6
6.1 脉冲法测距
6.1.1 基本原理
lp l
发射 脉冲
近区地 物回波
目标回波
0 10 20 30 40 50 60 70 km
机械距离刻度标 尺
图6.2 显示器荧光屏画面
图 6.2
R=CtR /2
R=0.15tR ，R（km） tR （us）
思考问题：
用脉冲的哪里来作为 回波到达时刻? 有何区别？ 回波前沿
tR
2R c
A
R
1 2
ctR
3
雷达测距的实现方法
实现方法： 调幅——脉冲法测距 调频——频率法测距 调相——相位法测距
4
雷达测距的实现方法
连续波雷达
常规脉冲雷达是幅度调制的一个例子。 其发射波形是单载频的按一定重复周期工作的矩 形脉冲。发射的每个脉冲都相当于对电磁波打上 了标记，以测量回波时间，从而完成测距。
回波时延
tr
2 R0 vt
C
接收频率
fr
f0 (1
2v ) (t
C
2 R0 vt )
C
f0
2v
(t
2R0 ) C
f0
fd
(t
2R0 ) C
31
6.2 调频法测距
当反射回波来自运动目标, 其距离为 R0而径向
速度为 v 时, 其回波频率 fr 为
fr
f0
fd
4f Tm
t
2R0 c
2
m为正整数
回波时延 t0 tr Tr
tr为接收回波信号与最邻近的发射脉冲之间的延迟。
21
6.1 脉冲法测距
6.1.5 判距离模糊的方法 （1） 多种重复频率判模糊
设重复频率分别为 fr1 和 fr2 , 它们都不能满足不模糊测距的要求。
Rmax
c Tr 2
c 2 fr
fr Tr Rmax
特征：可知性、可补偿 （2）随机 误差
即使在完全消除系统误差这种理想情况下， 多次重复测量，仍会由于各种偶然的、无法预 测的不确定因素干扰而产生测量误差．
特征：随机性、难补偿 10
6.1 脉冲法测距
怎么考虑测距中的误差？ 全微分
tR
2R c
R
1 2
ctR
dR
R c
dc
R tR
dtR
tR 2
dc
调频率
接收频率
fr
f0
4f Tm
t
2R0 c
回波时延 30
6.2 调频法测距
正程发射频率 ft f0 t,
f
Tm / 4
积分求得发射信号 St (t) Acos(2 f0t t2 )
接收信号 Sr (t) kSt (t tr )
kAcos(2 f0 (t tr ) (t tr )2 )
测距精度： 同一个点目标的测量值和真实值之间的最小偏差。
17
6.1 脉冲法测距
（1）距离分辨力：
rc
c 2
d vn
光点直径
d vn
为脉冲宽度（s）；
d 为光点直径（m）；
υn为光点扫掠速度 (cm/μs)。
τ
＋
d vn
图6.6 距离分辨力
S(t) Acos(2 f0t t2 )
脉压雷达距离分辨率 -4dB
普遍应用于飞机高度表及微波引信等场合。
34
6.2 调频法测距
调频连续波雷达的主要缺点是: (1) 难于同时测量多个目标。如欲测量多个目标, 必 须采用大量滤波器和频率计数器等, 使装置复杂，从 而限制其应用范围。
(2) 收发间的完全隔离是所有连续波雷达的难题。发 射机泄漏功率将阻塞接收机, 因而限制了发射功率的 大小。发射机噪声的泄漏会直接影响接收机的灵敏度。
fr1和fr2具有公约频率fr 。
fr
f r1 N
fr2 N a
Tr NTr1 N aTr2
N和a为正整数, 常选a=1, 使N和N+a为互质数。
fr的选择应保证不模糊测距。 22
6.1 脉冲法测距
发 fr1
收 fr1
t1
tR
发 fr2
收 fr2 t2 公约频率
目标回波
tR Tn0
tR
(a)
基准脉冲
fb
ft
fr
8f Tmc
R0
fd
fb
fr
ft
8f Tmc
R0
fd
(前半周正向调频范围) 正程
(后半周负向调频范围) 逆程
平均 频率差
fbav
fb 2
fb
8f Tmc
R0
求得
R0
cTm 8f
fb fb 2
32
6.2 调频法测距
R0
cTm 8f
fb fb cTm 2 8f
fbav
测频的精度决定了测距的精度， 测频的分辨率决定了测距的分辨率。
回波中心
7
6.1 脉冲法测距 检测 发现、虚警
门限
和支路 Σ
本振 差支路
匹配
包络
微分
过零点
滤波器
检波
(d / dt)
检测
t
t
图6.3 回波脉冲中心估计
8
6.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脉冲法测距
9
6.1 脉冲法测距
6.1.2 影响测距精度的因素
误差种类： （1）系统误差
由于测量工具本身固有误差、测量原理本身 理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生 理条件的制约而带来的测量误差．
35
6.2 调频法测距
6.2.2 调频脉冲测距
调制信号 T 产生器
调频 振荡器
脉冲功率 放大器
τ
um
Tr
脉冲
调制器
收发开关 混频器
f
脉冲调频测距(a原) 理 (a) 原理性方框图组成;
36
6.2 调频法测距
f
fd
FA
F
FB
F T
FA
fd
td
2vr
2R0 c
FB
fd
td
2vr
2R0 c
FC
fd
25
6.1 脉冲法测距
?
用多重复频率测距
办法可以从我国的余数定理中找到
魔术师背对观众坐在一张椅子上，让某位观众心中 随意想定一个不超过500的数， 然后用7去除这个数并报出余数； 然后再用8去除原来想定的数并报出余数； 然后再用9去除并报出余数； 这样魔术师就知道到底这个观众心里想的数是多少。 -如余数分别为1，5，8，答案是多少？ 197 -如余数分别为3，5，7，答案是多少？ 493
① 锯齿电压 ② 触发脉冲 产 生 器
比较电路
脉冲 产生器
③ 延迟脉冲
比较电压Ep (a)
①
t
②
Ep
E0 t
③
t
tr tp
图6.14 锯齿电压波法产生移动指标
E0初始电压 Ep比较电压 Tr电指标输出脉冲时延
P235
40
6.3 距离跟踪原理
（2） 相位调制法
正弦波频率
正弦 振荡器
基准正弦波
脉冲 产生器
26
6.1 脉冲法测距
（2） “舍脉冲”法判模糊
AM－ 2
AM－ 2
发射AM A1 A2 A3 A4 … AM－ 3AM－ 1 AM A1 A2 A3 A4 … AM－ 3AM－ 1 AM
脉冲
回波 信号
…
…
BM－ 2
t
BM B1 B2 B3 B4 … BM－ 3 BM－ 1 BM B1 B2 B3
8 2
1 E No
Be2
式中，E 为信号能量； N0 为噪声功率谱密度； Be为信号u(t)的均方根带宽，
时延估值均方根误差反比于信号噪声比及信号的均方根带宽。
推导见P225-226
公式错误
16
6.1 脉冲法测距
6.1.4 距离分辨力和测距范围
区分两个概念：
距离分辨率/分辨力： 同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离。
第 6 章 目标距离的测量
6.1 脉冲法测距 6.2 调频法测距 6.3 距离跟踪原理 6.4 数字式自动测距器
1
第 6 章 目标距离的测量
主要内容及基本要求 理解脉冲测距的基本原理； 理解调频法测距的基本原理； 了解距离跟踪原理；
2
雷达如何测距？
（1） 脉冲雷达 （2） 连续波雷达
B
R
目标距离的测量
（3）分辨率∆R 。
∆f =50Hz
33
6.2 调频法测距
连续波雷达的特点：
• 发射频谱窄（减少了无线电干扰，使得相应滤 波和波形处理简化）。
• 峰值功率与平均功率可比拟。 • 收发间难以完全隔离。 调频连续波雷达的优点是: • 最小可测距离小，且有较高的测量精度。 • 雷达线路简单，体积小、重量轻、适用广。
当
n1=n2+1时，
tR
t1 fr1 t2 fr1
fr2 1 fr2
24
6.1 脉冲法测距
双重频最大无模糊距离
Rmax
c 2
Tr1, Tr 2
的最小公倍数
例： Tr1 为3ms，Tr2 为4ms， 则此时双重频的最大无模糊距离对应12ms。 相当于增大了无模糊距离，并没有消除模糊距离。
天干地支，十二生肖，六十一甲子。
例 ： 若 频 率 计 的 测 量 精 度 是 50Hz ， 三 角 波 调 制 周 期 为
40ms（正负各半），中心频率为300MHz，调频斜率为
2MHz/ms，目标距离50km，求：