SQ-雷達(dá)系統(tǒng)(第一章 )

第一章雷達(dá)系統(tǒng)基礎(chǔ)2023/2/511.1常見雷達(dá)波形1.2雷達(dá)信號(hào)模糊函數(shù)背景雷達(dá)依賴天線向空間輻射電磁波，并接收由目標(biāo)散射的電磁波，以確定目標(biāo)的存在。2023/2/52雷達(dá)發(fā)射的電磁波具有一定的形式：連續(xù)波或脈沖串，單頻的或調(diào)頻、調(diào)幅或相位編碼的雷達(dá)波形要求要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的有效檢測(cè)，雷達(dá)信號(hào)波形必須同時(shí)滿足以下條件：足夠的能量足夠的目標(biāo)分辨率對(duì)需要的回波有很好的選擇、屏蔽能力2023/2/53（看得準(zhǔn)）（看得見）（選擇、對(duì)抗能力）選擇的雷達(dá)波形要與雷達(dá)用途、目標(biāo)類型、目標(biāo)環(huán)境“匹配”雷達(dá)系統(tǒng)及其波形雷達(dá)波形及其指標(biāo)是決定任何雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能的基本部分雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮：2023/2/54工作頻率應(yīng)用類型、雷達(dá)硬件峰值功率脈沖時(shí)寬脈沖帶寬重復(fù)頻率調(diào)制類型極化方式連續(xù)波或脈沖硬件復(fù)雜程度

作用距離、系統(tǒng)靈敏度

待測(cè)目標(biāo)尺寸

波形、環(huán)境匹配常見雷達(dá)波形介紹連續(xù)波（ContinuousWave，CW）脈沖（Pulsed）2023/2/55連續(xù)波雷達(dá)波形介紹CWRadar

發(fā)射連續(xù)的單頻正弦波信號(hào)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)同時(shí)處于工作狀態(tài)通過多普勒頻移發(fā)現(xiàn)目標(biāo)

－可有效測(cè)量目標(biāo)的速度單基系統(tǒng)存在收發(fā)隔離問題，雙基系統(tǒng)較好簡(jiǎn)單的CW雷達(dá)無法測(cè)量距離

－波形缺乏“時(shí)間標(biāo)志”2023/2/56連續(xù)波雷達(dá)波形介紹FMCWRadar

發(fā)射頻率調(diào)制的連續(xù)正弦波發(fā)射機(jī)與接收機(jī)同時(shí)處于工作狀態(tài)通過收發(fā)頻率差拍發(fā)現(xiàn)目標(biāo)

－可有效測(cè)量固定目標(biāo)距離和速度單基系統(tǒng)存在收發(fā)隔離問題，雙基系統(tǒng)較好2023/2/57脈沖雷達(dá)波形介紹PulsedRadar

發(fā)射機(jī)由發(fā)射脈沖開、關(guān)當(dāng)發(fā)射機(jī)關(guān)閉時(shí)，接收機(jī)打開(單基地)在脈沖間的距離門上感知目標(biāo)

－可有效測(cè)量目標(biāo)距離和速度單基地系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)隔離較好脈沖調(diào)制方式多樣化利于雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2023/2/58脈沖串是一種常見雷達(dá)波形

脈沖雷達(dá)波形介紹2023/2/59

脈沖重復(fù)頻率：占空比：平均功率：發(fā)射脈沖串波形時(shí)可能產(chǎn)生距離模糊

脈沖雷達(dá)波形介紹2023/2/510脈沖雷達(dá)的最大無模糊距離：Rmax=cTr/2發(fā)射脈沖串波形時(shí)可能產(chǎn)生速度模糊

脈沖雷達(dá)的最大無模糊多普勒：fdmax=fr/2脈沖雷達(dá)波形介紹兩大類脈沖串波形：相參脈沖串和非相參脈沖串

2023/2/511脈沖雷達(dá)波形介紹相參脈沖串頻譜2023/2/512相參脈沖串頻譜非相參脈沖串頻譜脈沖雷達(dá)波形介紹

相參脈沖串雷達(dá)的速度模糊問題2023/2/513有多普勒頻移的CW信號(hào)的頻譜圖相干脈沖串頻譜(固定目標(biāo)－無多普勒頻移)中心波瓣濾波器有多普勒頻移的目標(biāo)回波將含有多普勒頻移目標(biāo)的中心波瓣區(qū)域展開脈沖雷達(dá)波形介紹脈沖重復(fù)頻率(PRF)

2023/2/514PRF距離多普勒低不模糊模糊中模糊模糊高模糊不模糊不同類型PRF的距離、多普勒頻率模糊特性PRF參差PRF交織在一個(gè)停留時(shí)間內(nèi)有多種PRF常見雷達(dá)波形連續(xù)波信號(hào)相參脈沖串信號(hào)PRI捷變波形頻率捷變信號(hào)

頻率分集信號(hào)極化捷變信號(hào)雙脈沖信號(hào)雙路信號(hào)脈沖壓縮信號(hào)分布頻譜信號(hào)沃爾什函數(shù)信號(hào)沖激信號(hào)(《雷達(dá)系統(tǒng)》,向敬成.表1-1)2023/2/5151.1常見雷達(dá)波形1.2雷達(dá)信號(hào)模糊函數(shù)第一章雷達(dá)系統(tǒng)基礎(chǔ)2023/2/516基本概念雷達(dá)分辨力

在多目標(biāo)環(huán)境中，雷達(dá)區(qū)分兩個(gè)或兩個(gè)以上鄰近目標(biāo)的能力（距離、速度、角度進(jìn)行分辨）。2023/2/517發(fā)射信號(hào)波形決定波形設(shè)計(jì)理論依據(jù)、工具天線方向圖（波束）模糊函數(shù)信號(hào)固有分辨力基本概念模糊函數(shù)

研究雷達(dá)波形的數(shù)學(xué)工具，反映了雷達(dá)波形在距離和徑向速度二維上的精度和分辨力

波形性能可通過所定義的分辨常數(shù)和模糊函數(shù)進(jìn)行比較

模糊與分辨是對(duì)立概念。

2023/2/518目標(biāo)分辨場(chǎng)景目標(biāo)分辨問題

有兩個(gè)相同的點(diǎn)目標(biāo)A和B，它們相對(duì)雷達(dá)是視角相同的鄰近目標(biāo)

從距離和徑向速度二維進(jìn)行分辨2023/2/519發(fā)射信號(hào)為參考目標(biāo)A為基準(zhǔn),則：A的回波復(fù)包絡(luò)為B的回波復(fù)包絡(luò)為為兩個(gè)目標(biāo)距離差對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為兩個(gè)目標(biāo)相對(duì)徑向速度差對(duì)應(yīng)的多普勒頻移

距離模糊函數(shù)與距離分辨率衡量兩個(gè)信號(hào)為“不同”的參數(shù)：均方差值2023/2/520設(shè)信號(hào)是

維幾何空間中的點(diǎn)或矢量用兩點(diǎn)間的距離度量點(diǎn)和點(diǎn)的可分辨程度對(duì)誤差的均方，或均方差距離模糊函數(shù)與距離分辨率距離分辨問題描述2023/2/521A、B相對(duì)雷達(dá)徑向速度相同僅有距離差時(shí)延以目標(biāo)A為基準(zhǔn)，則：A的回波信號(hào)為B的回波信號(hào)為當(dāng)時(shí)，A、B完全不可區(qū)分用兩個(gè)信號(hào)的均方差來衡量它們距離上的差別距離模糊函數(shù)與距離分辨率

均方誤差

2023/2/522信號(hào)能量

取決于該積分式距離模糊函數(shù)定義：信號(hào)的復(fù)自相關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)上雷達(dá)上信號(hào)的距離模糊函數(shù)距離模糊函數(shù)與距離分辨率距離模糊函數(shù)分析：2023/2/523兩個(gè)目標(biāo)從距離上越難分辨易分辨兩目標(biāo)完全重合在一起，無法分辨（誤認(rèn)為單目標(biāo)）

距離模糊函數(shù)特殊情況當(dāng)時(shí)，反映了信號(hào)在距離上分辨能力2023/2/524距離模糊函數(shù)與距離分辨率顯然，值或既與時(shí)延有關(guān),也與波形函數(shù)有關(guān)要提高距離分辨率，在于設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)函數(shù)使盡可能大，或盡可能小不可預(yù)知，不受雷達(dá)控制實(shí)際

距離模糊函數(shù)與距離分辨率最理想的2023/2/525時(shí)，最大化實(shí)際的在處最大；在位置，迅速降低沖激函數(shù)距離模糊函數(shù)與距離分辨率衡量波形距離分辨力的參數(shù)有：

－固有(或名義)距離分辨力

－延時(shí)分辨常數(shù)信號(hào)固有分辨力常用模糊函數(shù)的主瓣寬度定義。

如：3dB(半功率)主瓣寬度

對(duì)Sinc型模糊函數(shù)，還常采用4dB主瓣寬度采用固有分辨力定義的缺陷:

只考慮了主瓣內(nèi)鄰近目標(biāo)的分辨能力，沒有考慮旁瓣干擾對(duì)目標(biāo)分辨的影響2023/2/526距離模糊函數(shù)與距離分辨率時(shí)延分辨常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為：

2023/2/527將主瓣、基底旁瓣和模糊瓣的全部能量都計(jì)算在內(nèi)，再除以主瓣頂點(diǎn)的功率所得的時(shí)間寬度表示信號(hào)能量集中在區(qū)域的能力越趨近于沖激函數(shù)分辨力距離模糊函數(shù)與距離分辨率時(shí)延分辨常數(shù)的頻域形式2023/2/528

：信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜是一對(duì)傅立葉變換對(duì)：帕斯瓦爾關(guān)系式頻域形式為：的自相關(guān)函數(shù)

距離模糊函數(shù)與距離分辨率有效相關(guān)帶寬定義：2023/2/529反映了

的能力逼近時(shí)域:頻域

：反映了

1(均勻譜)（信號(hào)功率譜逼近均勻譜的能力）

表明波形

的頻譜與沖激函數(shù)的頻譜（均勻譜）的相似程度，故稱頻譜持續(xù)寬度。分辨力★有效相關(guān)帶寬距離分辨力

表明信號(hào)距離模糊函數(shù)與沖激函數(shù)相似的程度。距離模糊函數(shù)與距離分辨率2023/2/530★

用信號(hào)的有效相關(guān)帶寬或延時(shí)分辨常數(shù)來表示，而不是脈沖寬度★

寬脈沖與高距離分辨力不是不相容的，★關(guān)鍵在于信號(hào)的有效相關(guān)帶寬★(如脈沖壓縮信號(hào))

寬的有效相關(guān)帶寬反映高距離分辨力速度模糊函數(shù)與速度分辨率速度分辨問題描述2023/2/531A、B相對(duì)雷達(dá)距離相同

只有徑向速度差多普勒頻移以目標(biāo)A為基準(zhǔn)，則：A的回波信號(hào)為B的回波信號(hào)為仿照距離分辨率推導(dǎo)均方差速度模糊函數(shù)與速度分辨率速度模糊函數(shù)定義2023/2/532易分辨①波形主瓣寬度②多普勒分辨常數(shù)描述波形對(duì)相鄰速度目標(biāo)分辨力的參數(shù)：速度模糊函數(shù)與速度分辨率多普勒分辨常數(shù)定義2023/2/533反映速度模糊函數(shù)逼近沖激函數(shù)形狀的能力速度模糊函數(shù)與速度分辨率多普勒分辨常數(shù)的時(shí)域表示形式2023/2/534根據(jù)帕斯瓦爾關(guān)系式、的頻譜、頻移特性：有效相關(guān)時(shí)間定義頻域：反映的能力逼近時(shí)域：1(時(shí)寬無限長)反映有效相關(guān)時(shí)間速度分辨力★信號(hào)在時(shí)域上持續(xù)寬度越大，速度分辨能力越強(qiáng)關(guān)于距離、徑向速度分辨力的結(jié)論結(jié)論1：信號(hào)頻譜越寬，距離分辨力越高結(jié)論2：信號(hào)時(shí)域持續(xù)期越寬，速度分辨力越好2023/2/535對(duì)常規(guī)脈沖信號(hào)而言：時(shí)寬

頻寬有沒有時(shí)寬、頻寬都大的信號(hào)？如，LFM、相位編碼等脈沖信號(hào)距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力距離-速度二維聯(lián)合分辨問題定義2023/2/536點(diǎn)目標(biāo)A和B同時(shí)存在距離差和速度差，即以目標(biāo)A為基準(zhǔn)，則：A的回波信號(hào)復(fù)包絡(luò)為B的回波信號(hào)復(fù)包絡(luò)為同理，可得均方差誤差為：信號(hào)復(fù)包絡(luò)的時(shí)間-頻率復(fù)合自相關(guān)函數(shù)距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力距離-速度二維模糊函數(shù)定義2023/2/537目標(biāo)易分辨信號(hào)的距離-速度聯(lián)合分辨力模糊圖函數(shù)(完全描述了相鄰目標(biāo)的模糊度或可分辨性)模糊圖在某一高度上的截面(即二維模糊圖)模糊度圖由繪成的時(shí)延-頻移-功率幅度三維空間圖形模糊圖距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力高斯信號(hào)舉例：模糊圖、模糊度圖2023/2/538模糊圖-3dB截面高斯信號(hào)的歸一化模糊圖高斯信號(hào)的模糊度圖①A、B恰好可分辨②A、C完全可分辨③A、D不可分辨DD距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力用模糊度圖判別兩個(gè)目標(biāo)可分辨的方法2023/2/539通常以一個(gè)目標(biāo)為參考，即位于原點(diǎn)處，另一目標(biāo)以相對(duì)為變量進(jìn)行繪制。若另一目標(biāo)的相對(duì)值落入著色區(qū)域之外，則認(rèn)為兩目標(biāo)可分辨。若另一目標(biāo)的相對(duì)值落入著色區(qū)域之內(nèi)，則認(rèn)為兩目標(biāo)不可分辨。如，目標(biāo)B或C如，目標(biāo)D模糊度圖判別模糊很直觀模糊區(qū)域距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力模糊圖函數(shù)性質(zhì)(5個(gè))2023/2/540性質(zhì)①原點(diǎn)對(duì)稱性模糊曲面關(guān)于原點(diǎn)中心對(duì)稱物理意義性質(zhì)②

原點(diǎn)極大值模糊圖函數(shù)

最大值位于處物理意義模糊圖函數(shù)最大點(diǎn)就是均方差準(zhǔn)則的最小點(diǎn)，即最難分辨點(diǎn)物理意義距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力2023/2/541性質(zhì)③模糊體積不變性(模糊原理)模糊曲面下的總體積只取決于信號(hào)能量，而與信號(hào)形式無關(guān)。物理意義物理意義短脈沖長脈沖在信號(hào)能量相同的情況下，適當(dāng)選擇信號(hào)形式滿足雷達(dá)工作環(huán)境及功能的要求。例如，在需要分辨目標(biāo)的區(qū)域內(nèi)使模糊圖的體積分布小些，從而提高分辨力。折衷線性調(diào)頻脈沖壓縮技術(shù)距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力2023/2/542性質(zhì)④

變換性——波形變化對(duì)模糊函數(shù)的影響時(shí)域平方相位項(xiàng)模糊函數(shù)相對(duì)于

軸旋轉(zhuǎn)、拉長頻域平方相位項(xiàng)模糊函數(shù)相對(duì)于

軸旋轉(zhuǎn)、拉長時(shí)間比例變化的影響頻率比例變化的影響距離-速度模數(shù)函數(shù)與其聯(lián)合分辨力2023/2/543性質(zhì)⑤

軸切割性->距離模糊函數(shù)->速度模糊函數(shù)

幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)恒載頻矩形脈沖信號(hào)2023/2/544復(fù)包絡(luò)：(單位能量)幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/545恒載頻矩形脈沖信號(hào)模糊圖“正刀刃型”模糊函數(shù)幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/546根據(jù)模糊函數(shù)性質(zhì)⑤的軸切割特性，得：距離模糊函數(shù)：速度模糊函數(shù)：幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/547軸的切割圖形軸的切割圖形距離模糊函數(shù)速度模糊函數(shù)幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)恒載頻矩形脈沖信號(hào)模糊函數(shù)特點(diǎn)2023/2/548a.模糊度圖近似為橢圓;b.長軸()為，取決于信號(hào)時(shí)寬;c.短軸()為，取決于信號(hào)帶寬。信號(hào)時(shí)寬

軸距離分辨力軸多普勒分辨力恒載頻矩形脈沖信號(hào)難以使分辨同時(shí)達(dá)到最佳。幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)2023/2/549模糊函數(shù)性質(zhì)④:線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的模糊函數(shù)：復(fù)包絡(luò)：

b是線性調(diào)頻的

頻率變化率脈沖寬度內(nèi)的調(diào)頻帶寬為：幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/550線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的模糊函數(shù)：恒載頻矩形脈沖信號(hào)模糊圖線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)模糊圖“斜刀刃型”模糊函數(shù)幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/551線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)——軸的切割圖恒載頻矩形脈沖信號(hào)——軸的切割圖τ軸切割特性：模糊瓣更窄幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/552恒載頻矩形脈沖信號(hào)——軸的切割圖線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)——軸的切割圖fd軸切割特性：模糊瓣相同幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)模糊函數(shù)特點(diǎn)2023/2/553a.模糊度圖近似為橢圓，但是旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度;b.坐標(biāo)原點(diǎn)附近兩個(gè)坐標(biāo)軸寬度可分別由信號(hào)帶寬(τ軸)和

信號(hào)時(shí)寬(fd軸)加以控制結(jié)論：距離分辨力不一定與寬脈沖不相容，關(guān)鍵是

信號(hào)帶寬()距離分辨力時(shí)寬、帶寬分別獨(dú)立設(shè)計(jì)(LFM)距離分辨與速度分辨幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)恒載頻矩形脈沖串信號(hào)——均勻脈沖串2023/2/554復(fù)包絡(luò)：，其中其模糊函數(shù)為：表示脈沖之間的間隔幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/555均勻脈沖串信號(hào)模糊圖（板釘型）幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)2023/2/556軸切割圖形軸切割圖形周期周期包絡(luò)包絡(luò)幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)均勻脈沖串信號(hào)模糊圖特點(diǎn)2023/2/557脈沖時(shí)寬脈沖帶寬主峰副峰幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù)均勻脈沖串信號(hào)模糊圖特點(diǎn)2023/2/558a.在中心處有一個(gè)主峰，橫截面是橢圓形，其

長軸與成正比，短軸與成正比；b.除了主峰，還有許多副峰，在方向，相鄰兩峰間隔為

重復(fù)周期；在方向，相鄰兩峰間隔為；c.多脈沖序列使模糊函數(shù)分成一個(gè)為主的中心橢圓和許多

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