(shè)備特性對(duì)消法延時(shí)Tr包絡(luò)振幅相消器輸出相消器輸出相消設(shè)備輸出響應(yīng)盲速盲速對(duì)動(dòng)目標(biāo)具有最佳響應(yīng)相消器輸出相消設(shè)備輸出響應(yīng)盲速盲速對(duì)動(dòng)目標(biāo)具有最佳響應(yīng)頻域觀點(diǎn)頻域觀點(diǎn)數(shù)字相消器采樣保持電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字延遲線相減器數(shù)模轉(zhuǎn)換電路相干視頻延遲數(shù)字信號(hào)相消視頻輸出數(shù)字相消器采樣保持電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字延遲線相減器數(shù)模轉(zhuǎn)換電習(xí)題習(xí)題第三節(jié)盲速盲相的影響及其解決途徑盲速及消除盲速的方法§8.3.1盲速n=1時(shí)為第一盲速第一盲速——重復(fù)周期內(nèi)目標(biāo)走過的距離為半個(gè)波長(zhǎng)第三節(jié)盲速盲相的影響及其解決途徑盲速及消除盲速的方法§8.測(cè)速模糊和測(cè)距模糊的關(guān)系例:測(cè)速模糊與測(cè)距模糊矛盾最大單值不模糊距離參差重復(fù)頻率解測(cè)速模糊測(cè)速模糊和測(cè)距模糊的關(guān)系例:測(cè)速模糊與測(cè)距模糊矛盾最大單值不§8.3.2盲相點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相由相位檢波器特性所引起,減弱雷達(dá)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)能力?;鶞?zhǔn)電壓方向相檢器輸出對(duì)消輸出點(diǎn)盲相§8.3.2盲相點(diǎn)盲相和連續(xù)盲相由相位檢波器特性所引起,減差矢量連續(xù)盲相后果:可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。解決辦法:改進(jìn)相位檢波器的特性解決盲相問題(早期)使用矢量對(duì)消器解決盲相問題(現(xiàn)代)連續(xù)盲相中頻對(duì)消、正交雙通道處理差矢量連續(xù)盲相后果:可能使得在某次天線掃描時(shí)丟失在強(qiáng)雜波背景習(xí)題習(xí)題第四節(jié)回波和雜波的頻譜

及目標(biāo)顯示濾波器作用:了解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和雜波在頻譜結(jié)構(gòu)上的區(qū)別,以達(dá)到抑制固定雜波、顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波的目的。第四節(jié)回波和雜波的頻譜

目標(biāo)回波的頻譜特性§8.4.1目標(biāo)回波和雜波的頻譜特性雷達(dá)發(fā)射相參脈沖串,脈寬為τ,重復(fù)頻率為

fr。天線不掃描時(shí),目標(biāo)

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