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脉冲多普勒雷达总结班级20220812学号2022081221姓名刘玉敬
一、PD雷达的基本概念.定义PD雷达是一种采用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达.特点
①具有足够高的脉冲重复频率,没有速度模糊;
②能够实现对脉冲串频谱单根谱线的频域滤波;
③由于重复频率很高,通常对所观测的目标产生距离模糊.分类高PRF、中PRF、低PRF前两个为全相参,最终一个可全相参也可接收相参R—.低PRF不模糊的距离为l2/ro中PRF波形是机载PD雷达的最佳波形
二、PD雷达的杂波多普勒雷达的基本特点之一,是在频域-时域分布相当宽广且相当强的背景杂波中检测出有用的信号这种背景杂波通常被称为脉冲多普勒杂波,其杂波频谱是多普勒频率-距离的函数.机载下视雷达的杂波谱地面杂波分为主瓣杂波区、旁瓣杂波区和高度线杂波区孤立目标对雷达放射信号的散射作用所产生的回波信号的多普勒频移,正比于雷达与运动目标之间的径向速度v所以当雷达平台以地速VR水平移动,地速矢量与地面一小块地杂波之间的夹角为U邛寸,其多普勒频移为1主瓣杂波主波束中心中处对应的多普勒频率为假设天线主波束的宽度为优,则主瓣杂波的边缘位置间的最大多普勒频率差值为机载PD雷达的主瓣杂波的强度可以比雷达接收机的噪声强70〜90dB主瓣杂波的多普勒频率fMB也在不断变化,并且变化范围在±25/入之内2旁瓣杂波.r旁瓣杂波区的多普勒频率范围为土工皿x则人2A雷达天线的旁瓣波束增益通常要比它的主波束增益低得多当PD雷达不运动时,旁瓣杂波与主瓣杂波在频域上重合;当PD雷达运动时,旁瓣杂波与主瓣杂波就分布在不同的频域上3高度线杂波通常,把机载下视PD雷达的地面杂波中fd=0位置上的杂波叫做高度线杂波在零多普勒频率处总有一个较强的“杂波二.脉冲重复频率的选择1高脉冲重复频率时的重复频率的选择
①使迎面目标谱线不落入旁瓣杂波区中最大多普勒频移为为了在无杂波区检测目标,重复频率应为—几+£.xnax即£训
2.£„1ax十.立.心又
②为了识别迎面和离去的目标的重复频率的选择A.单边带滤波器对主瓣杂波的频率固定fr.EinX/jmax+fatnax即/「mhiZ/rnifiiB.单边带滤波器对放射频率固定迎面目标的多普勒频移为/c,a+fr,2离去目标的最低多普勒频移为fr.min最低脉冲重复频率为于r,Ein32/T,max+fr.TiaK单边带滤波器铜带范围为九一介皿〜Go十九.E「卜/TgJ单边带滤波器的中心频率fo是固定的,但偏离fo应为/c.mx/22高、中、低脉冲重复频率的选择LPRF旁瓣杂波在距离上重叠很少,但在频域上高度重叠,只有在低杂波环境中,才可能从杂波中检测到目标MPRF旁瓣杂波谱中有肯定的重叠,因而测距、测速都存在肯定的模糊HPRF旁瓣杂波重叠次数增多,旁瓣杂波的强度几乎是匀称的,测距呈高度模糊交替使用中、高PRF的方法,或者再加上在上视时采纳低PRF的方法,并在低、中PRF时协作采纳脉冲压缩技术,将是在全部工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方法
三、脉冲多普勒雷达的信号处理.抑制各种杂波的滤波器和恒虚警处理1单边带滤波器单边带滤波器是一个带宽近似等于脉冲重复频率fr的带通滤波器,其主要作用是从回波频谱中只滤出单根潜线,从而使得后面的各种滤波处理在单根谱线上进行使用单边带滤波器还可以避开目标多普勒频率兀=f/2时消失的模糊,同时也避开了后面信号处理过程中可能产生的频谱折叠效应由于单边带滤波器仅取出回波信号的单根谱线,因而使信号功率下降了d2倍d为放射脉冲占空系数,但因其输出的杂波和噪声功率也同样减小,所以单边带滤波器并不降低接收机的信杂比PD雷达对于单边带滤波器的性能参数要求得非常严格,而月一般要求带外抑制至少要大于60dB因此通常是采纳石英晶体滤波器来满意这些技术要求2主瓣杂波抑制滤波器主瓣杂波的千扰最强,经常比目标回波能量要高出60〜80dB确定主瓣杂波中心频率fMB有两种方法:一种方法是米用频率跟踪,另一种方法则不用频率跟踪,而是由天线指向和载机吃行速度计算出主瓣杂波应有的多普勒频移fMB,直接掌握压控振荡器去产生了十八正的振荡频率主瓣杂波抑制滤波器的幅一频特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数,以使通过滤波器后输出的杂波频谱可近似为平坦的特性从匹配滤波理论的角度来看,由于主瓣杂波是色噪声,因此主瓣杂波抑制滤波器相当于一个白化滤波器,经过主瓣杂波抑制之后,后面的多普勒滤波器可以依据白噪声中的匹配滤波理论来进行设计3高度杂波的滤除高度杂波是由地面的乖直反射所形成的杂波,它比漫反射所形成的旁瓣杂波要强得多当载机水平飞行时,高度杂波的多普勒频移为0通常可以采纳一个单独的固定频率抑制滤波器一零多普勒频率滤波器来滤除它4多普勒滤波器组
①多普勒滤波器组是掩盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器
②多普勒滤波器组可以设在中频,也可以设在视频
③每个滤波器的带宽应设计得尽量与回波信号的谱线宽度相匹配
④多普勒滤波器组基本上都是采纳数字滤波方法来实现5恒虚警处理依据杂波环境的不同及对雷达性能要求的不同,在PD雷达中可以采纳参量法或非参量法CFAR处理技术,依据背景于扰电平来自动调整检测门限,以达到使虚警概率恒定的目的.滤波器组的详细实现方法1中频多普勒滤波距离门的作用为
①距离量化,并由此提取距离信息;
②消退木距离单元以外的杂波,首先从时间上进行辨别N个相干脉冲通过通带宽度为「NT;的窄带滤波器相当于对1丫个回波脉冲进行相参积累,掩盖全部测速范围fr所需要的滤波器数目为2窄带滤波器组的实现其实现方法有模拟式、数字式快速傅里叶变换和近代模拟式三种
四、脉冲多普勒雷达的数据处理
1.脉冲多普勒雷达的跟踪.单目标跟踪系统1角度跟踪系统PD雷达的单目标角度跟踪一与常规雷达相同,可用挨次波束序列转换或单脉冲体制2速度多普勒频率跟踪系统频率跟踪环路依据频率敏感元件的不同可以分为锁频式和锁相式两种
①锁相系统是测量多普勒频率的优选装置,其理论上的稳态测速误差为0o
②对雷达设施的稳定性提出较高的要求
③当系统的带宽肯定时,锁相系统就存在最大可跟踪目标加速度的限制,而在锁频系统中就无此限制3距离跟踪系统在这种跟踪方案中,即离门用一个低频参考信号进行脉冲位置调制或跳动其脉冲宽度的一小部分跨过多个脉冲周期的跟踪可以用一个具有仁卜一个脉冲周期长的时间基准的距离跟踪器实现.四维辨别跟踪系统综合距离、速度、两个角度方位角和俯仰角等四个跟踪回路就构成具有四维辨别力量的跟踪系统角度上的辨别由角跟踪系统和波束宽度打算,跟踪伺服系统使天线对准目标距离上的辨别由距离跟踪系统和距离门的宽度打算
①四维辨别系统的主要优点是能在速度坐标即多普勒频率上辨别目标
②加入窄带滤波器,提高信噪比,经过多普勒跟踪系统窄带滤波后,输出端功率信噪比为
③四维辨别系统的上述优点打算了它具有很强的抗干扰力量.多目标跟踪系统多目标跟踪可由多路接收通道实现
2.测距和测速模糊的解算1测距和测速模糊的基本概念目标的真实距离是R而依据常规方法读出的目标距离是Ra产△R=nf7生的误差是2f由于目标回波的延迟时间可能大于脉冲重复周期,使收、发脉冲的对应关系发生混乱,同一距离读数可能对应几个目标真实距离的现象叫做测距模糊,距离读数Ra叫做模糊距离相差nfr的目标多普勒频移会读做同样的多普勒频移,测量出的一个速度可能对应几种真实速度,这种现象叫做测速模糊va称为模糊速度脉冲多普勒雷达的最大不模糊距离和速度有以下限制,即2测距模糊的解算
①多重脉冲重复频率测距法采纳双重PRF所能达到的最大无模糊距离Rumax由frl和fr2最大公约频率打算E2
②连续转变脉冲重复频率测距法在满意前述把目标回波保持在每个脉冲周期的中点的前提下,测出距离波门的移动速度,PRF的瞬时值和PRF的变化率,就可以计算出目标的无模糊距离:
③射频调频测距法R=应目标的真实距离为2为加这种测距方法适用于单目标跟踪,在多日标环境下,需要增加大量的距离门以防止混乱线性调频测距系统的测量精度主要取决于频率变化率和多普勒滤波器组的辨别力线性调频测距方法比较简洁,而且获得数据快速,因此适用于对目标测距精度要求不高的边扫描边跟踪雷达
④脉冲调制测距法脉冲调制测距法是通过转变放射脉冲的波形参数幅度、宽度和位置,对接收到的回波信号加以识别和计算处理来消退测距模糊的方法3测速模糊的解算采用距离跟踪的粗略微分数据来消退测速模糊,无模糊多普勒频率是K可以用由距离跟踪回路测得的距离微分后对应的多普勒频率fdr和模糊速度fda算出
五、脉冲多普勒雷达的距离性能影响PD雷达距离方程的主要因素1放射脉冲遮挡效应在PD雷达中一般采纳较高的脉冲重复频率,当采纳高或中脉冲重复频率时测距都会产生模糊,也就是目标回波延时可能超过一个脉冲重复周期这样在回波由一个重复周期移动到相邻的一个重复周期时,就会发生放射脉冲对回波的“遮挡”现象一般重复频率越高,放射脉冲越宽,遮挡的平均影响越严峻2跨越效应回波脉冲不是完全进入一个距离门,而是跨接在两个相邻的距离门中间一一产生了跨越跨越一般与遮挡一起用统计平均的方法讨论3频域处理和带宽的影响在主瓣杂波被滤除的同时,那些多普勒频移正好落在主瓣杂波频率上的动目标回波谱也被滤除了,这就是频域中的遮挡现象回波谱线跨越子滤波器引起的损失比起回波对距离门跨越引起的损失要小得多PD雷达的距离方程1无杂波区的距离方程以机载PD雷达为例,在上视工作状况时接收信号中不存在地杂波干扰当运动目标的多普勒频移落人无杂波区时,在检侧中与目标回波抗衡的只有系统噪声检测前的信号有效功率折合到雷达输人端为当要求信噪比为S/N时作用距离R与Ro的关系为2旁瓣杂波区的距离方程在机载PI雷达下视工作状况时,则有地杂波存在,若目标回波的多普勒频移落在旁瓣杂波区内,检测时与信号抗衡的重量是杂波与噪声之和此时PD雷达信噪比为1的距离方程可以表示为PD雷达与常规脉冲雷达距离性能的比较在输出信噪比都为1的状况下,PD雷达在有杂波十扰但目标回波多普勒频移落在无杂波区时,考虑了遮挡和跨越损失后的平均作用距离,比常规脉冲雷达没有杂波于扰时的作用距离还要大若常规脉冲雷达也工作在同样杂波于扰状况下,距离性能还要大大变坏PD雷达距离性能的优越性主要是由它的工作体制和信号处理方式打算的
①PD雷达采纳相参体制,采用了目标运动的多普勒效应,检测实质上是在频域进行的
②信号处理采纳距离门和多普勒窄带滤波,实质上是相参积累器
③常规脉冲雷达一般采纳非相参体制,接收机的特性近似匹配于单个脉冲若考虑增加非相参积累,信噪比将得到改善,则两种雷达在无杂波干扰时的距离性能将趋于接近
六、脉冲多普勒雷达解距离模糊的改进仍旧是采用中国余数定理,采纳查表的方法解距离模糊,值得留意的是,在机载领域,尤其是非止侧阵雷达,频谱相对于止侧阵雷达发生了较大转变,弯曲杂波的消失,使得解模糊的背景更加简单,虚警也随之提高,并且弯曲杂波很简洁带来检测画面在固定位置消失环状虚警,这也是解模糊而临的新问题,为了抑制虚警,改善检测性能,对解距离模糊采纳动态准则循环检测并剔除原始点的方法,详细方法为假定采纳5重频解模糊,通常采纳的准则是3/5或2/5准则,先用5/5准则检测,将满意准则的原始点剔除掉,用剩余点做4/5准则,依次类推,直到2/5准则,此方法的机理是认为检测准则高的信号置信度也高,不让这些来自于目标的原始点和随机信号一同参加解模糊,在简单背景的解模糊中得到到民好的效果由于采纳循环检测的方法,故运算量也有了很大的提高,所以在工程实践中必需实行算法优化才能满意需求详细方法为,在第一次解距离模糊时将满意距离模糊的准填入表中,在之后的循环解距离模糊中,直接访问此准则表,由于在绝大多数位置,目标是不满意准则的,故此方法能有效的掌握解距离模糊的运算量。