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多張動(dòng)圖詳解雷達(dá)測(cè)距相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

時(shí)間：2020-11-03 09:53:48
關(guān)鍵字： 雷達(dá)    脈沖壓縮技術(shù)   
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[導(dǎo)讀]雷達(dá)系統(tǒng)的基本功能是可以探測(cè)目標(biāo)并測(cè)量相關(guān)參數(shù)，包括目標(biāo)的距離、速度和角度等。下圖顯示了雷達(dá)系統(tǒng)的基本處理過程，包括發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、顯示器等部分。

雷達(dá)系統(tǒng)的基本功能是可以探測(cè)目標(biāo)并測(cè)量相關(guān)參數(shù)，包括目標(biāo)的距離、速度和角度等。下圖顯示了雷達(dá)系統(tǒng)的基本處理過程，包括發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、顯示器等部分。



雷達(dá)系統(tǒng)的處理過程


雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生信號(hào)，放大后通過天線以電磁波的形式輻射出去，遇到物體反射的回波被天線接收，雷達(dá)想要探測(cè)的物體稱為“目標(biāo)”，而將其他物體的回波稱為“雜波”。

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天線接收到的信號(hào)經(jīng)過放大并進(jìn)行信號(hào)處理，獲得目標(biāo)信息后由屏幕顯示出目標(biāo)的距離、速度和方向等多維度的信息。


距離探測(cè)


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由于電磁波的速度恒定為c=3*10^8m/s，那么若能測(cè)量出接收目標(biāo)回波時(shí)刻相對(duì)于發(fā)射時(shí)刻的時(shí)間差t，那么就可以通過R=ct/2來計(jì)算目標(biāo)距離。

脈沖寬度與最小探測(cè)距離

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對(duì)于單站脈沖體制的雷達(dá)，由于在發(fā)射信號(hào)時(shí)并不接收目標(biāo)回波，因此存在一定測(cè)距的盲區(qū)，也就是雷達(dá)有最小探測(cè)距離。

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距離盲區(qū)與發(fā)射的脈沖寬度相關(guān)，對(duì)于脈沖寬度1us對(duì)應(yīng)150m的距離盲區(qū)，對(duì)于稍大脈寬的信號(hào)將有太大的距離盲區(qū)，例如100us的脈寬就有15km距離盲區(qū)。當(dāng)然，采用收發(fā)分置或者連續(xù)波雷達(dá)將會(huì)解決距離盲區(qū)的問題，但會(huì)帶來例如隔離等其他問題。


PRF與最大不模糊距離

脈沖重復(fù)頻率(PRF)是脈沖重復(fù)間隔(PRT)的倒數(shù)，PRT=1/PRF。它將直接影響最大不模糊距離，也就是目標(biāo)的回波在當(dāng)前PRF即可返回。如果目標(biāo)的雷達(dá)回波信號(hào)在下一個(gè)或下幾個(gè)脈沖回波中才回來，那么就存在距離模糊。

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我們可以通過參差PRF來解決，根據(jù)回波在不同PRF脈沖中位置的不穩(wěn)定性來解模糊。點(diǎn)此查看： 解距離模糊的方法

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當(dāng)然，對(duì)于相控陣?yán)走_(dá)，通過靈活的波束指向控制以不接收先前脈沖的回波也可以解決距離模糊的問題。

占空比

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如上圖，占空比是脈沖寬度與脈沖重復(fù)間隔(周期)的比值，等于脈沖發(fā)射的平均功率與脈沖峰值功率的比值。

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從雷達(dá)方程可以看出雷達(dá)最大的探測(cè)距離是與發(fā)射機(jī)的輸出功率直接相關(guān)的，最大發(fā)射功率通常是受限的，但是可以通過提高占空比來增加平均功率，從而增加探測(cè)距離。從上圖中列出的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)可以增加脈寬和減少脈沖重復(fù)間隔時(shí)間來提高占空比。

脈沖串及其頻譜

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從上圖可以看出脈沖串的脈寬和周期及其頻譜特性的關(guān)系。


距離分辨力


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實(shí)際的距離分辨力很復(fù)雜，為了全面考慮距離自相關(guān)函數(shù)主峰、旁瓣對(duì)分辨能力的影響，Woodward定義了一個(gè)反映分辨特性的參數(shù)：時(shí)延分辨常數(shù)，它與信號(hào)的有效帶寬成反比。

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時(shí)延分辨常數(shù)是將相應(yīng)主峰、旁瓣或類似噪聲基地的全部能量計(jì)算在一起，除以主峰最高點(diǎn)功率所得的時(shí)間寬度。時(shí)延分辨常數(shù)越小，距離自相關(guān)函數(shù)的主峰窄、旁瓣或基底小，對(duì)分辨目標(biāo)是有利的。


測(cè)距精度


首先要知道測(cè)距精度和距離分辨力是不同的概念。我們知道通過測(cè)量雷達(dá)回波的時(shí)延來測(cè)量目標(biāo)的距離，但是系統(tǒng)對(duì)于時(shí)延的測(cè)量會(huì)有誤差，這個(gè)誤差的大小就是精度問題。

距離分辨率是雷達(dá)能區(qū)分二個(gè)目標(biāo)的最小距離，二個(gè)目標(biāo)相距小于它，雷達(dá)就認(rèn)為是一個(gè)目標(biāo)了。而測(cè)距精度則表示對(duì)某一個(gè)目標(biāo)距離測(cè)量的精確性問題，它與信噪比和信號(hào)均方根帶寬有關(guān)。

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脈沖壓縮技術(shù)


脈沖壓縮技術(shù)是匹配濾波理論和相關(guān)接收理論的一個(gè)很好的實(shí)際應(yīng)用。它的提出很好的解決了這樣的一個(gè)問題：

在發(fā)射端發(fā)射大時(shí)寬、帶寬信號(hào)，以提高信號(hào)的速度測(cè)量精度和速度分辨力；而在接收端，將寬脈沖信號(hào)壓縮為窄脈沖，以提高雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的距離分辨精度和距離分辨力；

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脈沖壓縮雷達(dá)發(fā)射寬脈沖信號(hào)，接收和處理回波后輸出窄脈沖的雷達(dá)，優(yōu)點(diǎn)是能獲得大的作用距離和很高的距離分辨力。

來源：雷達(dá)通信電子戰(zhàn)


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