相位法测距..ppt

相位法测距 1、相位法测距原理 2、单频连续波相位法测距问题及其改进(双/多频) 3、相位调制连续波雷达双相码: Barker 码、组合式 Barker 码最佳长度二进制序列伪随机码(产生及分析方法) 多相码: Frank 码 4、相位调制连续波雷达测距实现方法 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 2 相位法测距原理通过测量回波信号的相位并与发射信号的相位进行比较或运算实现测距。数学等价: 频率与相位互为导数、积分的确定数学关系,两者的变化可相互转换,只不过表示、处理的方式有所不同而已。 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 3 前面讲过简单的连续波雷达不能测距,但在一些情况下测量回波信号与发射信号间的相对相位进行测距也是可能的,下面具体分析: 单频连续波的相位法测距 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 4 单频连续波相位法测距发射机 A接收机相位计目标 B 相位法测距雷达方框图设单基地雷达位于 A点,目标位于 B点,两者距离 R,若发射、接收信号分别为: 式中是发射信号的初始相位,发射信号与目标回波的相位差: ) cos( )( 00 1????ttu) 2 cos( )( 000 12?????????c Rttuu 0?c R2 021?????????????????44 0f cR ????????44 0??f c R 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 5 单频连续波相位法测距只有在不超过时相位差的测量才是不模糊的,由此可得最大无模糊距离为。对雷达频率而言,此无模糊距离太小,没有实际意义。实际中目标回波信号中还存在一个由于目标反射引起的相位变化量,此量是未知的,故简单连续波雷达不能直接用来测距。???22? . Barton et al, Radar Technology Encyclopedia , Artech House, Inc., 1998 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 6 双载频连续波相位法测距采用发射多频信号可增大最大无模糊距离。下面分析两个频率相差很小的连续波信号情形——假设发射波形包含两个频率为 f 1、f 2,两频率差?f的连续正弦波: 式中是各发射信号的初始相位,目标初始距离为 R 0、径向速度为 v r,多普勒频率 f d1 =2v r/λ 1,f d2 =2v r/λ 2。由于 f 2 =f 1+?f,? f<<f 1,则f d1≈f d2=f d。接收机将两个回波信号分选出来,并分别与各自对应的发射波形进行差拍,取出两个多普勒频率成分为: )2 cos( )2 cos( 222 111????????tfu tfu T T21,?????????????????????? 2 0222 2 1 0111 14)(2 cos 4)(2 cos??????c Rftffu c Rftffu d R d R????????????????c Rftfu c Rftfu dD dD02 2 01 142 cos 42 cos ????c fR c Rff 00124)(4????????相位差 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 7 ?????f cR4 0最大无模糊距离 f cR??2 max 结论:双频连续波雷达最大无模糊距离为差频的半波长。定性解释: 在零距离上两个载频同相位,当它们由雷达向外发射时,由于各自频率不同, 故两信号间相对相位差增加。此相位差可用作所经过的时间的量度。当两信号在相位上相差又同相时,则相位的测量及距离的测量都将存在模糊。缺点: 1、由于在同时只能测量一个相位差,故连续波双频雷达基本上是单目标雷达。 2、双频连续波雷达理论测距精度由距离的均方根值误差表示为: 上式表明两射频信号频率差?f越大则均方根值误差越小,但由于无模糊测量要求频差不能太大,故?f的选择必须在测距精度、最大不模糊距离间取折衷(一对矛盾)——采用多频方案加以解决。 210)2(4NEf c R????????f c R??4 2017-3-6 哈尔滨工业大学电子工程系 8 多频连续波相位法测距利用发射三个或更多的频率代替两个频率可同时获得高精度和大的不模糊距离测量。例如发射三个频率 f 1、f 2、f 3的关系为: f 3 -f 1 =k(f 2 -f 1) 式中 k一般为 10-20 数量级的因子这样,一对频率 f 3、f 1给出模糊但精确的距离计量,同时另一对频率 f 2、f 1选的很接近以解决在 f 3、f 1测量时的模糊。如果还需进一步提高精度,可发射第四个频率 f 4,从三个频率 f 1、f 2、f 3得到低精度但不模糊的测量用以解模糊。当用更多的频率时其频谱和目标鉴别力将接近于用脉冲或连续波调频波形所得到的值。用测量两个分