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1、,第三章 脉冲多普勒雷达,2023/3/25,1,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2 脉冲多普勒雷达的杂波3.3 PD雷达典型框图与原理3.4 PD雷达的距离性能,基本概念,PD雷达的特点,2023/3/25,2,PD雷达的应用,强杂波背景下检测动目标的雷达系统,第三章 脉冲多普勒雷达,2023/3/25,3,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2 脉冲多普勒雷达的杂波3.3 PD雷达典型框图与原理3.4 PD雷达的距离性能,机载PD雷达下视几何关系,2023/3/25,4,天线主瓣,天线旁瓣,机载PD雷达下视几何关系,2023/3/25,5,地面某散射点A的回波多普勒频移为：
2、,载机与地面水平飞行，相对速度为,目标在载机前下方，速度,：载机主波束轴线与地面夹角,：旁瓣与地面夹角,-地杂波频谱展宽,机载下视PD雷达地杂波频谱,则信号的频谱由它的载频频率 和边频频率 上的若干条离散谱线所组成，频谱包络为辛格函数型。,2023/3/25,6,若PD雷达发射频率为，重频为 的相参脉冲串信号。,机载下视PD雷达接收信号频谱,2023/3/25,7,则接收信号的频谱为：,主瓣杂波,主瓣杂波强度：最大,2023/3/25,8,主瓣杂波宽度：,旁瓣杂波,旁瓣波束与地面的夹角为，其多普勒频率为：,2023/3/25,9,旁瓣杂波强度：较大,=,高度线杂波,2023/3/25,10,高
3、度线杂波强度：较大,无杂波区,2023/3/25,11,当雷达信号PRF满足一定条件时，地杂波谱间出现空隙,杂波重叠与PRF选择,2023/3/25,12,设某机载PD雷达的工作波长，主波束宽度，载机速度，波束中心轴线与载机速度矢量间的夹角,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2023/3/25,13,低PRF(LPRF)，时,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2023/3/25,14,高PRF(HPRF)，时,杂波重叠与PRF选择,PRF对杂波的影响,2023/3/25,15,中等PRF(MPRF)，时,杂波重叠与PRF选择,总结,2023/3/25,16,PD雷达的地杂波谱
4、a)主杂波、高度线杂波区、旁瓣杂波区、无杂波区 b)主杂波强度最高，干扰最强，其次是高度线杂波 c)目标可能出现在杂波区或无杂波区,杂波重叠与PRF选择,总结,2023/3/25,17,目标环境与PRF关系 a)目标与载机迎面运动，相对速度，回波多普 勒频率：,当 高时，目标落入无杂区,对目标检测能力最强,杂波重叠与PRF选择,总结,2023/3/25,18,目标环境与PRF关系,b)载机尾追目标时，相对速度，回波多普勒频 率：,当 太小，目标落入杂波区,目标检测取决于回波功率谱,措施：,降低天线副瓣,杂波功率谱,提高相对强度,提高载机飞行高度,第三章 脉冲多普勒雷达,2023/3/25,19
5、,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2 脉冲多普勒雷达的杂波3.3 PD雷达典型框图与原理3.4 PD雷达的距离性能,机载PD雷达典型框图与原理,任务 把位于特定距离上、具有特定多普勒频率的目标回波检测出来，而把其它的杂波和干扰滤除。,2023/3/25,20,滤波方法 采用邻接的窄带滤波器组或窄带跟踪滤波器，把所关心的运动目标过滤出来。并且窄带滤波器的频率响应应当设计为尽量与目标回波谱相匹配，使接收机工作在最佳状态。,典型机载PD雷达框图,调制器,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,距离选通放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器
6、组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,显示,或截获电路,自同步器来,天线,典型机载PD雷达框图,调制器,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,距离选通放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟
7、踪来),站速,天线指向,到速度门,发射机一定要采用全相干主振放大式发射机，保证发射脉冲的相位相干性。,1.产生发射激励信号2.产生调制波形3.接收机本振信号,自同步器来,天线,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,距离选通放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,显示,或截获电路,自
8、同步器来,天线,PD雷达中，通常采用环行器这类无源器件，用于发射与接收之间有效切换天线,典型机载PD雷达框图,调制器,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,距离选通放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,是一种波门选通器件，在接收机的中频段进一步衰减发射机泄漏,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器
9、,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,距离选通放大器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,获取对应距离的目标信息：实现距离(时间)量化，从距离上对目标进行分辨 消除本距离单元外的杂波,单边带滤波器,典型机载PD雷达框图,调制器,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,速度门滤波器,零多普
10、勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,滤除杂波和干扰，为动目标检测提供有利条件,距离选通放大器,典型机载PD雷达框图,单边带滤波器,2023/3/25,27,选择依据：功率最大；变化，位置不变，始终对准滤波器中心,典型机载PD雷达框图,单边带滤波器,2023/3/25,28,为获得距离信息，先送距离波门，再进行单边带滤波,注意：,要求
11、带外抑制高，插损小，形状系数好,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,2023/3/25,29,单边带滤波输出在 范围内，有：回波信号谱、主杂波、旁瓣杂波、高度线杂波,主杂波,功率最强,分布，随，变化,对信号谱检测影响最大,主杂波抑制,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,2023/3/25,30,主杂波抑制滤波器要求,滤波器形状、宽度与主杂波匹配,中心频率对准,主杂波滤波器分类,频率跟踪法（闭环式跟踪）,杂波跟踪器（开环式跟踪）,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,频率跟踪法（闭环式跟踪）,设中频主杂波谱,压控振荡器,主杂波抑制器阻带中心取,中心频率在 附近变化，受 控制，实现
12、对 跟踪,混频后取差频,主杂波被最大抑制可达60dB，但杂波强度可达80dB，还有20dB剩余,通过二级混频：恢复原中频信号谱的位置，以便不影响后面的多普勒滤波。,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器,杂波跟踪器（开环式跟踪）,及时提供站速，天线扫描位置,计算,控制VCO产生,送去混频,主杂波抑制器,典型机载PD雷达框图,主瓣杂波抑制滤波器频率特性,2023/3/25,33,为有效地抑制主瓣杂波谱,主瓣杂波抑制滤波器幅频特性为主瓣杂波谱包络的倒数,使滤波输出的剩余杂波幅度为平坦杂波输出,(白化处理),由于 受站速，天线扫描方向 的影响是变量。,滤波器中心无法准确对准,存在偏差,为有效抑制，
13、滤波器带宽增加，以适应 移动影响,典型机载PD雷达框图,PRF与主瓣杂波抑制滤波器关系,2023/3/25,34,当PD雷达采用高PRF工作时,有无杂波区,运动目标速度快,动目标回波谱落在无杂波区,单边带滤波器+主杂波抑制滤波器的作用合并,用无杂波滤波器实现,当PD雷达采用中PRF工作时,有速度模糊,不能用无杂波滤波器,目标落在旁瓣杂波区,计算,MTI抑制主杂波,典型机载PD雷达框图,高度线杂波滤波器,2023/3/25,35,零多普勒滤波,同时消除载波泄漏能量,中放后，中心频率为,高度线杂波特点,较其它旁瓣杂波强,谱中心位于(零多普勒)窄带内,零多普勒滤波器抑制,典型机载PD雷达框图,调制器
14、,收发开关,功放,低噪高放,频综,低噪中放,发射脉冲抑制器,速度门滤波器,零多普勒频率抑制滤波器,主瓣杂波抑制滤波器,滤波器组,检波和积累,转换器和门限,距离跟踪,速度跟踪压控振荡器,压控振荡器,杂波跟踪器,单边带滤波器,天线伺服,同步器,角度跟踪,多距离通道(中频),固定门,距离门,(自同步器来),(自距离跟踪来),站速,天线指向,到速度门,自同步器来,显示,或截获电路,天线,距离选通放大器,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2023/3/25,37,单边带滤波器输出信号谱，可用“无杂波滤波器”检测,带宽很宽,检测信息,用N个窄带滤波器取代“无杂区滤波”,检测回波信号谱,
15、典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2023/3/25,38,对窄带滤波器组要求：,因 不同而异,滤波器宽度、形状应与动目标信号谱匹配,窄带滤波器决定测速精度与分辨力,相邻二窄带滤波器交于 处，滤波器组覆盖目标 可能范围,第 个滤波器输出信号谱对应,目标相对速度,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2023/3/25,39,动目标的信号谱,谱形状、宽度取决于 个回波脉冲串包络的付氏变换,形状,辛格函数,谱宽,回波脉冲数,谱线宽，幅度,个脉冲通过宽度为 的辛格函数滤波器,个脉冲的相干积累,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2023/3/25
16、,40,根据目标测速无模糊条件：,为减小复杂性,在满足速度分辨率条件下，略放宽窄带滤波器宽度，以减少滤波器数目,目标多普勒范围 应被宽 的窄带滤波器完全覆盖,滤波器数目：,窄带滤波器数=脉冲串脉冲数,典型机载PD雷达框图,多普勒滤波器组(窄带滤波器组),2023/3/25,41,窄带滤波器组实现：,模拟：,数字：FFT,并联一组中心频率不同形状相同窄带滤波器,当,点FFT实现 个滤波器,对每一个距离门后输出的信号进行谱分析,全程距离单元数,每个距离单元所需滤波器数为,总的窄带滤波器数,在体积、重量、精度、插损受限,可灵活改变脉冲间距、进行加权、带宽处理,第三章 脉冲多普勒雷达,2023/3/2
17、5,42,3.1 脉冲多普勒(PD)雷达基本概念3.2 脉冲多普勒雷达的杂波3.3 PD雷达典型框图与原理3.4 PD雷达的距离性能,PD雷达的距离性能,发射脉冲遮挡效应,2023/3/25,43,PD雷达一般 较高,当回波出现在某一发射脉冲时间，发射脉冲对回波 有遮挡作用,小,高度距离模糊,回波宽度,回波功率，作用距离,当完全遮挡时，回波功率为0,盲距,PD雷达的距离性能,距离门跨越效应,2023/3/25,44,第 个距离门对应空间距离范围为,跨越,回波能量被两个距离门选通,一个波门内的能量损失了,降低雷达作用距离,加宽距离门,措施,交叠门取代连续门,精度和分辨力下降,处理路数增加，复杂性成本提高,每个距离门对应空间距离范围为,第 个距离门对应空间距离范围为,目标回波在 和 间出现,
