SQ-雷達系統(第三章)脈沖多普勒雷達

第三章脈沖多普勒雷達2023/2/513.1脈沖多普勒(PD)雷達基本概念3.2脈沖多普勒雷達的雜波3.3PD雷達典型框圖與原理3.4PD雷達的距離性能基本概念PD雷達的特點2023/2/52①具有較高的脈沖重復頻率，使雜波和目標無速度模糊②利用脈沖串頻譜進行多普勒濾波(頻域濾波)③由于PRF很高，通常對觀測目標產生距離模糊PD雷達的應用強雜波背景下檢測動目標的雷達系統應用要求機載或空間監(jiān)視探測距離遠；距離數據精確戰(zhàn)場監(jiān)視(低速目標檢測)中等探測距離；距離和速度數據精確導彈告警探測距離近；非常低的虛警率第三章脈沖多普勒雷達2023/2/533.1脈沖多普勒(PD)雷達基本概念3.2脈沖多普勒雷達的雜波3.3PD雷達典型框圖與原理3.4PD雷達的距離性能機載PD雷達下視幾何關系2023/2/54天線主瓣天線旁瓣機載下視雷達的地面雜波被分為：主瓣雜波區(qū)旁瓣雜波區(qū)高度線雜波區(qū)->天線波束主瓣照射區(qū)的地面雜波->視角范圍寬廣的天線旁瓣照射的雜波->雷達正下方的地面回波雜波的多普勒頻率分布取決于：①雷達平臺速度(速度和方向)②平臺相對地面照射點的幾何關系機載PD雷達下視幾何關系2023/2/55地面某散射點A的回波多普勒頻移為：載機與地面水平飛行，相對速度為目標在載機前下方，速度：載機主波束軸線與地面夾角：旁瓣與地面夾角不同照射夾角形成的多普勒頻率不同->地雜波頻譜展寬機載下視PD雷達地雜波頻譜則信號的頻譜由它的載頻頻率和邊頻頻率上的若干條離散譜線所組成，頻譜包絡為辛格函數型。2023/2/56若PD雷達發(fā)射頻率為，重頻為的相參脈沖串信號。機載下視PD雷達接收信號頻譜2023/2/57則接收信號的頻譜為：主瓣雜波主瓣雜波強度：最大2023/2/58主瓣雜波寬度：主瓣雜波多普勒中心頻率：

旁瓣雜波旁瓣波束與地面的夾角為

，其多普勒頻率為：2023/2/59旁瓣雜波強度：較大=旁瓣雜波頻率范圍

高度線雜波2023/2/510高度線雜波強度：較大高度線雜波多普勒頻率：高度線雜波頻率：f0無雜波區(qū)2023/2/511當雷達信號PRF滿足一定條件時，地雜波譜間出現空隙無雜波區(qū)無雜波區(qū)中僅有接收機內部噪聲雜波重疊與PRF選擇2023/2/512設某機載PD雷達的工作波長，主波束寬度，載機速度，波束中心軸線與載機速度矢量間的夾角主瓣雜波中心頻率主瓣雜波的頻率分布范圍旁瓣雜波的頻率分布范圍雜波重疊與PRF選擇PRF對雜波的影響2023/2/513①低PRF(LPRF)，時雜波在距離上不重疊測距無模糊（可實現目標距離測量）無雜波區(qū)不存在，地雜波譜高度重疊目標信號

落入多次重疊雜波譜中，造成檢測難，

檢測產生模糊，即測速模糊雜波重疊與PRF選擇PRF對雜波的影響2023/2/514②高PRF(HPRF)，時有較寬無雜波區(qū)目標落入無雜波區(qū)若

易檢測，無測速模糊雜波在距離上重疊（使雜波功率譜密度增高，信號功率低于雜波功率）距離測量模糊雜波重疊與PRF選擇PRF對雜波的影響2023/2/515③中等PRF(MPRF)，時測速、測距均有模糊雜波在頻譜、距離上均有重疊（不嚴重）雜波重疊與PRF選擇總結2023/2/516①PD雷達的地雜波譜a)主雜波、高度線雜波區(qū)、旁瓣雜波區(qū)、無雜波區(qū)b)主雜波強度最高，干擾最強，其次是高度線雜波c)目標可能出現在雜波區(qū)或無雜波區(qū)雜波重疊與PRF選擇總結2023/2/517②目標環(huán)境與PRF關系a)目標與載機迎面運動，相對速度，回波多普

勒頻率：

當高時，目標落入無雜區(qū)對目標檢測能力最強雜波重疊與PRF選擇總結2023/2/518②目標環(huán)境與PRF關系b)載機尾追目標時，相對速度，回波多普勒頻

率：

當太小，目標落入雜波區(qū)目標檢測取決于回波功率譜措施：①

降低天線副瓣雜波功率譜提高相對強度②

提高載機飛行高度第三章脈沖多普勒雷達2023/2/5193.1脈沖多普勒(PD)雷達基本概念3.2脈沖多普勒雷達的雜波3.3PD雷達典型框圖與原理3.4PD雷達的距離性能機載PD雷達典型框圖與原理任務

把位于特定距離上、具有特定多普勒頻率的目標回波檢測出來，而把其它的雜波和干擾濾除。2023/2/520濾波方法

采用鄰接的窄帶濾波器組或窄帶跟蹤濾波器，把所關心的運動目標過濾出來。

并且窄帶濾波器的頻率響應應當設計為盡量與目標回波譜相匹配，使接收機工作在最佳狀態(tài)。典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器距離選通放大器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器單邊帶濾波器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門顯示或截獲電路自同步器來天線典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器距離選通放大器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門發(fā)射機一定要采用全相干主振放大式發(fā)射機，保證發(fā)射脈沖的相位相干性。1.產生發(fā)射激勵信號2.產生調制波形3.接收機本振信號自同步器來天線單邊帶濾波器典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器距離選通放大器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器單邊帶濾波器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門顯示或截獲電路自同步器來天線PD雷達中，通常采用環(huán)行器這類無源器件，用于發(fā)射與接收之間有效切換天線典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器距離選通放大器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門自同步器來顯示或截獲電路天線是一種波門選通器件，在接收機的中頻段進一步衰減發(fā)射機泄漏單邊帶濾波器典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器距離選通放大器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門自同步器來顯示或截獲電路天線獲取對應距離的目標信息：①

實現距離(時間)量化，從距離上對目標進行分辨②

消除本距離單元外的雜波單邊帶濾波器典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器單邊帶濾波器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門自同步器來顯示或截獲電路天線濾除雜波和干擾，為動目標檢測提供有利條件距離選通放大器典型機載PD雷達框圖單邊帶濾波器2023/2/527通帶寬度近似等于脈沖重復頻率的帶通濾波器用途：從回波頻譜中濾出單根譜線，從而使后面的各種濾

波處理都在單根譜線上進行。特性：中心頻率(),提取附近寬信息，濾除的重復譜線選擇依據：①功率最大；②變化，位置不變，始終對準濾波器中心典型機載PD雷達框圖單邊帶濾波器2023/2/528①

濾波輸出只有一根譜線連續(xù)波丟失距離信息為獲得距離信息，先送距離波門，再進行單邊帶濾波注意：②單邊帶輸出信號功率降低倍(為占空比)帶外雜波(噪聲)也被抑制倍輸出SNR不變③要求帶外抑制高，插損小，形狀系數好典型機載PD雷達框圖主瓣雜波抑制濾波器2023/2/529單邊帶濾波輸出在

范圍內，有：回波信號譜

、主雜波、旁瓣雜波、高度線雜波主雜波功率最強分布，隨，變化對信號譜檢測影響最大主雜波抑制典型機載PD雷達框圖主瓣雜波抑制濾波器2023/2/530主雜波抑制濾波器要求②濾波器形狀、寬度與主雜波匹配①中心頻率對準主雜波濾波器分類①

頻率跟蹤法（閉環(huán)式跟蹤）②

雜波跟蹤器（開環(huán)式跟蹤）典型機載PD雷達框圖主瓣雜波抑制濾波器①

頻率跟蹤法（閉環(huán)式跟蹤）設中頻主雜波譜壓控振蕩器主雜波抑制器阻帶中心取中心頻率在

附近變化，受控制，實現對跟蹤混頻后取差頻主雜波被最大抑制可達60dB，但雜波強度可達80dB，還有20dB剩余通過二級混頻：恢復原中頻信號譜的位置，以便不影響后面的多普勒濾波。典型機載PD雷達框圖主瓣雜波抑制濾波器②

雜波跟蹤器（開環(huán)式跟蹤）及時提供站速

，天線掃描位置計算控制VCO產生送去混頻主雜波抑制器典型機載PD雷達框圖主瓣雜波抑制濾波器頻率特性2023/2/533為有效地抑制主瓣雜波譜主瓣雜波抑制濾波器幅頻特性為主瓣雜波譜包絡的倒數使濾波輸出的剩余雜波幅度為平坦雜波輸出(白化處理)由于受站速，天線掃描方向的影響是變量。濾波器中心無法準確對準存在偏差為有效抑制，濾波器帶寬增加，以適應移動影響典型機載PD雷達框圖PRF與主瓣雜波抑制濾波器關系2023/2/534當PD雷達采用高PRF工作時有無雜波區(qū)運動目標速度快動目標回波譜落在無雜波區(qū)單邊帶濾波器+主雜波抑制濾波器的作用合并用無雜波濾波器實現當PD雷達采用中PRF工作時有速度模糊不能用無雜波濾波器目標落在旁瓣雜波區(qū)計算MTI抑制主雜波典型機載PD雷達框圖高度線雜波濾波器2023/2/535零多普勒濾波同時消除載波泄漏能量中放后，中心頻率為高度線雜波特點①

較其它旁瓣雜波強②

譜中心位于(零多普勒)窄帶內零多普勒濾波器抑制典型機載PD雷達框圖調制器收發(fā)開關功放低噪高放頻綜低噪中放發(fā)射脈沖抑制器速度門濾波器零多普勒頻率抑制濾波器主瓣雜波抑制濾波器濾波器組檢波和積累轉換器和門限距離跟蹤速度跟蹤壓控振蕩器壓控振蕩器雜波跟蹤器單邊帶濾波器天線伺服同步器角度跟蹤多距離通道(中頻)固定門距離門(自同步器來)(自距離跟蹤來)站速天線指向到速度門自同步器來顯示或截獲電路天線距離選通放大器典型機載PD雷達框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/537單邊帶濾波器輸出信號譜

，可用“無雜波濾波器”檢測

帶寬很寬檢測信息用N個窄帶濾波器取代“無雜區(qū)濾波”檢測回波信號譜典型機載PD雷達框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/538對窄帶濾波器組要求：①因不同而異濾波器寬度、形狀應與動目標信號譜匹配窄帶濾波器決定測速精度與分辨力②相鄰二窄帶濾波器交于

處，濾波器組覆蓋目標

可能范圍

③第個濾波器輸出信號譜對應目標相對速度典型機載PD雷達框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/539動目標的信號譜譜形狀、寬度取決于

個回波脈沖串包絡的付氏變換形狀辛格函數譜寬回波脈沖數

譜線寬

，幅度

個脈沖通過寬度為

的辛格函數濾波器

個脈沖的相干積累典型機載PD雷達框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/540根據目標測速無模糊條件：為減小復雜性在滿足速度分辨率條件下，略放寬窄帶濾波器寬度，以減少濾波器數目目標多