雷达原理-目标距离的测量

本篇博文是看完西安电子科技大学的魏青老师的课程所做的学习笔记，特此记录。

脉冲法测距

1. 基本原理
   
   两种定义回波到达时间t_R的方法：一种是以目标脉冲的前沿作为它的到达时刻，另一种是以回波脉冲的中心(或最大值)作为它的到达时刻。
   下图是估计得到脉冲中心的值：
   
2. 影响测距精度的因素
   全微分是一个微积分学的一个概念，指多元函数的全增量的线性主部，全微分适合于一个参数受它参数有影响的变化。
   
   1. 时间差的影响：时间误差越小，距离误差越小。
   2. 电波传播速度变化产生的影响
      由于电磁传播速度的随机误差而引起的相对测距误差为：
      
      随着距离的增大，由电波速度的随机变化所引起的测距误差也增大
   3. 大气折射的影响
      当电波在大气中传播时，由于大气介质分布不均匀将造成电波的折射，因此电波传播的路径不是直线而是一个弯曲的轨迹。在正折射时电波传播途径为一条向下弯曲的弧线。
      下图为大气层中电波的折射
      
      虽然目标的真实距离是R0，但因电波传播不是直线而是弯曲弧线，故所测得的回波延迟时间为：
      
      这就产生了一个测距误差(同时还有测仰角的误差)：
      
   4. 测读方法误差
3. 距离分辨力和测距误差
   1. 距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间的最小可区分距离
      距离分辨力的定义：
      
      脉冲越窄，距离分辨力越好
      对于复杂的脉冲压缩信号，决定距离分辨力的是雷达信号的有效带宽B，有效带宽越宽，距离分辨力越好。距离分辨力可表示为：
      
   2. 测距范围（最小测距范围、最大测距范围）
      i. 最小测距范围
      
      ii. 最大测距范围
      雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期Tr决定。Tr通常为
      
      当雷达的重复频率不能满足单值测距的要求，这时目标回波对应的距离R为：
      
4. 距离模糊判决方法

   1. 重频参差
      

   2. “舍脉冲”法
      
      所谓“舍脉冲”，就是每在发射M个脉冲中舍弃一个，作为发射脉冲串的附加标志。如上图，发射脉冲从A1到AM，其中A2不发射。与发射脉冲相对应，接收到的回波脉冲同样是每M个回波脉冲中缺少一个。只要从A2以后逐个累计发射脉冲数，直到某一发射脉冲后没有回波脉冲时停止计数，则累计的数值就是回波跨越的重复周期数。

调频法测距

调频法测距可以在连续波雷达中，也可以用于脉冲雷达。

1. 调频连续波系统组成
   调频连续波组成雷达的组成方框图：
   
   发射机产生连续高频等幅波，其频率在时间上按三角形规律或按正弦规律变化，目标回波和发射机直接耦合过来的信号加到接收机混频器内。在无线电波传播到目标并返回天线的这段时间内，发射机频率较之回波频率已经有了很大的变化，因此在混频器输出端便出现了差额电压。后者经放大、限幅后加到频率计上。由于差额电压的频率与目标距离有关，因而频率计上的刻度可以直接采用距离长度作为单位。
2. 三角波调频连续波测距
   

距离跟踪原理

测距时需要对目标距离进行连续的测量，称为距离跟踪

1. 人工距离跟踪
   操纵员按照显示器上的画面，将电刻度对准目标回波。从控制器度盘或计数器上读出移动电刻度的准确时延，就可以代表目标的距离。关键是要产生移动电刻度，且其时延时间可准确读出。常用的产生电移动刻度的方法有锯齿电压波法和相位法。
   1. 锯齿电压波法
      
2. 自动距离跟踪
   自动距离跟踪简化方框图
   
   1. 系统组成及功能
      1. 时间鉴别器
         时间鉴别器的作用是将跟踪脉冲与回波脉冲在时间上进行比较，鉴别出他们之间的差值，时间鉴别器输出的误差电压为：
         
      2. 控制器
         控制器的作用是将误差电压经过适当的变换，将其输出作为控制跟踪脉冲产生器的工作的信号
      3. 跟踪脉冲产生器
         产生所需延迟时间t’所需的跟踪脉冲
   2. 时间鉴别器的数学模型
      1. 时间鉴别器的组成方框图和各点波形
         
      2. 时间鉴别器特性曲线
         
   3. 自动距离跟踪系统工作原理
      
      自动距离跟踪系统是一个闭环随动系统，输入量是回波信号的延迟时间t，输出量则是跟踪脉冲延迟时间t’，而t’随着t的改变而自动变化。
   4. 步骤
      1. 搜索过程
         
      2. 跟踪过程
      3. 失锁，重新搜索

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当幸福来敲门

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