1、第八章第八章 运动目标检测及测速运动目标检测及测速.8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用多卜勒效应及其在雷达中的应用1842年，多卜勒发现多普勒现象年，多卜勒发现多普勒现象 8.1.1 多卜勒效应多卜勒效应1930年，多普勒规律应用于电磁波范围年，多普勒规律应用于电磁波范围分析假定目标为点目标分析假定目标为点目标尺寸远小于雷达尺寸远小于雷达分辨单元分辨单元.雷达发射连续波时的多普勒效应雷达发射连续波时的多普勒效应发射信号：发射信号：回回 波：波：目标固定不动时目标固定不动时目标以匀速目标以匀速v vr r 运动时运动时00()cos()s tAt()()rrs tKs tt0 rt 22R 0
2、4()rtR t 04()rRv t 12ddfdt00cos()rKAtt00222rRf tfc 2rdvf.发射频率：发射频率：f0接收频率：接收频率：f0+fd运动目标运动目标vrvcosrvv 2rdvf多普勒频率多普勒频率线速度线速度径向速度径向速度 fd大小大小与与径向速度径向速度有关有关 fd正负正负与与运动方向运动方向有关有关.例例.设雷达工作波长为设雷达工作波长为10cm，目标径向速度为，目标径向速度为 300m/s，求回波信号的多普勒频移。，求回波信号的多普勒频移。2rdvf230060.1kHz803 1030.1cfGHz0dff采用差拍法提取多普勒频移采用差拍法提取
3、多普勒频移如何提取如何提取 fd.u连续波多卜勒雷达连续波多卜勒雷达连续波连续波发射机发射机放大器放大器相位检波器相位检波器多卜勒滤波多卜勒滤波器和放大器器和放大器指示器指示器产生发射产生发射信号信号收发信号收发信号差频比较差频比较0f0dff发射耦合信号与回发射耦合信号与回波信号的合成电压波信号的合成电压0f实质：实质：利用相位检波器输出发射利用相位检波器输出发射信号与接收信号中的信号与接收信号中的差拍差拍频率频率电压电压 8.1.2 多卜勒信息的提取多卜勒信息的提取.u0ur相检器输出t0tu相检器相检器输出输出0cosrUUU00cos()rdUUUt固定目标固定目标04rtR 匀速目标
4、匀速目标044()()rR tRv t 002ddf tt d0ruuu00cos()rrruUttU为常数为常数0000cos()uUt 相检器相检器输入输入 为u0与ur的相位差.0020d0 d0 dd maxd滤波器频率特性信号频谱变化图信号频谱变化图连续波发射机放大器相位检波器多卜勒滤波器和放大器指示器000 d00+d0-d.u脉冲工作时的多卜勒效应脉冲工作时的多卜勒效应思考：脉冲工作时与连续波工作时的相同点和不同点思考：脉冲工作时与连续波工作时的相同点和不同点功率功率放大器放大器接收机接收机脉冲脉冲调制器调制器连续连续振荡器振荡器显示系统显示系统0f0dff.连续振荡连续振荡t回
5、波回波(固定固定)t脉冲发射脉冲发射t回波回波(运动运动)t相位检波相位检波(固定固定)t2R0C2R0-RC相位检波相位检波(运动运动)t.运动目标：运动目标：UrUkUinTr相检器输出t0Ur1Ur2Uk?相检器输出t0cos(dt?0)固定目标：固定目标：UinddrT相邻重复周期多普勒频率形成的相位差相邻重复周期多普勒频率形成的相位差脉冲的包络相当于连续波输出的采样脉冲的包络相当于连续波输出的采样0002rRtc 0002()4()rrtR tcRv t .固定目标：固定目标：运动目标：运动目标：输出为包络调制脉冲串，包络调制频率为多卜勒频率输出为包络调制脉冲串，包络调制频率为多卜勒
6、频率0002rRtc0002()4()rrR ttRv tc0002coscosdUmUmRtc00cosdUmt检波输出为等幅脉冲串检波输出为等幅脉冲串检波器输出检波器输出相位检波隔直流输出相位检波隔直流输出.相邻相邻PRIPRI动目标回波时延差动目标回波时延差drT相邻重复周期延迟时间变化小相邻重复周期延迟时间变化小相邻重复周期高频相位变化大相邻重复周期高频相位变化大 相邻相邻PRIPRI动目标回波高频相位差动目标回波高频相位差 同等条件下，利用高频相位差检测动目标同等条件下，利用高频相位差检测动目标灵敏度更高灵敏度更高.8.1.3 盲速和频闪盲速和频闪盲速盲速从采样上看，所有采样都发生在
7、正弦波的同一相位点上从采样上看，所有采样都发生在正弦波的同一相位点上2,0,1,2rdrvfk fk 此时：此时：原因：原因：0002()4()rrR ttRv tcdt01,0,1,22rrvkfk 目标具有径向速度目标具有径向速度 vr，但其回波经过相位检波器，但其回波经过相位检波器后输出为一串等幅脉冲，后输出为一串等幅脉冲，vr 为盲速。为盲速。Ur2Ur1Uk?Ud22drdrTf Tk.频闪频闪完全没有多值的测量为：完全没有多值的测量为：Ur2Ur1Uk?Ud222rddvf,drrTT 2drff或或速度测量有多值性速度测量有多值性现象：现象：原因：原因：脉冲工作状态是对连续波工作
8、的采样，脉冲工作状态是对连续波工作的采样，取样后的波形和频谱都会发生变化。取样后的波形和频谱都会发生变化。相检器输出：相检器输出：2drdrTf T相邻脉冲相差：相邻脉冲相差：.Ur1Ur22UkdFd=0fd=frTrFdfdtTrfdFdtUr2Ur1?Uk12drT22drF TdrdFff盲速与频闪的矢量图及波形图分析盲速与频闪的矢量图及波形图分析Fdfdrf210fr2fr12rf12rf.第二节第二节 MTI雷达工作原理及组成雷达工作原理及组成8.2.1 基本工作原理基本工作原理相参电压获取相参电压获取固定杂波消除固定杂波消除关键关键.8.2.2 获得相参振荡电压的方法获得相参振荡
9、电压的方法n中频全相参动目标显示中频全相参动目标显示0000cosuUt00cos()rrruUtt00cos()IIccuUtcosccccuUt0 rcctt0 rt04()rtR t04()rRv t002ddf tt.8.2.3 消除固定目标回波消除固定目标回波n相位检波器的输出相位检波器的输出n消除固定回波的方法消除固定回波的方法频谱抑制法频谱抑制法对消法对消法滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个滤波器组，每个滤波单元抑制其中一个nfr相邻重复周期信号相减，固定目标由于振相邻重复周期信号相减，固定目标由于振幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相幅不变而相互抵消；动目标相减后剩下相邻重复周
10、期振幅变化的部分作为输出。邻重复周期振幅变化的部分作为输出。固定目标回波和运动固定目标回波和运动目标回波均会形成输目标回波均会形成输出出.n相消设备特性相消设备特性对消法对消法0cosuU0cos()rIrIrccuUttcosccccuUt00cos()rUt02()rrRv ttc00cosduUt00cos()druUtT 延时延时Tr00cosduUt00cos()druUtT 002sinsin22drdrdTTuuuUt 包络振幅包络振幅相消器输出相消器输出.,0,1,22drTkk 0u21,0,1,222drTkk u最大002sinsin22drdrdTTuuuUt 相消器输
11、出相消器输出相消设备输出响应相消设备输出响应盲盲速速盲盲速速对动目标具对动目标具有最佳响应有最佳响应.频域观点频域观点.n数字相消器数字相消器采样保持电路采样保持电路模数转换电路模数转换电路数字延迟线数字延迟线相减器相减器数模转换电路数模转换电路相干视频相干视频延迟延迟 数字信号数字信号相消视频相消视频输出输出.习题习题.第三节第三节 盲速盲相的影响及其解决途径盲速盲相的影响及其解决途径n盲速及消除盲速的方法盲速及消除盲速的方法8.3.1 盲速盲速n=1时为第时为第一盲速一盲速第一盲速第一盲速重复周期内目标走过的距离为半个波长重复周期内目标走过的距离为半个波长.n测速模糊和测距模糊的关系测速模
12、糊和测距模糊的关系例：例：测速模糊与测距模糊矛盾测速模糊与测距模糊矛盾最大单值不模糊距离最大单值不模糊距离参差重复频率参差重复频率解测速模糊解测速模糊.8.3.2 盲相盲相n点盲相和连续盲相点盲相和连续盲相由相位检波器特性所引起，减弱雷达对运动目标的检测能力。由相位检波器特性所引起，减弱雷达对运动目标的检测能力。基准电压方向基准电压方向相检器输出相检器输出对消输出对消输出点盲相点盲相.差矢量差矢量连续盲相后果：连续盲相后果：可能使得在某次天线扫描时丢失在强杂波可能使得在某次天线扫描时丢失在强杂波背景下的运动目标。背景下的运动目标。解决办法解决办法：改进相位检波器的特性解决盲相问题（早期）：改进
13、相位检波器的特性解决盲相问题（早期）使用矢量对消器解决盲相问题使用矢量对消器解决盲相问题(现代现代)连续盲相连续盲相中频对消、正交双通道处理中频对消、正交双通道处理.习题习题.第四节第四节 回波和杂波的频谱回波和杂波的频谱 及目标显示滤波器及目标显示滤波器作用：了解运动目标回波和杂波在频谱结构上的作用：了解运动目标回波和杂波在频谱结构上的区别，以达到抑制固定杂波、显示运动目标回波区别，以达到抑制固定杂波、显示运动目标回波的目的。的目的。.n目标回波的频谱特性目标回波的频谱特性8.4.1 目标回波和杂波的频谱特性目标回波和杂波的频谱特性雷达发射相参脉冲串，脉宽为雷达发射相参脉冲串，脉宽为，重复频
14、率为，重复频率为 f r。天线不扫描时，目标回波为无限等幅脉冲串。天线不扫描时，目标回波为无限等幅脉冲串。.扫描时，设天线方向图可用高斯函数来表示扫描时，设天线方向图可用高斯函数来表示则，收到的回波脉冲串的包络函数为则，收到的回波脉冲串的包络函数为则，回波为则，回波为fd+fr-fd+fr.n杂波频谱杂波频谱 天线不扫描天线不扫描时时，杂波频谱，杂波频谱位于位于nf r 处，处，可可用用 对消器对消器完全完全滤滤除除 天线扫描天线扫描时时，杂波谱，杂波谱展宽展宽 内部运动内部运动杂波平均速度为零而只有内部起伏时，杂杂波平均速度为零而只有内部起伏时，杂波的频谱位置在波的频谱位置在 nf r 上，
15、但每根谱线均展宽上，但每根谱线均展宽u固定固定杂波杂波u分布杂波分布杂波展宽使得对消器不能很好的滤去杂波，有多卜勒频移展宽使得对消器不能很好的滤去杂波，有多卜勒频移时，应使滤波器凹口对准杂波谱的平均多卜勒位置时，应使滤波器凹口对准杂波谱的平均多卜勒位置 如果杂波有平均速度，则会产生多卜勒频移如果杂波有平均速度，则会产生多卜勒频移.8.4.2 动目标显示滤波器动目标显示滤波器n地杂波的功率谱地杂波的功率谱信号信号S(f)最佳滤波器的频响最佳滤波器的频响实际杂波抑制滤波器实际杂波抑制滤波器只能使滤波器特性的凹口基本上和只能使滤波器特性的凹口基本上和杂波梳状谱的宽度相当杂波梳状谱的宽度相当，为准最佳
16、滤波。，为准最佳滤波。均匀分量的功率谱密度均匀分量的功率谱密度杂波特性决定的梳状分量杂波特性决定的梳状分量.n一次相消器一次相消器fr-fr只有一个零点只有一个零点.n递归型一次相消器递归型一次相消器 若若K1 接近于接近于1，则凹口越窄，则凹口越窄，其他部分越平坦。其他部分越平坦。引入极点引入极点z=K1，K11简单简单MTI 利用此法利用此法扩大速度响应扩大速度响应范围。范围。递归型滤波器：灵活，递归型滤波器：灵活，暂态响应长暂态响应长。.n二次相消器二次相消器K=2，三脉冲对消器，三脉冲对消器K=+2-2.n递归型二次相消滤波器递归型二次相消滤波器.我们正年轻，让努力变成常态，用逆袭创造传奇。变革 创新 共赢
