低照度攝像與熱成像技術(shù)(全面版)資料

1、低照度攝像與熱成像技術(shù)（全面 版）資料低照度攝像與熱成像技術(shù)！攝像機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)是最低照度， 人們關(guān)注最低照度是因?yàn)槿藗儗?duì)夜晚黑 暗等環(huán)境下的監(jiān)控需求， 安防是不分白晝的， 因此夜晚成像技術(shù)是非常有用并有 廣泛需求和前景的技術(shù)。照度為一亮度單位，顧名思義，是指攝像機(jī)在攝取影像時(shí)，對(duì)周圍環(huán)境照明 亮度的需求，1LUX大約等于1燭光在1米距離的照度，我們?cè)跀z像機(jī)參數(shù)規(guī)格 中常見(jiàn)的最低照度，表示該攝像機(jī)只需在所標(biāo)示的 LUX 數(shù)值下，即能獲取清晰 的影像畫(huà)面，此數(shù)值越小越好，說(shuō)明 CCD 的靈敏度越高。同樣條件下，黑白攝 像機(jī)所需的照度遠(yuǎn)比尚須處理色彩濃度的彩色攝像機(jī)要低 10 倍。行業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)

2、，照度能低到多少，不僅要看鏡頭的光圈大?。?F 值），更 要看是在什麼條件限制下才能出現(xiàn)所標(biāo)示的 LUX值，以光圈大小（F值）而言， 光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外電子靈敏度，單一畫(huà)面 累積幀數(shù)，紅外線是ON還是OFF等均對(duì)最低照度有影響。 低照度攝像機(jī)低照度攝像主要技術(shù)：日夜轉(zhuǎn)換型、低速快門(mén)和超感度攝像機(jī)。日夜轉(zhuǎn)換型：攝像是利用黑白影像對(duì)紅外線感度較高的特點(diǎn)，在一定的光源條件，利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。而白天彩色/晚上黑白的攝像機(jī)因受限于 CCD 感度,本身并無(wú)法改變 ,只是利用線路切換及搭配紅外 光的方式將功能提升 ,不能算是低照度攝像機(jī)

3、。低速快門(mén)：又稱為（畫(huà)面）累積型攝像機(jī)：其原理是利用電腦記憶體的技術(shù)，利用該技 術(shù)，可以實(shí)現(xiàn) 0.0008 星光級(jí)的情況下應(yīng)用。此技術(shù)的原理可以看出，他還是離 不開(kāi)“光源”，必須要求環(huán)境必須有光的存在，即使它很微弱，因此如果在完全黑 暗的條件下，它無(wú)效。并且，圖象的成像是以犧牲圖象的連續(xù)性為代價(jià)的（注意 其原理是延長(zhǎng)曝光時(shí)間使 CCD 充分感光，有一個(gè)光的積累過(guò)程）。此類型低照 度攝像機(jī)適用于較靜態(tài)場(chǎng)所的監(jiān)視。超感度攝像機(jī)：超感度攝像機(jī)（ EXVIEW/HAD） ，又稱 24 小時(shí)攝像機(jī)，其彩色照度可達(dá)0.05LUX，黑白則可達(dá)0.003-0.001LUX （亦可搭配紅外線以達(dá) OLUX）不僅

4、能清晰的辯識(shí)影像，更是實(shí)時(shí)連續(xù)的畫(huà)面。此類型攝像機(jī)主要是采用 SONY 元件廠 所推出的EXVIEW/HAD/CCD （超感CCD）,其運(yùn)用專利技術(shù)將 CCD每一畫(huà)素 的開(kāi)口率提高，進(jìn)而達(dá)到更低照度的要求，由于該 CCD 的制造成本仍高，相對(duì) 的成品制造商要研發(fā)此類攝像機(jī)的技術(shù)門(mén)檻也較高。EXVIEW HAD CCD+畫(huà)面累積技術(shù)，并且基本消除了拖影現(xiàn)象。主動(dòng)紅外技術(shù)利用CCD攝像機(jī)（黑白模式），可以感應(yīng)紅外光譜原理，給 CCD攝像機(jī)配 置紅外照明光源（紅外燈），利用物體反射紅外光源的紅外光達(dá)到成像的目的， 缺點(diǎn)使紅外照明距離短，靈敏度不高、并且容易紅暴。熱成像技術(shù)紅外線輻射是自然界存在的一種

5、最為廣泛的電磁波輻射， 它在電磁波連續(xù)頻 譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)光之間的區(qū)域。 這種紅外線輻射是基于任何物 體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)， 并不停地輻射出熱紅 外能量。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大 ; 反之，輻射的能量愈小。熱成像技術(shù)原理：通過(guò)非接觸探測(cè)，將物體輻射產(chǎn)生的紅外能量（熱量）轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理形成熱輻射圖象。凡是溫度高于絕對(duì)溫度零度（零下 270 攝氏度）的物體均向外輻射紅外能量，溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)。因此，熱成像 技術(shù)不同與低照度技術(shù)，即使在絕對(duì)黑暗（沒(méi)有可見(jiàn)光）的環(huán)境下也可以成像； 也不同語(yǔ)主動(dòng)紅外技術(shù)，它不需要額外的紅外設(shè)備。熱

6、成像技術(shù) VS LowLightTM 低照技術(shù)LowLightTM 低照技術(shù)采用高感光 CCD （如Exview HAD CCD等）、DSS數(shù) 字快慢門(mén)調(diào)節(jié)來(lái)提高攝像機(jī)的低照性能。曝光時(shí)間的增長(zhǎng)使 CCD 更充沛感光， 從而增強(qiáng)圖像亮度及清晰度。 LowLightTM 低照技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單（僅攝像機(jī)即可）、價(jià)格大眾化 （技術(shù)已普及），缺點(diǎn)則在于圖像亮度以犧牲圖像 連續(xù)性為代價(jià)，而最終 LowLightTM 低照技術(shù)仍需依靠照明光源并局限于可見(jiàn)光 光譜內(nèi)。當(dāng)環(huán)境呈黑暗、煙霧或遮擋時(shí)，低照技術(shù)顯然無(wú)所適從。熱成像技術(shù)由于依靠紅外輻射成像不依賴可見(jiàn)光，無(wú)論環(huán)境光照強(qiáng)或弱、能 見(jiàn)度（遮擋）高

7、或低均不影響有效成像。因此，熱成像技術(shù)完全解決了必須依靠 “可見(jiàn)光”的技術(shù)瓶頸，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用擴(kuò)展至更大范圍。 熱成像技術(shù) V.S 主紅外技術(shù)不少用戶對(duì)主紅外技術(shù)與熱成像技術(shù)的理解常出現(xiàn)混淆。事實(shí)上，兩者技術(shù) 雖然都借由紅外光譜成像，但是其成像原理卻大不相同。主紅外技術(shù)利用CCD攝像機(jī)（黑白模式下）可感應(yīng)近紅外光譜（卩 m）的原理，在CCD攝像機(jī)附近架設(shè)輔助紅外照明設(shè)備（如紅外燈等），利用物 體反射紅外源的紅外光達(dá)到成像目的。紅外熱成像技術(shù)是感應(yīng)中、遠(yuǎn)紅外光譜（3.08.0卩m、8.014.0卩m）,利用（非制冷）氧化礬微測(cè)輻射熱儀感應(yīng)物體所輻射散發(fā)的紅外能量來(lái)成像。主動(dòng)紅外技術(shù)至今未得

8、到廣泛應(yīng)用， 問(wèn)題在于紅外輔助照明設(shè)備的技術(shù)弊端 重重。照明范圍小、靈敏度低、耗能大；體積笨重、使用壽命短，最致命的弱點(diǎn) 是紅外輔助照明設(shè)備所散發(fā)的紅外光線極易被探測(cè)到，從而自我暴露。熱成像技術(shù)由于感應(yīng)來(lái)自物體輻射散發(fā)的紅外能量， 完全拋棄問(wèn)題重重的紅 外輔助照明設(shè)備，從根本上杜絕以上弊病及弱點(diǎn)。 一體化熱成像定位系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)及意義微測(cè)輻射熱儀微測(cè)輻射熱儀是一體化熱成像定位系統(tǒng)的攝像機(jī)組件， 通常有制冷與非制冷 兩種類型。以非制冷型為佳， 因?yàn)榉侵评湫臀y(cè)輻射熱儀無(wú)需液氮和斯特林制冷， 可長(zhǎng)期無(wú)維護(hù)連續(xù)工作，壽命長(zhǎng)且工作時(shí)無(wú)聲音，啟動(dòng)時(shí)間短。無(wú)論室內(nèi)、戶外 使用，儀器不受陽(yáng)光、氣候和其它高溫

9、物體的影響。熱靈敏度可簡(jiǎn)單定義為儀器或使觀察者能從背景中精確分辨出目標(biāo)輻射的最小溫度。 熱靈敏度值越小，代表熱靈敏度越高。視場(chǎng)它是光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角的簡(jiǎn)稱， 表示能夠在光學(xué)系統(tǒng)像平面視場(chǎng)光闌內(nèi)成像的 空間范圍。 當(dāng)物體位于以光軸為軸線， 頂角為視場(chǎng)角的圓錐內(nèi)的任一點(diǎn) （在一定 距離內(nèi)）時(shí)能被光學(xué)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)， 即成像于光學(xué)系統(tǒng)像平面的視場(chǎng)光闌內(nèi)， 也即物體能在熱成像攝像機(jī)中成像的物空間的最大張角叫做視場(chǎng)，一般是aoXB o的矩陣視場(chǎng)。類似 CCD 攝像機(jī)有效像素的概念。視場(chǎng)越大，圖像清晰度越高。像素尺寸像素尺寸指aoxp o矩陣視場(chǎng)內(nèi)每個(gè)像素的大小。一般，像素尺寸越小，熱靈敏度越高。光譜響應(yīng)這是指熱成

10、像攝像機(jī)對(duì)紅外光譜的響應(yīng)范圍， 通常有中紅外光譜及遠(yuǎn)紅外光譜兩種響應(yīng)范圍。以遠(yuǎn)紅外光譜(卩m)為佳，因?yàn)橹屑t外光譜(3.0-8.0 卩m)的波長(zhǎng)較短，較容易穿透有些物質(zhì)，使其最終無(wú)法正常成像?，F(xiàn)場(chǎng)溫度范圍現(xiàn)場(chǎng)溫度范圍是指熱成像攝像機(jī)能感應(yīng)成像的最高溫度， 物體一旦超過(guò)該溫度，攝像機(jī)將無(wú)法給出邊緣圖像。這類似普通 CCD 攝像機(jī)的受光過(guò)飽和現(xiàn)象。 溫度范圍越高，熱成像攝像機(jī)的圖像動(dòng)態(tài)范圍越廣。另外，為方便讀者識(shí)別以上參數(shù)指標(biāo)，現(xiàn)以 FLIR 一體化熱成像定位系統(tǒng)的 規(guī)格參數(shù)為范例：非制冷氧化磯微測(cè)輻射熱儀(uncooled, Vanadium Oxide Microbolometer)；熱靈敏度

11、(sensitivity):;視場(chǎng)(array format): 320 x 240；像素尺寸(pixel size): 38 卩 m；光譜響應(yīng)(spectrum respons： 卩 m，遠(yuǎn)紅外感應(yīng)(LWIR)；現(xiàn)場(chǎng)溫度范圍(scene temp range：至150C，最高可達(dá) 560C(可選)； 圖像顯示模式( display format)：White Hot、Black Hot、Sepia、Rainbow。紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)1、紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)式的非接觸的檢測(cè)與識(shí)別，隱蔽性好：由于紅外熱成像技術(shù)是一種對(duì)目標(biāo)的被動(dòng)式的非接觸的檢測(cè)與識(shí)別，因而隱 蔽性好

12、，不容易被發(fā)現(xiàn)，從而使紅外熱成像儀的操作者更安全、更有效。 紅外熱成像技術(shù)不受電磁干擾，能遠(yuǎn)距離精確跟蹤熱目標(biāo)，精確制導(dǎo)由于紅外熱成像技術(shù)利用的是熱紅外線，因而不受電磁干擾。采用先進(jìn)熱成 像技術(shù)的紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)， 能遠(yuǎn)距離精確跟蹤熱目標(biāo)， 并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目 標(biāo)，使武器發(fā)揮最佳效能。 紅外熱成像技術(shù)可精確制導(dǎo)， 使制導(dǎo)武器具有較高的 智能性和發(fā)射后不用管的能力， 并可尋找最重要的目標(biāo)予以摧毀， 從而大幅度提 高了彈藥的命中精度，使其作戰(zhàn)威力成幾十倍地提高。 紅外熱成像技術(shù)能真正做到 24h 全天候監(jiān)控 紅外輻射是自然界中存在最為廣泛的輻射，而大氣、煙云等可吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)35y

13、m和814ym的紅外線卻是透明的，這兩個(gè)波段被稱 為紅外線的 “大氣窗口 ”。 因此，利用這兩個(gè)窗口，可以在完全無(wú)光的夜晚，或 是在雨、雪等煙云密布的惡劣環(huán)境， 能夠清晰地觀察到所需監(jiān)控的目標(biāo)。 正是由 于這個(gè)特點(diǎn)，紅外熱成像技術(shù)能真正做到 24h 全天候監(jiān)控。 紅外熱成像技術(shù)的探測(cè)能力強(qiáng)，作用距離遠(yuǎn)利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行探測(cè)的能力強(qiáng)， 可在敵方防衛(wèi)武器射程之外實(shí)施觀 察，其作用距離遠(yuǎn)。目前手持式及裝于輕武器上的熱成像儀可讓使用者看清 800m 以上的人體 ，且瞄準(zhǔn)射擊的作用距離為 23km； 在艦艇上觀察水面可達(dá) 10km ； 在 1.5km 高的直升機(jī)上可發(fā)現(xiàn)地面單兵的活動(dòng)； 在 20km

14、 高的偵察機(jī) 上可發(fā)現(xiàn)地面的人群和行駛的車輛， 并可分析海水溫度的變化而探測(cè)到水下潛艇 等。 紅外熱成像技術(shù)可采用多種顯示方式，把人類的感官由五種增加到六種只有當(dāng)物體的溫度高達(dá)1000 C以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見(jiàn)光被人眼看見(jiàn)。而所 有溫度在絕對(duì)零度（-273 C）以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。如一個(gè) 正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量大約為 100 W。這些都是人眼看不見(jiàn)的，但物體 的熱輻射能量的大小， 直接和物體表面的溫度相關(guān)。 熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可 以利用紅外熱成像技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析， 并可采用多種 顯示方式顯示出來(lái)。 如對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行假彩色處理， 便可由不同顏色顯

15、示不同溫 度的熱圖像； 若對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理， 即可用數(shù)字顯示物體各點(diǎn)的溫度 值等，從而看清人眼原來(lái)看不見(jiàn)的東西。 所以可以說(shuō)， 紅外熱成像技術(shù)把人類的 感官由五種增加到六種。 紅外熱成像技術(shù)能直觀地顯示物體表面的溫度場(chǎng)，不受強(qiáng)光影響，應(yīng)用廣泛紅外熱成像儀則可以同時(shí)測(cè)量物體表面各點(diǎn)溫度的高低， 直觀地顯示物體表面 的溫度場(chǎng)，并以圖像形式顯示出來(lái)。由于紅外熱成像儀是探測(cè)目標(biāo)物體的紅外熱輻射能量的大小，從而不像微光 像增強(qiáng)儀那樣處于強(qiáng)光環(huán)境中時(shí)會(huì)出現(xiàn)光暈或關(guān)閉，因此不受強(qiáng)光影響。紅外熱成像技術(shù)除主要應(yīng)用軍事方面外，還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、 消防、考古、交通、地質(zhì)、公安偵察等民用領(lǐng)域

16、。并且，還可將這種技術(shù)大量地 應(yīng)用到安防監(jiān)控領(lǐng)域中，以方便實(shí)現(xiàn)智能安防監(jiān)控。2、紅外熱成像技術(shù)的缺點(diǎn) 圖像對(duì)比度低，分辨細(xì)節(jié)能力較差由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而一般目標(biāo)溫差都不大，因此紅外熱圖像對(duì) 比度低，使分辨細(xì)節(jié)能力變差。 不能透過(guò)透明的障礙物看清目標(biāo)，如窗戶玻璃。 由于紅外熱成像儀靠溫差成像，而像窗戶玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測(cè)不到其后物體的溫差，因而不能透過(guò)透明的障礙物看清目標(biāo)。 成本高、價(jià)格貴 目前紅外熱成像儀的成本仍是限制它廣泛使用的最大因素，但肖特基勢(shì)壘非致冷紅外焦平面陣列的出現(xiàn)， 提供了一種以低成本獲得高分辨力、 高可靠性器件 的有效手段。隨著科技的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)

17、的突破，并提高加工效率，今后的成本 會(huì)大為降低的。熱成像攝像機(jī)和低照度、紅外攝像機(jī)主要性能對(duì)比表指標(biāo)熱成像攝像機(jī)低照度、紅外攝像機(jī)技術(shù)水平很高低照度較高，紅外很低工作照度OLUX （全黑）至少是星光或配紅外燈工作頻段卩 m0.75-1.0 卩 m探測(cè)器類型非制冷氧化磯微測(cè)輻射材料CCD鏡頭焦距般疋疋焦多數(shù)是變焦拍攝距離最遠(yuǎn)可達(dá)幾十公里最遠(yuǎn)不到300米拍攝靈敏度感應(yīng)溫度變化，很高感應(yīng)光線變化，白天較咼，夜晚較低透霧性可以透霧拍攝不可透霧拍攝拍攝范圍全視場(chǎng)紅外燈照射到或有微光的地方隱蔽性被動(dòng)感應(yīng)，不發(fā)光，隱蔽性好配紅外燈，沒(méi)有隱蔽性圖像色彩一般黑白，帶有偽彩白天彩色，夜晚黑白分辨率較低（320x2

18、40）或 640x480彩色較高，黑白較低目標(biāo)移動(dòng)影響對(duì)畫(huà)面沒(méi)有任何影響低照度下影響畫(huà)面的連續(xù)性圖像清晰度溫差大時(shí)很好，小時(shí)較低光線好時(shí)很好，光線低時(shí)一般視頻傳輸分析碼流小，便于傳輸和分析一般碼流較大、便于分析，傳輸占帶寬多產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)普通攝像機(jī)，很高中低價(jià)位，高檔產(chǎn)品價(jià)格稍高紅暴現(xiàn)象畫(huà)面不受任何光線干擾光線變化對(duì)畫(huà)面影響很大安裝操作非常簡(jiǎn)單安裝簡(jiǎn)單，操作相對(duì)復(fù)雜普通玻璃遮擋不能透過(guò)可以透過(guò)工作壽命5萬(wàn)小時(shí)以上紅外燈壽命短，低照度攝像機(jī)較長(zhǎng)低含沙水流運(yùn)動(dòng)特性綜述劉兆存 徐永年 時(shí)間：2007-11-25 12:12:00摘要：本文著重綜述了清水水流（在固定一可動(dòng)邊界條件下）、挾沙水流的流速分

19、布特征、紊動(dòng)特性、能量間分配關(guān)系等流動(dòng)現(xiàn)象的內(nèi)部規(guī)律， 并系統(tǒng)分析比較了 它們的異同，文中還兼論了卡門(mén)常數(shù)。關(guān)鍵詞：清水水流挾沙水流流動(dòng)規(guī)律1引言擬序結(jié)構(gòu)的研究豐富了人們對(duì)湍流的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)非線性科學(xué)的發(fā)展對(duì)湍流研究起了很大的推動(dòng)作用。流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的流速能量分布關(guān)系及其規(guī)律和猝發(fā)的特征及性質(zhì)，一方面是研究挾沙水流等的基礎(chǔ)， 另一方面本身有其重要的理論意義和實(shí)踐意義，本文探討低含沙水流和清水特性的異同。2猝發(fā)現(xiàn)象猝發(fā)現(xiàn)象的具體描述參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)1，研究表明：當(dāng)Reh=uh u （u為平均流速，h為水深）10000時(shí)，用外部參量（u，h）無(wú)量綱化猝發(fā)周期 T是不正確的，和混合參量（v ,h,u*,

20、u）相 比，最佳參量是用內(nèi)部參量 （v ,u*）無(wú)量綱化猝發(fā)周期并推導(dǎo)知：（u2*Tb/u 190）（y+=yu*/u+15）。2研究了零壓力梯度下光滑平板和零壓力梯度下表面糙度由粗糙向光滑轉(zhuǎn)變時(shí)內(nèi)部 邊界還未恢復(fù)局部平衡情形時(shí)的猝發(fā)規(guī)律。在猝發(fā)現(xiàn)象中，引射（Ejections）時(shí)對(duì)應(yīng)的速度脈動(dòng)為U 0,掃掠時(shí)，（Sweeps）對(duì)應(yīng)的速度脈動(dòng)為U 0,V 0,v 0,（U 、V ）以+為上標(biāo)表示）和引射（u 0,v 0,=表示湍S圖1三次積Triple products流平均，-表示非湍流平均 （為簡(jiǎn)單計(jì)，這里只討論光 滑情形）。在外區(qū)，引射較掃掠更頻繁 發(fā)生，因而對(duì)當(dāng)?shù)丶羟胸?獻(xiàn)更大，在內(nèi)層

21、中，二者 對(duì)剪應(yīng)力貢獻(xiàn)大致相等， 發(fā)生總時(shí)間也大致相同。 在整個(gè)邊界層厚度中，引 射較掃掠對(duì)u 2和v 2 貢獻(xiàn)更大，二者之和約為 40%勺 u2-uv 和 v2-uv ， 由圖1中易知引射和掃掠 控制著能量和切應(yīng)力的慣 性傳輸。經(jīng)過(guò)推導(dǎo)知由式可知：卡門(mén)常數(shù)是流體運(yùn)動(dòng)內(nèi)部流場(chǎng)特性的參數(shù)，從一個(gè)局部平衡區(qū)到另一個(gè)局部平衡區(qū)，卡門(mén)常數(shù)也在變化，即卡門(mén)常數(shù)是一個(gè)反映流體運(yùn)動(dòng)特性的 局部量，是空間點(diǎn)坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，但卡門(mén)常數(shù)又是流體運(yùn)動(dòng)性態(tài)的一個(gè)系統(tǒng) 整體參數(shù)，而非獨(dú)立的變量。準(zhǔn)確地講，又稱之為卡門(mén)參數(shù)。6分析了.、畫(huà)和回亙勺譜分布情形（無(wú)壓強(qiáng)梯度的平板流動(dòng)）指出，不同的邊界情形有不同 的流動(dòng)，似乎

22、顯示了不同邊界表面粗糙情形不僅影響邊界層內(nèi)部物理量分布不 同，而且外層的物理量分布也不同。在邊壁可動(dòng)情形下的猝發(fā)情況研究近來(lái)也取得了一些成果，7研究了在不同密度的淤泥質(zhì)床面上水流運(yùn)動(dòng)的猝發(fā)周期并和剛性床面的結(jié)果作了比較。結(jié)果表明，按內(nèi)部參量 T+b=u2*/v 口 無(wú)量綱化的猝發(fā)周期，較同條件的清水在近壁區(qū)明顯增大。文獻(xiàn)8的研究結(jié)果表明，懸浮泥沙的尺寸和波數(shù)增加，將使底壁水流更容易猝發(fā)，流 動(dòng)雷諾數(shù)增加將抑制猝發(fā)； 泥沙的縱向流速比水流縱向流速大得愈多，愈不容易導(dǎo)致流體猝發(fā)的形成，但當(dāng)泥沙的縱向流速比水流的縱向流速為小時(shí)（天然情形中常常這樣），較易導(dǎo)致猝發(fā)的產(chǎn)生。9的研究表明，泥沙尺寸在一定范

23、圍內(nèi)愈大，將使猝發(fā)次數(shù)增加，使湍流度 和雷諾應(yīng)力增加；泥沙含量增加，使猝發(fā)頻率和流條平均空間尺寸不變。觀察表明，似乎是 近壁區(qū)的低速流條的上升和破裂控制著泥沙的傳輸，泥沙大部分在低速流條區(qū)積聚，后被流體上舉帶離床面，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的。10的研究再一次表明，猝發(fā)歷時(shí)隨壁粗糙度的增加而減少。 順便指出，11研究高分子減阻中，相同摩阻流速條件下，減阻液和清水中兩種情形下猝發(fā) 歷時(shí)和猝發(fā)空間長(zhǎng)度之比值都近似為一常數(shù)值，約為1.67。3平均流速和脈動(dòng)流速3.1流速分布對(duì)流速分布的研究(這里以明渠為研究對(duì)象)人們作了大量工作，自從普朗特提出流速分布的對(duì)數(shù)公式后，50年代12曾給出了在整個(gè)邊界層都適用的流速分布公

24、式umaa/u *=1/kln( S /y)+ n /k f (y/ S )式中k為卡門(mén)常數(shù)，S為邊界層原子度，n /k f (y/ S )為尾流函數(shù)。據(jù)1314的研究，在 明渠中，可以認(rèn)為對(duì)數(shù)率一直適用到水面，即認(rèn)為尾流函數(shù)為零。這里采用竇國(guó)仁流速分布公式式中u為距壁面y處的時(shí)均流速，ri和rt分別為層化和率流的發(fā)生率。vi、vt分別為層流和率流的流速成分布，其它符-13。從湍流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，研究流速分布是一個(gè)重要的方向。15通過(guò)研究后得出，令=u/u*,n =u*y/ u，則光滑邊壁時(shí)外區(qū)流速分布可表示為在上述流速分布公式中，對(duì)如下變換群變換，其形式保持不變u 1=入。,u 1=入 u上

25、述變換也稱之為重整化群變換，(a為重整化群參數(shù)) 在粗糙和過(guò)渡情形時(shí)，16經(jīng)過(guò)研究后認(rèn)為令J則可得包括光滑、過(guò)渡、粗糙在內(nèi)的明渠流速的分布公式為易知，在上述流速分布公式中，若令因 _則上式在上述變換群變換下其形式保持不變。應(yīng)當(dāng)指出公式推導(dǎo)的物理基礎(chǔ)是外流區(qū)，對(duì)近壁區(qū)其物理假定并不成立，但卻開(kāi)辟了一條從流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手分析其流速分布規(guī)律的途 徑。3.2脈動(dòng)結(jié)構(gòu)明渠紊流的脈動(dòng)結(jié)構(gòu)采用竇國(guó)仁提出的下述公式因zl式中k為卡門(mén)常數(shù), 為邊界層原子度，-為 紊流時(shí)的平均流速。圖2紊流度分布Distribution of turbulentintensity（a:H=15mm,x=4.85m;b:H=20m

26、m,x=5.00m;c:H=30mm,x=4.85m;d:H=40mm,x=4.8m編號(hào)虛線為對(duì)應(yīng)曲線的基線，H為水深，x為相對(duì)于起始點(diǎn)沿流向距離）董曾南在光滑壁面 明渠均勻紊流的試驗(yàn)中 將水流沿水深方向依次 劃分為粘性底層、過(guò)渡 層、紊流層，其紊流度（標(biāo)征 的大小的量） 可參看圖2。若平均流速和脈動(dòng)流，則有a1 a-KS ” _!11 1兇1， !a(17)(18)(19)平均流粘性耗散能相對(duì)于E 3所占的百分比若 u*y/ u 0, 5貝U E1/E3=87.3%若 u*y/ u 5, 10 則 E2-E1/E3=9.2%若 u*y/ u 0, 10 則 E2/E3=96.5%若 u*y/

27、 u 10, 15貝U E4/E3=3.4%I!N n jn亠lin ra Al hi 一一 =”因順便指出 分布結(jié)果比較復(fù)雜，具體結(jié)果參照文獻(xiàn)17。取i- i_ I .(20)(21)(22)(23)(24)=u2*/2H x H+S ln( S /(H+ S )+9/2H 2k2 u 2(a1-4b+4(b 21-ab-2c1)u +(a1b21-2a1C1+4biC1) x2 2 2 2(1/ u -2/a1)+1/2 x 1/ u2-(2/a1) x 2(a b-b 1+2C1)u+2(aQ-a1b1-4bc)u -2c*a 1+0)332224+1/3 x 1/ u -(2/a 1)

28、 x a1b1-2a c+4b1c1) u +4c1(ab+C1)u +創(chuàng)+1/41/ u 4-(2/a1) x222 2552-2c 1(a 1b 1+C1) u -2a 1c 1 u + a 1 u c 1 x 1/51/ u -(2/a 1) + Ina 2 ux -2 u +2(4b1-a 1) u +2(a1b1-b21+2c1)+a 1/2- u x (a 1+4v)-4b 1-(a 1/2) 2- u 上式中 a1=Hku*+2 u ,b1=ku* S +2u ,c1=ku * Su + u 2.順便指出,KTUMM naHHiMdiMI.兇也可依照Ex無(wú)任何實(shí)質(zhì)性困難的求出。3

29、.3湍流現(xiàn)象其實(shí)針對(duì)湍流概念，18給出了一個(gè)極好的描述，它聯(lián)系了渦運(yùn)動(dòng)與紊運(yùn)動(dòng)的物理關(guān)系, 以及表達(dá)了紊運(yùn)動(dòng)在時(shí)間和空間上都是一種局部現(xiàn)象。令1/入七=粘性應(yīng)力/紊動(dòng)應(yīng)力=卩(du/dy ) /- p u v 對(duì)于充分發(fā)展紊流取u* S / u 11,u*y/ u 12,k=0.4知(采用竇國(guó)仁公式)入 t 1.5在湍流流速場(chǎng)分布中， 19 找到了如下的速度場(chǎng)之間的廣義自相似性關(guān)系 x=入 x,t =入 t1-卩,V =入卩 V, (p/ p)=入 2p ( p/ p) , u = X 1+u20Frisch,U etal.A simple dynamical model of intermi

30、ttent fully developed turbulence.J Fluid Mech.197821 錢(qián)寧，萬(wàn)兆惠。泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)。北京：科學(xué)出版社， 1983.22Giselher,Gust.Observations on turbulent drag reduciton in a dilute suspension of clay in sea water I Fluid23Luchik,T.S.and Tiederman,W.G.Timescale and structure of ejections and bursts in turbulent channel Mech.1987,

31、174.24 秦榮昱等。河流推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)理論及應(yīng)用。北京：中國(guó)鐵道出版社， 1996.25 陳長(zhǎng)植等。曲率緩變型反弧段水流的紊動(dòng)特性。水利學(xué)報(bào)，1994，10.26 李福田。挾沙水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。泥沙研究， 1986(1).第二章 距離高分辨和一維距離像雷達(dá)采用了寬頻帶信號(hào)后 , 距離分辨率可大大提高 , 這時(shí)從一般目標(biāo) （如飛 機(jī)等接收到的 已不再是 “點(diǎn)”回波 ,而是沿距離分布開(kāi)的一維距離像。雷達(dá)回波的性質(zhì)可以用線性系統(tǒng)來(lái)描述 , 輸入是發(fā)射脈沖 , 通過(guò)系統(tǒng) （目標(biāo) 的作用 ,輸出 雷達(dá)回波。系統(tǒng)的特性通常用沖激響應(yīng)（或稱分布函數(shù)表示 ,從 發(fā)射波形與沖激響應(yīng)的卷積可得到雷達(dá)回波的波

32、形。嚴(yán)格分析和計(jì)算目標(biāo)的沖激響應(yīng)是比較復(fù)雜的,要用到較深的電磁場(chǎng)理論 , 不屬于本書(shū)的范圍。 簡(jiǎn)單地說(shuō) , 雷達(dá)電波作用的目標(biāo)的一些部件對(duì)波前會(huì)有后向散射 , 當(dāng)一些平板部分面向雷達(dá)時(shí)還會(huì)有后向鏡面反射 ; 這些是雷達(dá)回波的主要 部分 ;此外還有諧振波和爬行波等。因此 目標(biāo)的沖激響應(yīng) （分布函數(shù)可以用 散射點(diǎn)模型近似 , 即目標(biāo)可用一系列面向雷達(dá)的散射點(diǎn)表示 這些散射點(diǎn)位于后 向散射較強(qiáng)的部位。 由于諧振波和爬行波的滯后效應(yīng) , 有時(shí)也會(huì)有少數(shù)散 射點(diǎn)在 目標(biāo)本體之外。 如上所述 , 目標(biāo)的散射點(diǎn)模型顯然與雷達(dá)的視線向有關(guān) , 例如當(dāng) 飛機(jī) 的平板機(jī)身與雷達(dá)射線垂直時(shí)有很強(qiáng)的后向鏡面反射 ,

33、而在偏離不大的角度 后 , 鏡向反射射向 它方 , 不為雷達(dá)所接收。 目標(biāo)的雷達(dá)散射點(diǎn)模型隨視角的變化 而緩慢改變 ,且與雷達(dá)波長(zhǎng)有關(guān) 分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,在視角變化約 10的 范圍里 , 可認(rèn)為散射點(diǎn)在目標(biāo)上的位置和強(qiáng)度近似 不變。 順便提一下 , 前面曾提 到微波雷達(dá)對(duì)目標(biāo)作 ISAR 成像 ,目標(biāo)須轉(zhuǎn)動(dòng) 3左右 ,在分析時(shí) 用散射點(diǎn)模型 是合適的。雖然目標(biāo)的散射點(diǎn)模型隨視角作緩慢變化 , 但一維距離像的變化要快得多。 可以想像到 , 一維距離像是三維分布散射點(diǎn)子回波之和 , 在平面波的條件下 , 相當(dāng)三維子回波以向量和的方式在雷達(dá)射線上的投影 , 即相同距離單元里的子回波作向量相加。我

34、們知道，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)視角的微小變化，會(huì)使同一距離單元內(nèi)而橫向位置UD13V1 裳W190m 2-1鐘l冋波的維sm不同散射點(diǎn)的徑向距離差改變，從而使兩者子回波的相位差可能顯著變化。以波長(zhǎng)3厘米為例，若兩散射點(diǎn)的橫距為10米，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)0.05。時(shí)，兩者到雷達(dá) 的徑向距離差變化為1厘米，它們子回波的相位差改變240由此可見(jiàn)，目標(biāo) 一維距離像中尖峰的位置隨視角緩慢變化（由于散射點(diǎn)模型緩變，而尖峰的振幅可能是快變的（當(dāng)相應(yīng)距離單元中有多個(gè)散射點(diǎn)。圖2-1是2.1寬帶信號(hào)的逆濾波、匹配C波段雷達(dá)實(shí)測(cè) 的飛機(jī)一維距離像的例子，圖中將視角變化約 3。的回波重合畫(huà)在一起。一維距 離像隨視角變化而具有的峰值位置

35、緩變性和峰值幅度快變性可作為目標(biāo)特性識(shí)別的基礎(chǔ)。本章將用上述散射點(diǎn)模型對(duì)高分辨的一維距離像進(jìn)行討論。濾波和脈沖壓縮根據(jù)散射點(diǎn)模型，設(shè)散射點(diǎn)為理想的幾何點(diǎn)，若發(fā)射信號(hào)為（p t，對(duì)不同 距離多個(gè)散射點(diǎn)目標(biāo)，其回波可寫(xiě)成：22( (cir i iR s t A p t ecn=(2.1i A 和 ( i m R t 分別為第 i 個(gè)散射點(diǎn)回波的幅度和某時(shí)刻的距離 ; ( p ?為歸一化的回波包絡(luò) ; c f 為載波頻率 , c 為光速。若以單頻脈沖發(fā)射 , 脈沖越窄 , 信號(hào)頻帶越寬 。 但發(fā)射很窄的脈沖 , 要有很 高的峰值功率 實(shí)際困難較大 , 通常都采用大時(shí)寬的寬頻帶信號(hào) , 接收后通過(guò)處

36、理得到窄脈沖。 為此 , 我們將 (2.1 式的回波信號(hào)換到頻域來(lái)討論如何處理 , 這時(shí) 有 :2( ( c if f jR cr i in+=刀(2.2對(duì)理想的幾何點(diǎn)目標(biāo)當(dāng)然希望重建成沖激脈沖,如果 ( P f 在所有頻率沒(méi)有零 分量 ,則沖激脈沖信號(hào)可通過(guò)逆濾波得到,即21(2( e( ( c if jR i r ci iR S f FA t P f cnw-? ?=-?刀(2.3實(shí)際 ( P f 的頻帶雖然較寬 ,但總是帶限信號(hào) ,所以一種實(shí)用距離成像方法是通過(guò)匹配濾波 , 主要將各頻率分量的相位校正成一樣 , 為了提高信噪比再按信 號(hào)頻譜幅度加權(quán) ,而頻譜為零部分是無(wú)法恢復(fù)的。匹配濾波

37、后的輸出為1* ( 2( 1*(2( ( ( ( ( 2e psf ( c i c i r M f r f f j R c f i i f j R i c=?EE(2.4這里 *( P ?為 ( P ?的復(fù)共軛 ,而21( psf ( ( f t F P f - ? ?=? ?(2.5在時(shí)域上看 , 濾波相當(dāng)于信號(hào)與濾波器沖激響應(yīng)的卷積 , 對(duì)一已知波形的信 號(hào)作匹配濾 波,其沖激響應(yīng)為該波形的共軛倒置。當(dāng)波形的時(shí)間長(zhǎng)度為p T , 則 卷積輸出信號(hào)為 p T 2。實(shí)際上 ,匹配濾波可實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮 ,輸出主瓣的寬度為B (B 為信號(hào)的頻帶寬度 , 為降低副瓣而作加權(quán) ,主瓣要展寬一些 ,即距離

38、分辨率為 2(B c , 脈壓信號(hào)的 B 通常較大 (1BT , 輸出主瓣是很窄的 , 時(shí)寬為 p T 2 的輸 出中 ,絕大部分區(qū)域?yàn)榉群艿偷母卑辍．?dāng)反射體是靜止的離散點(diǎn)時(shí) , 回波為一系列不同延時(shí)和復(fù)振幅的已知波形之 和 , 對(duì)這樣 的信號(hào)用發(fā)射波形作匹配濾波時(shí) , 由于濾波是線性過(guò)程 , 可分別處理 后迭加。 如果目標(biāo)長(zhǎng)度相 應(yīng)的回波距離段為 r ?, 其相當(dāng)?shù)臅r(shí)間段為 T ?(=c r ?2 , 考慮到發(fā)射信號(hào)時(shí)寬為 p T ,則目標(biāo)所 對(duì)應(yīng)的回波時(shí)間長(zhǎng)度為 p T T +?, 而匹配濾 波后的輸出信號(hào)長(zhǎng)度為 p T T 2+? 。雖然如此 ,具有 離散點(diǎn)主瓣的時(shí)間段仍只有T?,兩端

39、的部分只是副瓣區(qū) ,沒(méi)有目標(biāo)位置信息。應(yīng)當(dāng)指出 ,通過(guò)卷積直接作匹配濾波脈壓的運(yùn)算量相對(duì)較大,可以在頻率域通過(guò)共軛相乘再作 IFFT 求得。需要注意的是兩離散信號(hào)頻率域相乘相當(dāng)它們?cè)?時(shí)域作 圓卷積 , 為使圓卷積與線性卷積等價(jià) , 待處理的信號(hào)須加零延伸 , 避免圓 卷積時(shí)發(fā)生混疊。實(shí)際處理中 ,為了壓低副瓣 ,通常是將匹配函數(shù)加窗 ,然后加零延伸為p T T +? 的時(shí)間長(zhǎng)度 ,作傅立葉變換后并作共軛 ,和接收信號(hào)的傅立葉變換相乘后，作傅立葉逆變換，取前T ?時(shí)間段的有效數(shù)據(jù)段。為了便于采用快速傅立葉變換，可能對(duì)匹配函數(shù)要補(bǔ)更多的零，對(duì)接收信號(hào)也要補(bǔ)零。 脈壓處理過(guò)程的如 圖2-2所示,其

40、中虛框部 分可事先計(jì)算好，以減小運(yùn)算量。接收信號(hào)圖2-2匹配濾波脈壓示意圖距離匹配濾波壓縮后，不管是否補(bǔ)零，其距離分辨率為2(B c，距離采樣率 為2(s F c，其中s F為采樣頻率，1s sT F =為采樣周期，距離采樣周期要求小于等 于距離分辨單元長(zhǎng)度。2.2線性頻調(diào)信號(hào)和解線頻調(diào)處理大時(shí)寬寬頻帶信號(hào)可以有許多形式 ，如脈沖編碼等，但用得最多的是線性調(diào) 頻(LFM脈 沖信號(hào)。由于線性調(diào)頻信號(hào)的特殊性質(zhì)，對(duì)它的處理不僅可用一般 的匹配濾波方式，還可用特 殊的解線頻調(diào)(Dechirping方式來(lái)處理。解線頻調(diào)脈壓方式是針對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)提出的，對(duì)不同延遲時(shí)間信號(hào)進(jìn)行脈 沖壓縮，在一些特殊場(chǎng)合，

41、它不僅運(yùn)算簡(jiǎn)單，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于 SAR和ISAR中作脈沖 壓縮。應(yīng)當(dāng)指出，解線頻調(diào)處理和匹配濾波雖然基本原理相同，但兩者還是有些差別的，為了能正確利用解線頻調(diào)方式作脈沖壓縮，我們對(duì)它作一些詳細(xì)的說(shuō)明。假設(shè)發(fā)射信號(hào)為=? ?+rect 2122 冗丫 , 其中 ?w =212101rect(u u u , f c為中心頻率,T p為脈寬,為調(diào)頻率,t t mT =-為快時(shí)間 , m 為整數(shù) , T 脈沖重復(fù)周期 , mT t m = 為慢時(shí)間。解線頻調(diào)是用一時(shí)間固定 , 而頻率、 調(diào)頻率相同的 LFM 信號(hào)作為參考信號(hào) , 用它和回波 作差頻處理。設(shè)參考距離為R ref , 則參

42、考信號(hào)為?+? - ? -=2212?222?rect , ?(c R t c R t f j ref refm refref ref c e T c R t t t s丫冗(2.7式中 ref T 為參考信號(hào)的脈寬 ,它比 T 要大一些 (參見(jiàn)圖 2-3 。某點(diǎn)目標(biāo)到雷達(dá)的距離為t R ,雷達(dá)接收到的該目標(biāo)信號(hào), ?(m r t t s 為? ? ? -+? ?-? -=2212?222?rect , ?(c R t c R t f j p t m r i i c e T c R t A t t sYn (2.8解線頻調(diào)的示意圖如圖 2-3,若 ref t R R R - =?,則其差頻輸出

43、為 , ?( , ?( , ?(*m r e f m r m if tt s t t s t t s ?= 即244 2?(42?rect , ?(?-? -=R cR f cR cR t c j p t m if eee T c R t A t t s c ref頻脈沖。冗丫冗丫冗 (2.9若暫將討論限制在一個(gè)周期里 (即 R ? 為常數(shù) ,則上式為頻率與 R ?成正比的單如果所需觀測(cè)的范圍為 2, 2r R r R ref ref ?+? -, 圖 2-3 中畫(huà)出了范圍兩 側(cè)邊緣處的回波。2.3(a 中除參考信號(hào)外 ,有遠(yuǎn)、近的兩個(gè)回波。參考信號(hào)與回波作其共軛相乘 , 即作差頻處理 , 回

44、波變成單頻信號(hào) , 且其頻率與回波和參考信號(hào)的 距離差成正比 ,因而也叫解線頻調(diào)處理。由圖 2-3(b 可知 cR f i ? -=2 y。因此 ,對(duì)解線頻調(diào)后的信號(hào)作傅立葉變換 , 便可在頻域得到對(duì)應(yīng)的各回波的 sinc 狀的窄脈 沖 ,脈 沖寬度為 p 1,而脈沖位置與 ?R 成正比 (cR ?-2 丫如圖2-3(b的左側(cè)所示。如上所述 , 變換到頻域窄脈沖信號(hào)的分辨率為 p 1, 利用 cR f i ?-=2y ,可得相應(yīng)的距離分辨率為 r p=Bc T cp1212=y ,相應(yīng)的時(shí)間分辨率為B 1, 這與匹配濾波脈沖壓縮的結(jié)果是一致的。城址4心|皿I 遠(yuǎn)費(fèi)離冋*Zirjc(12dfHi

45、la空嵐上戢圖2-3解線頻調(diào)脈壓示意圖由于用解線頻調(diào)作脈沖壓縮的結(jié)果表現(xiàn)在頻域里 ，而不像匹配濾波是在時(shí)域 里完成，有些 書(shū)籍里又把這種方法叫 時(shí)頻變換脈沖壓縮”。從頻率域變換到距 離（相對(duì)于參考點(diǎn)的，應(yīng)乘以 系數(shù)丫2c -應(yīng)當(dāng)指出，如 r ? 一定則解線調(diào)頻后的頻率范圍為?- 丫丫,即信號(hào)最大頻寬為YCr ?2=B cT r p?2=B R r p?,其中 p R 為 p T 所對(duì)應(yīng)的距離。因此可見(jiàn) ,比值pR r ? 越小 , 則信號(hào)最大頻寬比原調(diào)頻帶寬也小得越多, 在聚束式 SAR 和 ISAR 里這一比值有時(shí)小到幾十分之一 ,甚至幾百分之一 ,以 ISAR 為例 ,飛機(jī)一類目標(biāo) 的長(zhǎng)度

46、一般 小于 100 米 , 對(duì)應(yīng)的時(shí)寬為零點(diǎn)幾微秒 , 而大時(shí)寬的寬頻帶信號(hào)一般 在幾十微秒以上 , 從而可 將信號(hào)頻帶從幾百兆赫減小到只有幾兆赫 , 對(duì)后續(xù)設(shè)備 （特別是中放和 D A 變換 可簡(jiǎn)化很 多。 當(dāng)然 , 這一頻帶的降低是以時(shí)間加長(zhǎng)為代價(jià)換來(lái)的 ,即用長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)處理短時(shí)間里的信號(hào) 。以上只是結(jié)合圖 2-3 作定性說(shuō)明 ,回過(guò)來(lái)看看 （2.9 式 ,它還是比較復(fù)雜的 , 特別是它有三個(gè) 相位項(xiàng)。為簡(jiǎn)化分析 ,由于目標(biāo)一般移動(dòng)相對(duì)緩慢（在 ISAR 中 , 雷達(dá)不動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng) ;在 SAR 中 ,雷達(dá)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景和目標(biāo)通常不動(dòng) , 目標(biāo)相對(duì)雷達(dá) 運(yùn)動(dòng)的速度為雷達(dá)速度在目標(biāo)方向的投影分量 ,

47、 可設(shè)其距離 （相對(duì)于參考點(diǎn) ?R 的快時(shí)間 t ?（限于一個(gè)周期 是固定 , 而對(duì)慢時(shí)間 m t （跨多個(gè) 周期 是移動(dòng)的。 上面的 定性說(shuō)明只是討論一個(gè)周期里的脈壓 ,即 ?R 為定值 ,因此 （2.9式中的 后兩個(gè)相 位項(xiàng)在所討論的時(shí)間里為常數(shù) , 所須要注意的只是第一個(gè)相位項(xiàng)。 該項(xiàng)表明變換 后 得到的脈沖是單頻的 ,其值為 c常將這一相位項(xiàng)稱為距離項(xiàng)。?R 對(duì)于慢時(shí)間 m t 是變化的 , ?R 的變化會(huì)使對(duì)應(yīng)的距離項(xiàng)中的頻率即 (2.9式中的第一相位項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的 i f 發(fā)生改變 ,同時(shí)也使 (2.9 式中其它兩個(gè)相位項(xiàng)的 相位不 再是固定的 , 而會(huì)發(fā)生變化。 下面我們將會(huì)看到 ,

48、 第二相位項(xiàng)的相位變化 使回波產(chǎn)生多普勒 這是正常的，而第三相位項(xiàng)是解線頻調(diào)所獨(dú)有的，稱為視頻 殘余相位(RVP,它會(huì)使多普勒有少許改變。將 (2.9 式后兩個(gè)相位項(xiàng)的相位單獨(dú)寫(xiě)出 :2244?+二R cR f c c d 冗丫冗(2.10在 短 的 時(shí) 間 里 ， 設(shè) ?R 的 變 化 近 似 是 線 性 的 (高 次 項(xiàng) 可 以 忽 略即mr t V R R +=?0， 而 2?R =20 (m r t V R +?m r t V R R 0202?+玉將？R和2?R 代入 (2.10 式 , 得2(4 (402020m r m r c d t V R R c t V R f c? +-=

49、冗丫冗(2.11由此可得多普勒(24221002?-=Q-=B f cV V R cf cV dt丫冗(2.12式中00?=T B 丫而 cR T 002?= , 即目標(biāo)相對(duì)于參考點(diǎn)的距離為 0?R 時(shí) ,解線調(diào)頻 后信號(hào)的頻率。得到其實(shí) ,上述結(jié)果可對(duì) (2.9 式的時(shí)域信號(hào)對(duì)快時(shí)間 (以參考點(diǎn)的時(shí)間為基準(zhǔn) 作 傅立葉變換2244 2(sinc , (?-? ? ? ? ?+=R cj R f c ji p p m i if eeR c f T AT t f S c冗丫冗丫 (2.13式 (2.13 表明 ,解線頻調(diào)脈沖壓縮后 , 在頻域的窄脈沖寬度為 p ,頻移為?-R cY2, 另外還有

50、兩個(gè)與 ?R 有關(guān)的相位項(xiàng) ( 多普勒項(xiàng)和RVP 項(xiàng) , 這些都和上面的說(shuō)明是一致的。解線頻調(diào)方法和匹配濾波脈壓相比較 , 多了 RVP 項(xiàng) , 它是什么原因產(chǎn)生的 , 是否正常 ,如 果不正常 ,是否可加以消除呢 ?答案是肯定的 。從圖 2-3(b 可見(jiàn) , 通過(guò)解線頻調(diào)后 ,矩形脈沖變成單 頻的 ,且頻率與距離的負(fù)數(shù) (當(dāng)對(duì)于參考點(diǎn) 成 正比, 這是我們需要的。 但從該圖也可看出 , 各 個(gè)單頻脈沖時(shí)間上不對(duì)齊 , 而是 有一定的時(shí)移 (=i f R =- ? , 即時(shí)移與解線頻調(diào)的頻率成正比。 我們知道 , 時(shí) 域的時(shí)移相當(dāng)于頻域添加了線性相位因子,這就是 RVP 項(xiàng)的來(lái)源 ,我們可以通

51、 過(guò)對(duì)圖 2.2(b 的波形作色散延時(shí)處理 , 令延時(shí)與 i f 成正比 (=i f , 則可將圖 2-3(b 中的所有不同 距離的回波校正成在時(shí)間上完全對(duì)齊圖 2.2(c, 而 RVP 項(xiàng)也隨之 消失。在實(shí)際應(yīng)用中 ,解線頻調(diào)后脈沖在時(shí)間上不對(duì)齊 ,主要影響還不是 RVP 因 為 (2.12 式中的 0c B f ?, 而是脈壓后的副瓣問(wèn)題。我們知道,矩形的時(shí)域脈沖 通過(guò)傅立葉變換的頻率波形為sinc 函數(shù) , 主瓣附近的副瓣是相當(dāng)高的 , 必須加權(quán) 處理以抑制副瓣。 可以看出 , 由于解線頻調(diào) 處理只能在時(shí)域加權(quán) , 當(dāng)所有脈沖在 時(shí)間上均對(duì)齊時(shí) , 各脈沖均能統(tǒng)一地作良好的加權(quán) , 從而

52、 得到低副瓣的脈壓。 對(duì)于如圖 2-3(b 所示的時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)的脈沖 ,而我們又只能對(duì) pr T (=cR T r p ?+2 作統(tǒng)一的時(shí)間加權(quán) , 對(duì)中間的信號(hào)加權(quán)合適 , 兩端的信號(hào)不會(huì)合適。 可以說(shuō) , 對(duì)圖 2-3(b 的信號(hào)作脈沖壓縮，除非2p r T c?5】根據(jù)疑采樣定劇 信號(hào)的最大頻帶寬度等于采樣頻率則何(2 JR)F =處丁匸丫 _ X尸由于采樣數(shù)口初和采樣時(shí)間J和采樣率耳的關(guān)系為當(dāng)pr T =p T時(shí)，解線頻調(diào)距離壓縮后采樣率等于分辨率prc T c T c pyyS =21212 （2.212.3 散射點(diǎn)模型與一維距離像寬頻帶信號(hào)的功能之一是為雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別提供了較好的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代雷達(dá) , 特別是軍用雷 達(dá)常希望能對(duì)非合作目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。 常規(guī)窄帶雷達(dá)由于距離分辨率很低, 一般目標(biāo) （如飛機(jī)呈現(xiàn)為 “點(diǎn)” 目標(biāo) , 其波形雖然也包含一定的目標(biāo)信息 , 但十分粗糙。頻寬為幾百兆赫的雷達(dá) 目標(biāo)回波為高距離