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[導(dǎo)讀]我們都知道,雷達(dá)能測量目標(biāo)相對于雷達(dá)的速度,它是距離的時間變化率。 有時也可以用相對速度來代替距離變化率,這種情況下,速度是速度矢量的大小,通常稱為徑向速度。 如上圖所示,若雷達(dá)系統(tǒng)也是移動的,則在目標(biāo)與雷達(dá)的距離矢量上,速度是目標(biāo)速度矢量和


我們都知道,雷達(dá)能測量目標(biāo)相對于雷達(dá)的速度,它是距離的時間變化率。 有時也可以用相對速度來代替距離變化率,這種情況下,速度是速度矢量的大小,通常稱為徑向速度。

科普:雷達(dá)如何測速?速度分辨率由誰決定?
如上圖所示,若雷達(dá)系統(tǒng)也是移動的,則在目標(biāo)與雷達(dá)的距離矢量上,速度是目標(biāo)速度矢量和雷達(dá)速度矢量的投影大小。

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脈沖多普勒頻移測速法

雷達(dá)系統(tǒng)有多種測速方法,下面簡單介紹脈沖多普勒頻移測速法。通過測量接收目標(biāo)信號的脈沖多普勒頻移,雷達(dá)系統(tǒng)能計算目標(biāo)的速度與雷達(dá)發(fā)射電磁波的相關(guān)性。

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為了測量多普勒頻移,雷達(dá)系統(tǒng)利用相干的脈沖串信號,通過對產(chǎn)生、發(fā)射和接收波形加入準(zhǔn)確的載波和調(diào)制處理來保證相位。

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如上圖所示,運(yùn)動目標(biāo)的回波信號的頻譜發(fā)生了多普勒移動,測量出該頻移量即可計算出目標(biāo)相對于雷達(dá)的速度。從公式中我們可以看出,接近的目標(biāo)壓縮了雷達(dá)波,從而使回波頻率變高;而遠(yuǎn)離的目標(biāo)延伸了雷達(dá)波,從而使回波頻率變低。負(fù)速度(靠近雷達(dá))造成正的多普勒頻移,而正速度(遠(yuǎn)離雷達(dá))的多普勒頻移是負(fù)數(shù)。

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例如,目標(biāo)的速度是150m/s,雷達(dá)波長為0.03m,多普勒頻移為10kHz。速度在計算過程中取負(fù)值是因?yàn)槟繕?biāo)在朝向雷達(dá)運(yùn)動,它們之間的距離在縮短。下圖所示為雷達(dá)載波頻率函數(shù)在單位速度上的多普勒頻移。

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從圖中我們可以看出,雷達(dá)波頻率越高,多普勒頻移的值越大。雷達(dá)設(shè)計者不能控制目標(biāo)的速度,但可以控制雷達(dá)的頻率,這就是為什么大部分多普勒雷達(dá)都有很高的頻率,制造較大的頻移以便測量。目標(biāo)與雷達(dá)的相對幾何位置以及運(yùn)動方向?qū)Χ嗥绽疹l移也有較大影響,如下圖所示。

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多普勒濾波器組

多普勒頻移可以利用連接的窄帶匹配濾波器進(jìn)行計算,包含目標(biāo)多普勒頻移的多普勒濾波器得到的信號具有有很高的信噪比,其他的多普勒濾波器包含的只有接收機(jī)噪聲。在閾值檢測階段,會遍歷每一個多普勒濾波器,從而得到速度的測量。

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通常情況下,多普勒濾波器會重疊相鄰濾波器大約半功率的帶寬,連續(xù)相鄰的多個多普勒濾波器稱為多普勒濾波器組,它可以覆蓋目標(biāo)的整個多普勒頻移帶。對于目標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)而言,所需要的多普勒濾波器數(shù)量會很多。

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速度分辨率

窄帶濾波器是通過對某段時間輸出信號的積分來實(shí)現(xiàn)選擇,積分時間越長,多普勒濾波器帶寬越小。這個積分時間稱為脈沖串周期或者相干處理間隔(CPI)。速度分辨率是一個關(guān)于多普勒濾波器帶寬的函數(shù)。


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多普勒濾波器帶寬與雷達(dá)積分時間的關(guān)系。速度分辨率本質(zhì)上是基于最好的多普勒頻移,這個頻移等于多普勒濾波器帶寬。例如,多普勒濾波器的帶寬為200Hz,雷達(dá)發(fā)射信號波長為0.03m,那么,雷達(dá)的速度分辨率是3m/s。

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如圖所示,每單位多普勒濾波器帶寬的速度分辨率是關(guān)于雷達(dá)載波頻率的函數(shù)。雷達(dá)載波頻率越高,對于給定相同多普勒濾波器帶寬條件下的速度分辨率越好,這也是為什么大多數(shù)多普勒雷達(dá)都是高頻的原因,脈沖串波形可以允許任何好的多普勒分辨率,并且其周期可以根據(jù)需求而改變,所以說,雷達(dá)是一個大的系統(tǒng)工程問題。

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速度模糊

脈沖串波形存在頻域模糊,雷達(dá)系統(tǒng)利用多普勒濾波器組來測量多普勒頻移,多普勒濾波器組的頻率范圍一般就是脈沖重復(fù)頻率(PRF),因此,當(dāng)多普勒頻移在±PRF/2的范圍內(nèi),就不會產(chǎn)生速度模糊。

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但當(dāng)多普勒頻移在±PRF/2的范圍外,通過減去一個整數(shù)倍數(shù)的PRF就可以使其出現(xiàn)在-PRF/2?+PRF/2。從頻域轉(zhuǎn)換到速度域帶來不模糊速度,與多普勒頻移為±PRF/2存在一定的關(guān)系。

一般來說,設(shè)計多PRF可以使回波在一個測量區(qū)域內(nèi)模糊,而在另一個測量區(qū)域不模糊。另外,有一些雷達(dá)系統(tǒng)通 過使用連續(xù)PRF來解決距離或速度模糊問題,即距離PRF后緊跟速度PRF,反之亦然。

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速度跟蹤

速度跟蹤作為時間的函數(shù)表示對目標(biāo)的速度進(jìn)行跟隨,即測算連續(xù)的速度變化量?!案欓T”可以對周圍指定速度的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。雷達(dá)系統(tǒng)可以通過閉環(huán)控制系統(tǒng)自動跟蹤目標(biāo),也可以通過操作者進(jìn)行手動跟蹤,或者兩者結(jié)合起來使用。另外,可以選擇性地對雷達(dá)系統(tǒng)多普勒濾波器組的輸出進(jìn)行監(jiān)視查看。

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速度測量跟蹤是通過在時域上跟隨目標(biāo)的多普勒移動來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)單個目標(biāo)被跟蹤時,這個常用的速度跟蹤技術(shù)就是“速度門”。這個技術(shù)可以在兩個窄帶多普勒濾波器之間區(qū)分接收目標(biāo)。

來源:雷達(dá)通信電子戰(zhàn)

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