SQ-雷達(dá)系統(tǒng)(第三章)脈沖多普勒雷達(dá)

第三章脈沖多普勒雷達(dá)2023/2/513.1脈沖多普勒(PD)雷達(dá)基本概念3.2脈沖多普勒雷達(dá)的雜波3.3PD雷達(dá)典型框圖與原理3.4PD雷達(dá)的距離性能基本概念PD雷達(dá)的特點(diǎn)2023/2/52①具有較高的脈沖重復(fù)頻率，使雜波和目標(biāo)無(wú)速度模糊②利用脈沖串頻譜進(jìn)行多普勒濾波(頻域?yàn)V波)③由于PRF很高，通常對(duì)觀測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生距離模糊PD雷達(dá)的應(yīng)用強(qiáng)雜波背景下檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用要求機(jī)載或空間監(jiān)視探測(cè)距離遠(yuǎn)；距離數(shù)據(jù)精確戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視(低速目標(biāo)檢測(cè))中等探測(cè)距離；距離和速度數(shù)據(jù)精確導(dǎo)彈告警探測(cè)距離近；非常低的虛警率第三章脈沖多普勒雷達(dá)2023/2/533.1脈沖多普勒(PD)雷達(dá)基本概念3.2脈沖多普勒雷達(dá)的雜波3.3PD雷達(dá)典型框圖與原理3.4PD雷達(dá)的距離性能機(jī)載PD雷達(dá)下視幾何關(guān)系2023/2/54天線主瓣天線旁瓣機(jī)載下視雷達(dá)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(dá)正下方的地面回波雜波的多普勒頻率分布取決于：①雷達(dá)平臺(tái)速度(速度和方向)②平臺(tái)相對(duì)地面照射點(diǎn)的幾何關(guān)系機(jī)載PD雷達(dá)下視幾何關(guān)系2023/2/55地面某散射點(diǎn)A的回波多普勒頻移為：載機(jī)與地面水平飛行，相對(duì)速度為目標(biāo)在載機(jī)前下方，速度：載機(jī)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(jī)載下視PD雷達(dá)地雜波頻譜則信號(hào)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(luò)為辛格函數(shù)型。2023/2/56若PD雷達(dá)發(fā)射頻率為，重頻為的相參脈沖串信號(hào)。機(jī)載下視PD雷達(dá)接收信號(hào)頻譜2023/2/57則接收信號(hào)的頻譜為：主瓣雜波主瓣雜波強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度：較大高度線雜波多普勒頻率：高度線雜波頻率：f0無(wú)雜波區(qū)2023/2/511當(dāng)雷達(dá)信號(hào)PRF滿足一定條件時(shí)，地雜波譜間出現(xiàn)空隙無(wú)雜波區(qū)無(wú)雜波區(qū)中僅有接收機(jī)內(nèi)部噪聲雜波重疊與PRF選擇2023/2/512設(shè)某機(jī)載PD雷達(dá)的工作波長(zhǎng)，主波束寬度，載機(jī)速度，波束中心軸線與載機(jī)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(duì)雜波的影響2023/2/513①低PRF(LPRF)，時(shí)雜波在距離上不重疊測(cè)距無(wú)模糊（可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離測(cè)量）無(wú)雜波區(qū)不存在，地雜波譜高度重疊目標(biāo)信號(hào)

落入多次重疊雜波譜中，造成檢測(cè)難，

檢測(cè)產(chǎn)生模糊，即測(cè)速模糊雜波重疊與PRF選擇PRF對(duì)雜波的影響2023/2/514②高PRF(HPRF)，時(shí)有較寬無(wú)雜波區(qū)目標(biāo)落入無(wú)雜波區(qū)若

易檢測(cè)，無(wú)測(cè)速模糊雜波在距離上重疊（使雜波功率譜密度增高，信號(hào)功率低于雜波功率）距離測(cè)量模糊雜波重疊與PRF選擇PRF對(duì)雜波的影響2023/2/515③中等PRF(MPRF)，時(shí)測(cè)速、測(cè)距均有模糊雜波在頻譜、距離上均有重疊（不嚴(yán)重）雜波重疊與PRF選擇總結(jié)2023/2/516①PD雷達(dá)的地雜波譜a)主雜波、高度線雜波區(qū)、旁瓣雜波區(qū)、無(wú)雜波區(qū)b)主雜波強(qiáng)度最高，干擾最強(qiáng)，其次是高度線雜波c)目標(biāo)可能出現(xiàn)在雜波區(qū)或無(wú)雜波區(qū)雜波重疊與PRF選擇總結(jié)2023/2/517②目標(biāo)環(huán)境與PRF關(guān)系a)目標(biāo)與載機(jī)迎面運(yùn)動(dòng)，相對(duì)速度，回波多普

勒頻率：

當(dāng)高時(shí)，目標(biāo)落入無(wú)雜區(qū)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)能力最強(qiáng)雜波重疊與PRF選擇總結(jié)2023/2/518②目標(biāo)環(huán)境與PRF關(guān)系b)載機(jī)尾追目標(biāo)時(shí)，相對(duì)速度，回波多普勒頻

率：

當(dāng)太小，目標(biāo)落入雜波區(qū)目標(biāo)檢測(cè)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(duì)強(qiáng)度②

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

把位于特定距離上、具有特定多普勒頻率的目標(biāo)回波檢測(cè)出來(lái)，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(guān)心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)過(guò)濾出來(lái)。

并且窄帶濾波器的頻率響應(yīng)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為盡量與目標(biāo)回波譜相匹配，使接收機(jī)工作在最佳狀態(tài)。典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門顯示或截獲電路自同步器來(lái)天線典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門發(fā)射機(jī)一定要采用全相干主振放大式發(fā)射機(jī)，保證發(fā)射脈沖的相位相干性。1.產(chǎn)生發(fā)射激勵(lì)信號(hào)2.產(chǎn)生調(diào)制波形3.接收機(jī)本振信號(hào)自同步器來(lái)天線單邊帶濾波器典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門顯示或截獲電路自同步器來(lái)天線PD雷達(dá)中，通常采用環(huán)行器這類無(wú)源器件，用于發(fā)射與接收之間有效切換天線典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門自同步器來(lái)顯示或截獲電路天線是一種波門選通器件，在接收機(jī)的中頻段進(jìn)一步衰減發(fā)射機(jī)泄漏單邊帶濾波器典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門自同步器來(lái)顯示或截獲電路天線獲取對(duì)應(yīng)距離的目標(biāo)信息：①

實(shí)現(xiàn)距離(時(shí)間)量化，從距離上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分辨②

消除本距離單元外的雜波單邊帶濾波器典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門自同步器來(lái)顯示或截獲電路天線濾除雜波和干擾，為動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)提供有利條件距離選通放大器典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖單邊帶濾波器2023/2/527通帶寬度近似等于脈沖重復(fù)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(jìn)行。特性：中心頻率(),提取附近寬信息，濾除的重復(fù)譜線選擇依據(jù)：①功率最大；②變化，位置不變，始終對(duì)準(zhǔn)濾波器中心典型機(jī)載PD雷達(dá)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(jìn)行單邊帶濾波注意：②單邊帶輸出信號(hào)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(shù)好典型機(jī)載PD雷達(dá)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(nèi)，有：回波信號(hào)譜

、主雜波、旁瓣雜波、高度線雜波主雜波功率最強(qiáng)分布，隨，變化對(duì)信號(hào)譜檢測(cè)影響最大主雜波抑制典型機(jī)載PD雷達(dá)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(duì)準(zhǔn)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(kāi)環(huán)式跟蹤）典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖主瓣雜波抑制濾波器①

頻率跟蹤法（閉環(huán)式跟蹤）設(shè)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(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤混頻后取差頻主雜波被最大抑制可達(dá)60dB，但雜波強(qiáng)度可達(dá)80dB，還有20dB剩余通過(guò)二級(jí)混頻：恢復(fù)原中頻信號(hào)譜的位置，以便不影響后面的多普勒濾波。典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖主瓣雜波抑制濾波器②

雜波跟蹤器（開(kāi)環(huán)式跟蹤）及時(shí)提供站速

，天線掃描位置計(jì)算控制VCO產(chǎn)生送去混頻主雜波抑制器典型機(jī)載PD雷達(dá)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(luò)的倒數(shù)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(wú)法準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)存在偏差為有效抑制，濾波器帶寬增加，以適應(yīng)移動(dòng)影響典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖PRF與主瓣雜波抑制濾波器關(guān)系2023/2/534當(dāng)PD雷達(dá)采用高PRF工作時(shí)有無(wú)雜波區(qū)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度快動(dòng)目標(biāo)回波譜落在無(wú)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(wú)雜波濾波器實(shí)現(xiàn)當(dāng)PD雷達(dá)采用中PRF工作時(shí)有速度模糊不能用無(wú)雜波濾波器目標(biāo)落在旁瓣雜波區(qū)計(jì)算MTI抑制主雜波典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖高度線雜波濾波器2023/2/535零多普勒濾波同時(shí)消除載波泄漏能量中放后，中心頻率為高度線雜波特點(diǎn)①

較其它旁瓣雜波強(qiáng)②

譜中心位于(零多普勒)窄帶內(nèi)零多普勒濾波器抑制典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖調(diào)制器收發(fā)開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)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(lái))(自距離跟蹤來(lái))站速天線指向到速度門自同步器來(lái)顯示或截獲電路天線距離選通放大器典型機(jī)載PD雷達(dá)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(hào)譜

，可用“無(wú)雜波濾波器”檢測(cè)

帶寬很寬檢測(cè)信息用N個(gè)窄帶濾波器取代“無(wú)雜區(qū)濾波”檢測(cè)回波信號(hào)譜典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/538對(duì)窄帶濾波器組要求：①因不同而異濾波器寬度、形狀應(yīng)與動(dòng)目標(biāo)信號(hào)譜匹配窄帶濾波器決定測(cè)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(biāo)

可能范圍

③第個(gè)濾波器輸出信號(hào)譜對(duì)應(yīng)目標(biāo)相對(duì)速度典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/539動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)譜譜形狀、寬度取決于

個(gè)回波脈沖串包絡(luò)的付氏變換形狀辛格函數(shù)譜寬回波脈沖數(shù)

譜線寬

，幅度

個(gè)脈沖通過(guò)寬度為

的辛格函數(shù)濾波器

個(gè)脈沖的相干積累典型機(jī)載PD雷達(dá)框圖多普勒濾波器組(窄帶濾波器組)2023/2/540根據(jù)目標(biāo)測(cè)速無(wú)模糊條件：為減小復(fù)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(shù)目目標(biāo)多