【ch06】目標(biāo)距離的測量

目標(biāo)距離的測量第六章雷達(dá)原理(第6版）高等學(xué)校電子信息類精品教材目標(biāo)距離的測量

01脈沖法測距PARTONE一、脈沖法測距1.基本原理

一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息

一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息隨機誤差是指因某種偶然因素引起的測距誤差，所以又稱偶然誤差。凡屬設(shè)備本身工作不穩(wěn)定性造成的隨機誤差稱為設(shè)備誤差，如接收時間滯后的不穩(wěn)定性、各部分回路參數(shù)偶然變化、晶體振蕩器頻率不穩(wěn)定以及讀數(shù)誤差等。凡屬系統(tǒng)以外的各種偶然因素引起的誤差稱為外界誤差，如電波傳播速度的偶然變化、電波在大氣中傳播時產(chǎn)生折射以及目標(biāo)反射中心的隨機變化等。隨機誤差一般不能補償?shù)?，因為它在多次測量中所得的距離值不是固定的而是隨機的。因此，隨機誤差是衡量測距精度的主要指標(biāo)。一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息1.電波傳播速度變化產(chǎn)生的誤差如果大氣是均勻的，則電磁波在大氣中的傳播是等速直線，此時測距公式(6.0.1)中的值可認(rèn)為是常數(shù)，但實際上大氣層的分布是不均勻的且其參數(shù)隨時間、地點而變化。大氣密度、濕度、溫度等參數(shù)的隨機變化，導(dǎo)致大氣傳播介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)和介電常數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的改變，因而電波傳播速度c不是常量而是一個隨機變量。由式(6.1.2)可知，由于電波傳播速度的隨機誤差而引起的相對測距誤差為一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息

一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息

一、脈沖法測距2.雷達(dá)回波中的可用信息3.測讀方法的誤差根據(jù)測距所用具體方法的不同，其測距誤差亦有差別。早期的脈沖雷達(dá)直接從顯示器上測量目標(biāo)距離，這時顯示器熒光屏亮點的直徑大小、所用機械或電刻度的精度、人工測讀時的慣性等都將引起測距誤差。當(dāng)采用電子自動測距的方法時，如果測讀回波脈沖中心，回波脈沖中心的估計誤差(正比于脈寬而反比于信噪比)以及計數(shù)器的量化誤差等均將造成測距誤差。自動測距時的測量誤差與測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、目標(biāo)特性(包括其動態(tài)特性和回波起伏特性)、干擾(噪聲)的強度等因素均有關(guān)系，詳情可參考測距系統(tǒng)的有關(guān)資料。測距的實際精度和許多外部及設(shè)備的因素有關(guān)，混雜在回波信號中的噪聲干擾(通常是加性噪聲)則是限制測量精度的基本因素。由噪聲引起的測量誤差通常稱為測量的理論精度或極限精度。下面討論測距精度的理論極限值。測量距離就是對目標(biāo)回波出現(xiàn)的時延做出估值，用最大似然法可獲得參量的最佳估值。一、脈沖法測距3.測距的理論精度（極限精度)

一、脈沖法測距3.測距的理論精度（極限精度)

一、脈沖法測距4.距離分辨力和測距范圍

一、脈沖法測距4.距離分辨力和測距范圍

一、脈沖法測距4.距離分辨力和測距范圍

一、脈沖法測距5.判測距模糊的方法

一、脈沖法測距5.判測距模糊的方法

02調(diào)頻法測距PARTONE二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的組成框圖如圖6.7所示。發(fā)射機產(chǎn)生連續(xù)高頻等幅波，其頻率在時間上按三角形規(guī)律或按正弦規(guī)律變化，目標(biāo)回波和發(fā)射機直接耦合過來的信號加到接收機混頻器內(nèi)。在無線電波傳播到目標(biāo)并返回天線的這段時間內(nèi)，發(fā)射機頻率較之回波頻率已有了變化，因此在混頻器輸出端便出現(xiàn)了差頻電壓。后者經(jīng)放大、限幅后加到頻率計上。由于差頻電壓的頻率與目示距離有關(guān)，因而頻率計上的刻度可以直接采用距離長度作為單位。二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距連續(xù)工作時，不能像脈沖工作那樣采用時間分割的辦法共用天線，但可用混合接頭、環(huán)行器等辦法使發(fā)射機和接收機隔離。為了得到發(fā)射和接收間高的隔離度，通常采用分開的發(fā)射天線和接收天線。當(dāng)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)工作于多目標(biāo)情況下時，接收機輸入端有多個目標(biāo)的回波信號。要區(qū)分這些信號并分別決定這些目標(biāo)的距離是比較復(fù)雜的，因此，目前調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)多用于測定只有單一目標(biāo)的情況，例如在飛機的高度表中，大地就是單一的目標(biāo)。二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距

二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距

二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距

二、調(diào)頻法測距1.調(diào)頻連續(xù)波測距2.調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的特點調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的優(yōu)點是:（1）能測量很近的距離，一般可測到數(shù)米，而且有較高的測量精度。（2）雷達(dá)線路簡單，且可做到體積小、質(zhì)量輕，普遍應(yīng)用于飛機高度表及微波引信等場合。它的主要缺點是:（1）難以同時測量多個目標(biāo)。如欲測量多個目標(biāo)，必須采用大量濾波器和頻率計數(shù)器等，使裝置變得復(fù)雜，從而限制了其應(yīng)用范圍。（2）收發(fā)間的完善隔離是所有連續(xù)波雷達(dá)的難題。發(fā)射機泄漏功率將阻塞接收機，因而限制了發(fā)射功率的大小。發(fā)射機噪聲的泄漏會直接影響接收機的靈敏度。二、調(diào)頻法測距2.脈沖調(diào)頻測距

二、調(diào)頻法測距2.脈沖調(diào)頻測距二、調(diào)頻法測距2.脈沖調(diào)頻測距

二、調(diào)頻法測距2.脈沖調(diào)頻測距

03PARTONE距離跟蹤原理三、距離跟蹤原理1.人工距離跟蹤早期雷達(dá)多數(shù)只有人工距離跟蹤。為了減小測量誤差，采用移動的電刻度作為時間基準(zhǔn)。操縱員按照顯示器上的畫面，將電刻度對準(zhǔn)目標(biāo)回波。從控制器度盤或計數(shù)器上讀出移動電刻度的準(zhǔn)確時延，就可以代表目標(biāo)的距離。因此關(guān)鍵是要產(chǎn)生移動的電刻度(電指標(biāo))，且其延遲時間可準(zhǔn)確讀出。常用的產(chǎn)生電移動刻度的方法有鋸齒電壓波法和相位法，這些是早期使用的方法和裝置這里不再詳述。三、距離跟蹤原理2.自動距離跟蹤自動距離跟蹤系統(tǒng)應(yīng)保證電移動指標(biāo)自動地跟蹤目標(biāo)可波并連續(xù)地給出目標(biāo)距離數(shù)據(jù)。整個自動測距系統(tǒng)應(yīng)包括對目標(biāo)的搜索、捕獲和自動跟蹤3個互相聯(lián)系的部分。下面先討論跟蹤的實現(xiàn)方法，然后討論搜索和捕獲的過程。圖6.13是距離自動跟蹤的簡化框圖。三、距離跟蹤原理2.自動距離跟蹤

三、距離跟蹤原理2.自動距離跟蹤

04PARTONE數(shù)字式自動測距器四、數(shù)字式自動測距器隨著高速度、高機動性能目標(biāo)的出現(xiàn)，以及航天技術(shù)的要求，雷達(dá)跟蹤目標(biāo)要求的作用距離大、跟蹤精度高、反應(yīng)速度快，這就要進(jìn)一步改善自動測距器的性能。由于近年來數(shù)字器件及技術(shù)有了飛躍的發(fā)展，有條件采用數(shù)字式距離跟蹤系統(tǒng)來達(dá)到上述要求。比起模擬式自動測距器來講，數(shù)字式自動測距器(或自動距離跟蹤系統(tǒng))具有下述優(yōu)點：跟蹤精度高，且精度與跟蹤距離無關(guān)；響應(yīng)速度快，適合于跟蹤快速目標(biāo)；工作可靠和系統(tǒng)便于集成化；輸出數(shù)據(jù)為二進(jìn)制碼，可以方便地和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接口。因此數(shù)字式自動測距器被廣泛用于現(xiàn)代跟蹤雷達(dá)。數(shù)字式和模擬式自動測距器(距離跟蹤系統(tǒng))的基本工作原理是相同的，兩系統(tǒng)都是由時間鑒別器、控制器(常稱距離產(chǎn)生器)和跟蹤脈沖產(chǎn)生器三部分組成的，如圖6.13所示。但在這兩種系統(tǒng)中完成各種功能的技術(shù)手段是不同的。在數(shù)字式自動測距器中，以穩(wěn)定的計數(shù)脈沖振蕩器(時鐘)驅(qū)動高速計數(shù)器來代替模擬的鋸齒電壓波，用數(shù)字寄存器(距離寄存器)的數(shù)碼來等效代表距離的模擬比較電壓。因此，讀出跟蹤狀態(tài)下距離寄存器數(shù)碼所代表的延遲時間，即可產(chǎn)生相應(yīng)的跟蹤波門并得到目標(biāo)的距離數(shù)據(jù)。四、數(shù)字式自動測距器

1.數(shù)字式測距的基本原理四、數(shù)字式自動測距器1.數(shù)字式測距的基本原理目標(biāo)距離R與計數(shù)器讀數(shù)n之間的關(guān)系為式中，廣為計數(shù)脈沖重復(fù)頻率。如果需要讀出多個目標(biāo)的距離，則控制觸發(fā)器置“0”的脈沖應(yīng)在相應(yīng)的最大作用距離以后產(chǎn)生，各個目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的讀出根據(jù)回波不同的延遲時間去控制讀出門，讀出的距離數(shù)據(jù)分別送到相應(yīng)的距離寄存器中。四、數(shù)字式自動測距器1.數(shù)字式測距的基本原理

四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤

四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤

四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤3.距離產(chǎn)生器（控制器）距離產(chǎn)生器的作用是對時間鑒別器輸出的距離誤差進(jìn)行加工，用它的輸出去控制跟蹤波門的移動在跟蹤波門產(chǎn)生器中已看到，距離寄存器的數(shù)碼決定跟蹤波門的遲延時間，因此距離產(chǎn)生器的輸出應(yīng)該用來修正距離寄存器的數(shù)碼。在一階無差的數(shù)字式距離跟蹤系統(tǒng)里，控制器(距離產(chǎn)生器)由一個誤差寄存器、一個距離寄存器和一個(串行)累加器組成，如圖6.17所示。工作時，時間鑒別器輸出的距離誤差數(shù)碼送入誤差寄存器，在累加器里，由移位脈沖把誤差寄存器和距離寄存器的數(shù)碼逐位移入并相加再把新的結(jié)果送回到距離寄存器，形成距離數(shù)碼。如果距離誤差是負(fù)值，則誤差寄存器的符號位為“1”從而將距離誤差數(shù)碼取補碼后送入加法器，完成相減作用。四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤

四、數(shù)字式自動測距器2.數(shù)字式自動跟蹤四、數(shù)字式自動測距器3.自動搜索和截獲要實現(xiàn)距離寄存器中數(shù)碼的不斷變化，最簡單的辦法就是不斷地向距離寄存器中加數(shù)(或減數(shù))，如圖6.19所示。如果送到距離寄存器的脈沖是由計數(shù)脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的，