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[導(dǎo)讀]我們都知道,雷達(dá)能測(cè)量目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的速度,它是距離的時(shí)間變化率。 有時(shí)也可以用相對(duì)速度來(lái)代替距離變化率,這種情況下,速度是速度矢量的大小,通常稱為徑向速度。 如上圖所示,若雷達(dá)系統(tǒng)也是移動(dòng)的,則在目標(biāo)與雷達(dá)的距離矢量上,速度是目標(biāo)速度矢量和


我們都知道,雷達(dá)能測(cè)量目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的速度,它是距離的時(shí)間變化率。 有時(shí)也可以用相對(duì)速度來(lái)代替距離變化率,這種情況下,速度是速度矢量的大小,通常稱為徑向速度。

科普:雷達(dá)如何測(cè)速?速度分辨率由誰(shuí)決定?
如上圖所示,若雷達(dá)系統(tǒng)也是移動(dòng)的,則在目標(biāo)與雷達(dá)的距離矢量上,速度是目標(biāo)速度矢量和雷達(dá)速度矢量的投影大小。

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脈沖多普勒頻移測(cè)速法

雷達(dá)系統(tǒng)有多種測(cè)速方法,下面簡(jiǎn)單介紹脈沖多普勒頻移測(cè)速法。通過(guò)測(cè)量接收目標(biāo)信號(hào)的脈沖多普勒頻移,雷達(dá)系統(tǒng)能計(jì)算目標(biāo)的速度與雷達(dá)發(fā)射電磁波的相關(guān)性。

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為了測(cè)量多普勒頻移,雷達(dá)系統(tǒng)利用相干的脈沖串信號(hào),通過(guò)對(duì)產(chǎn)生、發(fā)射和接收波形加入準(zhǔn)確的載波和調(diào)制處理來(lái)保證相位。

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如上圖所示,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)的頻譜發(fā)生了多普勒移動(dòng),測(cè)量出該頻移量即可計(jì)算出目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的速度。從公式中我們可以看出,接近的目標(biāo)壓縮了雷達(dá)波,從而使回波頻率變高;而遠(yuǎn)離的目標(biāo)延伸了雷達(dá)波,從而使回波頻率變低。負(fù)速度(靠近雷達(dá))造成正的多普勒頻移,而正速度(遠(yuǎn)離雷達(dá))的多普勒頻移是負(fù)數(shù)。

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例如,目標(biāo)的速度是150m/s,雷達(dá)波長(zhǎng)為0.03m,多普勒頻移為10kHz。速度在計(jì)算過(guò)程中取負(fù)值是因?yàn)槟繕?biāo)在朝向雷達(dá)運(yùn)動(dòng),它們之間的距離在縮短。下圖所示為雷達(dá)載波頻率函數(shù)在單位速度上的多普勒頻移。

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從圖中我們可以看出,雷達(dá)波頻率越高,多普勒頻移的值越大。雷達(dá)設(shè)計(jì)者不能控制目標(biāo)的速度,但可以控制雷達(dá)的頻率,這就是為什么大部分多普勒雷達(dá)都有很高的頻率,制造較大的頻移以便測(cè)量。目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)幾何位置以及運(yùn)動(dòng)方向?qū)Χ嗥绽疹l移也有較大影響,如下圖所示。

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多普勒濾波器組

多普勒頻移可以利用連接的窄帶匹配濾波器進(jìn)行計(jì)算,包含目標(biāo)多普勒頻移的多普勒濾波器得到的信號(hào)具有有很高的信噪比,其他的多普勒濾波器包含的只有接收機(jī)噪聲。在閾值檢測(cè)階段,會(huì)遍歷每一個(gè)多普勒濾波器,從而得到速度的測(cè)量。

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通常情況下,多普勒濾波器會(huì)重疊相鄰濾波器大約半功率的帶寬,連續(xù)相鄰的多個(gè)多普勒濾波器稱為多普勒濾波器組,它可以覆蓋目標(biāo)的整個(gè)多普勒頻移帶。對(duì)于目標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)而言,所需要的多普勒濾波器數(shù)量會(huì)很多。

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速度分辨率

窄帶濾波器是通過(guò)對(duì)某段時(shí)間輸出信號(hào)的積分來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇,積分時(shí)間越長(zhǎng),多普勒濾波器帶寬越小。這個(gè)積分時(shí)間稱為脈沖串周期或者相干處理間隔(CPI)。速度分辨率是一個(gè)關(guān)于多普勒濾波器帶寬的函數(shù)。


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多普勒濾波器帶寬與雷達(dá)積分時(shí)間的關(guān)系。速度分辨率本質(zhì)上是基于最好的多普勒頻移,這個(gè)頻移等于多普勒濾波器帶寬。例如,多普勒濾波器的帶寬為200Hz,雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)為0.03m,那么,雷達(dá)的速度分辨率是3m/s。

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如圖所示,每單位多普勒濾波器帶寬的速度分辨率是關(guān)于雷達(dá)載波頻率的函數(shù)。雷達(dá)載波頻率越高,對(duì)于給定相同多普勒濾波器帶寬條件下的速度分辨率越好,這也是為什么大多數(shù)多普勒雷達(dá)都是高頻的原因,脈沖串波形可以允許任何好的多普勒分辨率,并且其周期可以根據(jù)需求而改變,所以說(shuō),雷達(dá)是一個(gè)大的系統(tǒng)工程問(wèn)題。

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速度模糊

脈沖串波形存在頻域模糊,雷達(dá)系統(tǒng)利用多普勒濾波器組來(lái)測(cè)量多普勒頻移,多普勒濾波器組的頻率范圍一般就是脈沖重復(fù)頻率(PRF),因此,當(dāng)多普勒頻移在±PRF/2的范圍內(nèi),就不會(huì)產(chǎn)生速度模糊。

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但當(dāng)多普勒頻移在±PRF/2的范圍外,通過(guò)減去一個(gè)整數(shù)倍數(shù)的PRF就可以使其出現(xiàn)在-PRF/2?+PRF/2。從頻域轉(zhuǎn)換到速度域帶來(lái)不模糊速度,與多普勒頻移為±PRF/2存在一定的關(guān)系。

一般來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)多PRF可以使回波在一個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)模糊,而在另一個(gè)測(cè)量區(qū)域不模糊。另外,有一些雷達(dá)系統(tǒng)通 過(guò)使用連續(xù)PRF來(lái)解決距離或速度模糊問(wèn)題,即距離PRF后緊跟速度PRF,反之亦然。

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速度跟蹤

速度跟蹤作為時(shí)間的函數(shù)表示對(duì)目標(biāo)的速度進(jìn)行跟隨,即測(cè)算連續(xù)的速度變化量。“跟蹤門”可以對(duì)周圍指定速度的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。雷達(dá)系統(tǒng)可以通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤目標(biāo),也可以通過(guò)操作者進(jìn)行手動(dòng)跟蹤,或者兩者結(jié)合起來(lái)使用。另外,可以選擇性地對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)多普勒濾波器組的輸出進(jìn)行監(jiān)視查看。

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速度測(cè)量跟蹤是通過(guò)在時(shí)域上跟隨目標(biāo)的多普勒移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)單個(gè)目標(biāo)被跟蹤時(shí),這個(gè)常用的速度跟蹤技術(shù)就是“速度門”。這個(gè)技術(shù)可以在兩個(gè)窄帶多普勒濾波器之間區(qū)分接收目標(biāo)。

來(lái)源:雷達(dá)通信電子戰(zhàn)

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