雷达手册第3版(中文)_第4章_脉冲多普勒(PD)雷达.pdf

第 4 章脉冲多普勒(PD) 霄达
特性和应用
脉冲多普勒雷达最主要的好处在于其具有在大幅度杂波背景下检测出小幅度运动目标的
能力。
撞撞
依靠多普勒效应提高检测目标能力的雷达称为多普勒雷达[1] 。当雷达和目标之间存在相
对径向距离变化率或相对径向速度时,多普勒效应就表现出来。当雷达发射的信号被具有径
向速度的目标反射后,则目标回波信号的载频相对于雷达发射载频发生了偏移。对于单基地
雷达而言(即发射机和接收机在一个地方),雷达信号的往返距离是发射机与目标之间距离
的两倍。多普勒频移儿是雷达载波波长λ、雷达与目标间相对径向速度(径向距离变化率〉
Vre1ative 的函数,表述为儿=-2几'lative/λ,此处λ=c// 是波长 c 是光速,/是载频。当目标
远离雷达运动时,相对径向速度或径向距离变化率,定义为正值,因此这时多普勒频移是
负值。
W) ①雷达,也可以是脉冲雷达。连续波雷达仅观测目标反
射信号载频相对于发射信号的多普勒频移。而脉冲系统通过使用一串具有固定或确知载频相
位关系的射频相参脉冲串测量多普勒频移。相参性将脉冲串的频谱能量集中在以脉冲重复
频率 CPRF) 为间隔的离散谱线上。正是这种间隔分布的谱线结构允许进行多普勒频移的
测量。
利用脉冲发射的多普勒雷达比连续波雷达要复杂得多,但它具有突出的优点。最主要的
就是接收机中的时间波门。时间波门能够消隐发射机的直接泄漏以防止其漏入并损坏接收
机,从而发射和接收能共用一部天线。然而共用天线不适用于 CW 雷达,因为这要求收发之
间有满足不了的隔离度。脉冲雷达也能使用距离波门,这是一种特殊形式的时间波门,它将
脉冲间的时间段分成单元或距离披门。每个单元的时间跨度通常小于或等于发射脉冲带宽的
倒数。距离波门能减少与目标回波竞争的过多的接收机噪声,并实现脉冲延时测距(测量发
射脉冲和接收回波信号间的时间〉。
发射脉冲信号的多普勒雷达历史上分类为动目标显示 CMTI)雷达或脉神多普勒雷达。
MTI 一般通过设置滤波器阻带对准强杂波集中的谱区来过滤相参脉冲串的回波信号,从而实
现杂波抑制。具有多普勒频移位于阻带外的运动目标回波,则通过滤波器后进行检测处理。
另一方面,脉冲多普勒雷达则通过在感兴趣多普勒频带外抑制杂波回波和其他回波而对感兴
趣多普勒频带内的目标则进行分辨和增强。上述功能一般是用一组接续的多普勒滤波器来实
现的。这个滤波器组形成子相参脉冲串的两根谱线之间,其中一根谱线是脉冲串频谱的中心
①为便利读者,在本章末有一个本章中所定义的缩写词表。
• 134. 雷达手册(第二版)
线。距离选通位于多普勒滤波器组之前。每一个多普勒滤波器的带宽反比于经处理后形成
多普勒滤波器组的相参脉冲串的持续时间。上述的处理形成对整个接收脉冲串的匹配滤波
器[2 , 3] 。
MTI 和脉冲多普勒雷达具有下列共同的特点:
(1)相参发射和接收,即发射脉冲和接收机本振都与一个高稳定的自由运行的振荡器信
号同步:
(2) 通过相参处理抑制主瓣杂波,以提高目标的检测能力和帮助进行目标识别或分类。
MTI 雷达也可用多普勒滤波器组来实现,这样就将历史上的对 MTI 和脉冲多普勒雷达的
描述混淆了。因此本书将定义 MTI 雷达为低重频,在雷达的设计测距范围内能实现不模糊脉
冲延时测距的雷达。不模糊距离凡为 c/(2儿) ,在此 C 是光速, fR 是 P盯。 P盯导致在距
离测量范围内存在距离模糊的雷达称为脉冲多普勒雷达,本章主要讨论脉冲多普勒(PD)
雷达。
撞撞
脉冲多普勒技术主要应用于需要在强杂波背景下检测出运动目标的雷达系统中。表
列举了其典型的应用和要求[4~12] 。本章主要介绍机载 PD 雷达,尽管基本原理对于地基 PD
雷达来说也是适用的。在此仅考虑单基地雷达。
表 PD 的典型应用和要求
雷达应用要求
机载或星载监视探测距离远:距离数据精确
机载截击或火控中等探测距离:距离、速度、角度数据精确
地面上监视中等探测距离:距离数据精确
战场监视(低速目标检测) 中等探测距离;距离和速度数据精确
导弹寻的头探测距离近:速度、角度变化率数据精确;有可能无需真实的距离信息
地面武器控制探测距离近;距离和速度数据精确
气象速度分辨力高
导弹告警探测距离近:非常低的虚警率
利用多普勒效应的脉冲雷达通常分为三类:低、中、高重频 PD 雷达。低 P盯雷达指的
是感兴趣的探测距离不模糊而径向速度(多普勒频率)通常高度模糊的雷达。同上所述,这
类雷达称为动目标显示(MTI) 雷达。尽管 MTI 雷达和 PD