第六章

目標(biāo)距離的測量

第一節(jié)

脈沖法測距第二節(jié)

調(diào)頻法測距第三節(jié)

距離跟蹤原理第四節(jié)數(shù)字式自動(dòng)測距器§6.1脈沖法測距測量目標(biāo)的距離是雷達(dá)的基本任務(wù)之一。無線電波在均勻介質(zhì)中以固定的速度直線傳播。教材圖6.1中，雷達(dá)位于A點(diǎn)，而在B點(diǎn)有一目標(biāo)，則目標(biāo)至雷達(dá)站的距離R可以通過測量電波往返一次所需要的時(shí)間tr得到

tr=2R/cR=1/2ctr而時(shí)間也就是回波相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的延遲，因此，目標(biāo)距離測量就是要精確測定延遲時(shí)間tr。根據(jù)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的不同，測定延遲時(shí)間常采用脈沖法、頻率法?，F(xiàn)代雷達(dá)常常采用電子設(shè)備自動(dòng)的

測讀回波到達(dá)的延遲時(shí)間tr。

有兩種定義回波到達(dá)時(shí)間tr的方法，一種是以目標(biāo)回波脈沖的前沿作為它的到達(dá)時(shí)刻；另一種是以回波脈沖的中心作為它的到達(dá)時(shí)刻，對(duì)于通常碰到的點(diǎn)目標(biāo)來講，二種定義所得到的距離數(shù)據(jù)只相差一個(gè)固定值，可以通過距離校零予以消除。雷達(dá)在測量目標(biāo)距離時(shí)，不可避免的回產(chǎn)生誤差，它從數(shù)量上說明了測距精度，是雷達(dá)站的主要參數(shù)之一。

測距誤差為：式中ΔC為電波傳播速度平均值的誤差；

ΔtR為測量目標(biāo)回波延遲時(shí)間的誤差測距誤差由電波傳播速度c的變化ΔC以及測時(shí)誤差ΔtR兩部分組成。誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩類

系統(tǒng)誤差是指在測距時(shí)，系統(tǒng)各部分對(duì)信號(hào)的固定延時(shí)所造成的誤差，系統(tǒng)誤差以多次測量的平均值與被測距離真實(shí)值之差來表示。隨機(jī)誤差是指因某種偶然因素引起的測距誤差，所以又稱偶然誤差。凡屬設(shè)備本身工作不穩(wěn)定性造成的隨機(jī)誤差稱為設(shè)備誤差.凡屬系統(tǒng)以外的各種偶然因素引起的誤差稱為外界誤差.

主要的隨機(jī)誤差：1.電波傳播速度

變化產(chǎn)生的誤差；2.因大氣折射

引起的誤差；3.測讀方法的誤差

距離分辨力是指同一方向上兩個(gè)大小相等點(diǎn)目標(biāo)之間最小可區(qū)分距離。在顯示器上測距時(shí)，分辨力主要取決于回波的脈沖寬度г，同時(shí)也和光點(diǎn)直徑d所代表的距離有關(guān)。判距離模糊的方法：1多種重復(fù)頻率判模糊2“舍脈沖”法判模糊

§6.2調(diào)頻法測距調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的組成方框如圖6.7所示。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生連續(xù)高頻等幅波，其頻率在時(shí)間上按三角形規(guī)律或按正弦規(guī)律變化，目標(biāo)回波和發(fā)射機(jī)直接耦合過來的信號(hào)加到接收機(jī)混頻器內(nèi)。在無線電波傳播到目標(biāo)并返回天線的這段時(shí)間內(nèi)，發(fā)射機(jī)頻率較之回波頻率已有了變化，因此在混頻器輸出端便出現(xiàn)了差頻電壓。后者經(jīng)放大、限幅后加到頻率計(jì)上。由于差頻電壓的頻率與目標(biāo)的距離有關(guān)，所以頻率計(jì)上的刻度可以直接采用距離長度作為單位。脈沖調(diào)頻測距

脈沖法測距時(shí)由于重復(fù)頻率高會(huì)產(chǎn)生測距模糊，為了判別模糊，必須對(duì)周期發(fā)射的脈沖信號(hào)加上某些可識(shí)別的“標(biāo)志”，調(diào)頻脈沖串也是可用的一種方法。圖6.12（a）就是脈沖調(diào)頻測距的原理框圖。§6.3距離跟蹤原理測距時(shí)需要對(duì)目標(biāo)距離作連續(xù)的測量，稱為距離跟蹤。距離跟蹤方法分類：人工距離跟蹤，自動(dòng)距離跟蹤人工距離跟蹤

（手動(dòng)調(diào)整距標(biāo)對(duì)準(zhǔn)回波方法）

人工距離跟蹤方法分類：

1鋸齒電壓波法

2相位調(diào)制法？1．鋸齒電壓波法操作過程：手動(dòng)旋轉(zhuǎn)雷達(dá)終端上的距標(biāo)旋轉(zhuǎn)盤（實(shí)際上是一個(gè)電位器調(diào)節(jié)端子），調(diào)節(jié)電位器電阻，改變電位器上的電壓降，就是改變輸出比較電壓Ep的大小，Ep的改變就導(dǎo)致了延遲脈沖出現(xiàn)時(shí)刻的左右移動(dòng)，通過移動(dòng)延遲脈沖使其對(duì)準(zhǔn)回波，從而實(shí)現(xiàn)距離的跟蹤。

缺點(diǎn)：受鋸齒波電壓的線性度、比較電壓Ep不穩(wěn)的影響，精度不高。

EpEc距標(biāo)旋轉(zhuǎn)盤Ep觸發(fā)脈沖比較器比較電壓Ep①②③鋸齒電壓產(chǎn)生器脈沖產(chǎn)生器延遲脈沖EpEo①②③ttttxtp

2相位調(diào)制法

特點(diǎn)：精度高于鋸齒電壓波法來自距標(biāo)轉(zhuǎn)盤的機(jī)械電壓信號(hào)正弦振蕩器放大、限幅、微分正向削波移相電路脈沖產(chǎn)生器二自動(dòng)距離跟蹤自動(dòng)距離跟蹤：系統(tǒng)的電移動(dòng)距標(biāo)自動(dòng)地跟蹤目標(biāo)并連續(xù)地給出目標(biāo)距離數(shù)據(jù)自動(dòng)距離跟蹤系統(tǒng)包括

搜索捕獲自動(dòng)跟蹤時(shí)間鑒別器控制器跟蹤脈沖產(chǎn)生器u=f(ue)ue=k1(t-t’)t’t來自接收機(jī)的回波脈沖自動(dòng)距離跟蹤簡化方框圖下面分別討論自動(dòng)距離跟蹤

系統(tǒng)的三個(gè)組成部分1：時(shí)間鑒別器用途：比較回波信號(hào)與跟蹤脈沖之間延遲時(shí)間差t=t-t’,并將t轉(zhuǎn)換成與它成比例的誤差電壓Ue.⑩⑨⑧⑦⑥⑤④④③③②①回波跟蹤脈沖前波門形成電路前選通放大器積分電路

1延遲電路回波脈沖處理電路比較電路后波門形成電路后選通放大器積分電路

2時(shí)間鑒別器框圖①④⑥②③⑤⑦⑧⑨⑩時(shí)間鑒別器2：控制器

用途：將誤差信號(hào)ue進(jìn)行加工變換后，輸出去控制跟蹤波門移動(dòng)，即改變時(shí)延t’，使其朝減小ue的方向移動(dòng)，即使t’趨向于t。

設(shè)控制器輸出為電壓信號(hào)，用E表示，則控制器輸出與輸入關(guān)系表示為

分析上式輸入輸出函數(shù)可能是什么樣的函數(shù)形式，即可能由什么樣的電路來實(shí)現(xiàn)？

（1）簡單情況，輸出與輸入間呈線性關(guān)系，即

當(dāng)用鋸齒電壓波法產(chǎn)生移動(dòng)距標(biāo)時(shí)，比較電壓Ep和移動(dòng)距標(biāo)延遲時(shí)間之間具有線性關(guān)系，即用E去做鋸齒電壓波發(fā)2的比較電壓時(shí)，下式成立：所以

顯然，當(dāng)K1K2K3為常數(shù)時(shí)，不可能做到t=t’。因?yàn)?，從上式分析到，一旦t’跟上了t，那么t’就馬上又回到了零。所以t’就永遠(yuǎn)也跟不上t。

（2）控制器采用積分元件，控制器輸入輸出間呈現(xiàn)積分關(guān)系，即

其它仍如上面第一種簡單情況所用，則得

如果用目標(biāo)距離R和跟蹤脈沖所對(duì)應(yīng)的距離R’代入上式，得到

顯然，用一次積分記憶環(huán)節(jié)作控制器可以實(shí)現(xiàn)加工誤差信號(hào)的要求。

3跟蹤脈沖產(chǎn)生器

用途：根據(jù)控制器輸出的控制信號(hào)，產(chǎn)生所需延遲時(shí)間t’跟蹤脈沖。跟蹤脈沖：就是人工測距時(shí)的點(diǎn)移動(dòng)距標(biāo)。

所以，將人工距離跟蹤時(shí)的點(diǎn)移動(dòng)距標(biāo)產(chǎn)生器拿來作跟蹤脈沖產(chǎn)生器就是?！?.4數(shù)字式自動(dòng)測距器優(yōu)點(diǎn)：與模擬式自動(dòng)測距器相比，數(shù)字式自動(dòng)測距器具有以下優(yōu)點(diǎn)（1）跟蹤精度高；而且精度與跟蹤距離無關(guān)；（2）響應(yīng)速度快；適合于跟蹤快速目標(biāo)；（3）工作可靠；（4）系統(tǒng)便于集成化；（5）方便與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接口；輸出數(shù)據(jù)為二進(jìn)制碼工作原理：與模擬式自動(dòng)測距器基本工作原理相同。系統(tǒng)組成：時(shí)間鑒別器、控制器、跟蹤脈沖產(chǎn)生器。特點(diǎn)：同樣功能部件，實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段不同。主要用數(shù)字電路。

．

一

數(shù)字式測距的基本原理測距任務(wù)：測量回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間。數(shù)字式測距時(shí)間量的表示：二進(jìn)制數(shù)碼321計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生器與門距離計(jì)數(shù)器01

TQS與門與門回波脈沖發(fā)射脈沖讀數(shù)控制321回波脈沖發(fā)射脈沖tttttr設(shè)計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生器的輸出脈沖頻率為f，重復(fù)周期為T(T=1/f)，根據(jù)距離計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)據(jù)n，就可計(jì)算出回波相對(duì)于發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間：

所以目標(biāo)距離為若需要讀出多個(gè)目標(biāo)的距離，則控制觸發(fā)器置“0”的脈沖應(yīng)在相應(yīng)的雷達(dá)的最大作用距離Rmax以后產(chǎn)生，各個(gè)目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的讀出依靠回波不同的延遲時(shí)間去控制讀數(shù)控制門，讀出的距離數(shù)據(jù)分別送到相應(yīng)的距離寄存器中。