【文章內(nèi)容簡介】 nv rrr 2121 00 ?? 或即在重復(fù)周期內(nèi) , 目標(biāo)走過的距離正好是發(fā)射高頻振蕩半波長的整數(shù)倍 , 由此引起的高頻相位差正好是 2π的整數(shù)倍 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 關(guān)于頻閃效應(yīng) , 可從圖 (b)的矢量圖上看出 。 當(dāng)相鄰重復(fù)周期回波信號的相位差 Δυ=2nπθ時(shí) , 在相位檢波器輸出端的結(jié)果與 Δυ=θ時(shí)是相同的 , 差別僅為矢量的視在旋轉(zhuǎn)方向相反 , 因此上述二種情況下 , 脈沖信號的包絡(luò)調(diào)制頻率相同 。 相位差 Δυ=2nπ+θ時(shí) , 其相位檢波器輸入端合成矢量與 Δυ=θ完全一樣 , 因而其輸出脈沖串的調(diào)制頻率亦相同 。 當(dāng) θ=0時(shí)表現(xiàn)為盲速現(xiàn)象 ,一般情況下 θ≠0, 表現(xiàn)為頻閃現(xiàn)象 , 這時(shí)相位檢波器輸出脈沖包絡(luò)調(diào)制頻率與回波信號的多卜勒頻率不相等 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 包絡(luò)調(diào)制頻率隨著多卜勒頻率的增加按雷達(dá)工作的重復(fù)頻率周期性地變化 。 包絡(luò)調(diào)制頻率的最大值產(chǎn)生在 Δυ=2nππ時(shí) , 相應(yīng)的多卜勒頻率為 nfr(1/2)fr, 而這時(shí)的包絡(luò)調(diào)制頻率 Fd=fr/2 。 只有當(dāng) fd＜ fr/2時(shí) , 包絡(luò)調(diào)制頻率和多卜勒頻率才相等 。 圖 (c)中畫出了脈沖包絡(luò)調(diào)制頻率 Fd變化規(guī)律曲線 , 它隨著多卜勒頻率的增加而周期性變化 , 這就是頻閃效應(yīng) 。 當(dāng) fd=nfr時(shí) , 包絡(luò)調(diào)制頻率 Fd=0, 這就是盲速 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 (a) 盲速說明 。 (b) 頻閃說明 。 (c) Fa的變化規(guī)律 ?TrFdfdtUr1Ur2Uk?dTr＝ 2?Fd＝ 0fd＝ fr?TrUr1Ur2Uk? ?? ? ＝ ?dTr＝ 2? － ? ?1 ＝ 2? － 2? FdTrFd＝ fr－ fdFdfdfdFdfr2 frr21fr21f0t( a )( b )( c )2 ?第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 高速目標(biāo) (fd＞ 1/τ) (a) 波形 。 (b) 頻譜 ?UrUkfdtuf0ff0＋ fdU ( f )0f0＋?1( a ) ( b )0第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的工作原理及主要組成 基本工作原理 從上節(jié)分析可看出 , 當(dāng)脈沖雷達(dá)利用多卜勒效應(yīng)來鑒別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和固定目標(biāo)回波時(shí) , 與普通脈沖雷達(dá)的差別是必須在相位檢波器的輸入端加上基準(zhǔn)電壓 (或稱相參電壓 ), 該電壓應(yīng)和發(fā)射信號頻率相參并保存發(fā)射信號的初相 , 且在整個(gè)接收信號期間連續(xù)存在 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 工程上 ， 基準(zhǔn)電壓的頻率常適在中頻 。 這個(gè)基準(zhǔn)電壓是相位檢波器的相位基準(zhǔn) , 各種回波信號均與基準(zhǔn)電壓比較相位 。 從相位檢波器輸出的視頻脈沖 , 有固定目標(biāo)的等幅脈沖串和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的調(diào)幅脈沖串 。 通常在送到終端 (顯示器或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) )去之前要將固定雜波消去 , 故要采用相消設(shè)備或雜波濾波器 , 濾去雜波干擾而保存運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 獲得相參振蕩電壓的方法 1. 中頻全相參 (干 )動(dòng)目標(biāo)顯示 當(dāng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用主振放大器時(shí) , 每次發(fā)射脈沖的初相由連續(xù)振蕩的主振源控制 ,發(fā)射信號是全相參的 ,即發(fā)射高頻脈沖 、 本振電壓 、 相參電壓之間均有確定的相位關(guān)系 。 相位檢波通常是在中頻上進(jìn)行的 , 因?yàn)樵诔獠罱邮諜C(jī)中 , 信號的放大主要依靠中頻放大器 。 在中頻進(jìn)行相位檢波 ,仍能保持和高頻相位檢波相同的相位關(guān)系 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 中頻全相參 (干 )動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)方框圖 連續(xù)波振蕩器上變頻器中頻相干振蕩器脈沖功率放大器相位檢波器收發(fā)開關(guān)混頻器中頻放大器對消器脈沖調(diào)制器主振源f0fcfcf1＝ f0＋ fc本地振蕩回波信號f0＋ fd中頻脈沖fc－ fd相參電壓相參視頻輸出對消視頻第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 如圖 ， 主振源連續(xù)振蕩的信號為 U0cos(ω0t+υ0′), 它控制發(fā)射信號的頻率和相位 。 中頻相參振蕩器的輸出為 Uc cos(ωct+υc)。 本振信號取主振源連續(xù)振蕩信號和相參源的和頻 , 即 ])c o s [ ( 39。0011 cc tUu ???? ???? () 回波信號為 Urcos［ ω0(ttr)+υ0′］ , 對于固定目標(biāo) , tr為常數(shù) 。 而對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo) , tr在每個(gè)重復(fù)周期均發(fā)生變化 。 回波信號與本振混頻后取出中頻信號 : 0 0 0 02 ( ) 2 ( 2 2 ) 2r d dRtt R v t f tc?? ? ? ??? ? ? ? ?對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波 , 二者相位差按多卜勒頻率變化 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 2. 鎖相相參動(dòng)目標(biāo)顯示 當(dāng)雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用自激振蕩器 (如磁控管振蕩器 )時(shí) , 它的每一發(fā)射脈沖高頻起始相位是隨機(jī)的 。 因此 ， 為了得到與發(fā)射脈沖起始相位保持嚴(yán)格關(guān)系的基準(zhǔn)電壓 , 應(yīng)該采用鎖相的辦法 , 也就是使振蕩電壓的起始相位受外加電壓相位的控制 。 原則上有兩種鎖相的辦法 : 一種是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電壓加到相參振蕩器去鎖相 。 另一種是將連續(xù)振蕩的相參電壓加到發(fā)射機(jī)振蕩器去 , 以控制發(fā)射脈沖的起始相位 。 后一種方法要求較大的控制功率 , 因而在實(shí)際中用得較少 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 中頻鎖相的脈沖相參雷達(dá)方框圖 脈沖調(diào)制器磁控管發(fā)射機(jī)收發(fā)開關(guān)混頻器穩(wěn)定本地振蕩器混頻器中頻相參振蕩器相位檢波器高頻鎖相脈沖相參電壓中頻放大器對消器中頻回波對消視頻中頻鎖相脈沖f0f1f1f0f0＋ fdf0＋ fdf1－ f0fc－ fdfc 中頻高頻回波脈沖中頻回波f1－ (f0＋ fd) ＝ fc－ fd圖 。 鎖相電壓直接由發(fā)射機(jī)取出 , 避免了收發(fā)開關(guān)可能帶來的干擾 , 以保證鎖相質(zhì)量 。 高頻鎖相電壓與回波信號用同一本振電壓混頻 , 然后將混頻所得的中頻鎖相電壓加到相參振蕩器輸入端 。 用這個(gè)鎖相電壓鎖定的中頻相參振蕩器電壓可以作為相位檢波器的基準(zhǔn)電壓 。 發(fā)射信號和本振信號的隨機(jī)初相在比較相位時(shí)均可以消去 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 直接用發(fā)射機(jī)輸出在高頻進(jìn)行鎖相存在著實(shí)際困難 , 因?yàn)槿菀讓?shí)現(xiàn)鎖相和高頻率穩(wěn)定度兩個(gè)要求對鎖相振蕩器的實(shí)現(xiàn)是互相矛盾的 。 如果允許的頻偏量 Δf相同 (Δf的值影響動(dòng)目標(biāo)顯示的工作質(zhì)量 ), 則鎖相相參振蕩器工作在中頻時(shí)對頻率穩(wěn)定度 Δf/fc的要求將明顯降低 。 加之超外差接收通常在中頻進(jìn)行主要放大 , 并將中頻信號送到相位檢波器 , 因此 , 典型動(dòng)目標(biāo)顯示的相參振蕩器均工作于中頻 , 在中頻上實(shí)現(xiàn)鎖相 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 直接用發(fā)射機(jī)輸出在高頻進(jìn)行鎖相存在著實(shí)際困難 , 因?yàn)槿菀讓?shí)現(xiàn)鎖相和高頻率穩(wěn)定度兩個(gè)要求對鎖相振蕩器的實(shí)現(xiàn)是互相矛盾的 。 如果允許的頻偏量 Δf相同 (Δf的值影響動(dòng)目標(biāo)顯示的工作質(zhì)量 ), 則鎖相相參振蕩器工作在中頻時(shí)對頻率穩(wěn)定度Δf/fc的要求將明顯降低 。 加之超外差接收通常在中頻進(jìn)行主要放大 , 并將中頻信號送到相位檢波器 , 因此 , 典型動(dòng)目標(biāo)顯示的相參振蕩器均工作于中頻 , 在中頻上實(shí)現(xiàn)鎖相 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 中頻鎖相時(shí) , 各點(diǎn)電壓及其相位關(guān)系為 : 本地振蕩器 )c o s ( 1111 ?? ?? tUu () 發(fā)射機(jī)輸出 )](c o s [ ()]()c o s [ (39。0139。0101??????????????tUtUucccc() )c o s ( 39。0000 ?? ?? tUu當(dāng) 0≤t≤τ時(shí)存在 式 ()中 , υl及 υ0′為初相 , 通常是隨機(jī)量。經(jīng)混頻后取其差頻作為鎖相電壓 () 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 相參振蕩器的初相在每一重復(fù)周期均由中頻鎖相電壓決定 , 而在整個(gè)接收回波時(shí)間內(nèi)也連續(xù)存在 , 作為相參接收的相位基準(zhǔn) 。 這時(shí) ,目標(biāo)回波信號為 ])(c o s [ 39。00 ?? ??? rrr ttUu () 這里忽略了目標(biāo)反射引起的相移 。 ur只當(dāng) tr≤t≤tr+τ時(shí)存在 。 經(jīng)混頻后得到中頻信號 ])()c o s [ ( 039。010139。 rrr ttUu ????? ?????在相位檢波器中 , 回波信號 ur′與基準(zhǔn)電壓比較相位時(shí) , 初相 υlυ0′可以消去 , 兩者的相位差只決定于 ω0tr。 當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí) , 相鄰重復(fù)周期的相位差按多卜勒頻率變化 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 對磁控管發(fā)射機(jī)的雷達(dá) , 如果后面用數(shù)字信號處理 , 則接收相參可用圖 。 將發(fā)射信號的隨機(jī)相位 υt測量出來 , 并和送到數(shù)字對消器前的接收信號相位 υr相減 , 消去發(fā)射信號隨機(jī)相位的影響而獲得等效的接收相參 。 發(fā)射信號經(jīng)穩(wěn)定本振混頻后獲得中頻發(fā)射脈沖 , 而后以相參振蕩器 (COHO)的電壓為基準(zhǔn) , 在正交相位檢波器中相參檢波 , 獲得 I與 Q兩路基帶輸出 ,υt的信息包含在基帶輸出中 , υt = arctan Q/I。 如果 A/D變換器的精度足夠 , 則這種方式的接收相參所能得到的對消結(jié)果將優(yōu)于通常所用的鎖相相參振蕩器 。 這是因?yàn)檫B續(xù)工作的相參振蕩器 , 其頻率穩(wěn)定性比每次發(fā)射脈沖均要被鎖相而處于啟斷工作狀態(tài)的相參振蕩器要好得多 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 相位存儲式接收相參 MTI 穩(wěn)定本振 基準(zhǔn)混頻 脈沖振蕩器接收混頻相參振蕩 雙工器中頻放大I Q信號A / D數(shù)字式減 ?中頻放大I Q基準(zhǔn)A / D數(shù)字M T I基準(zhǔn) ?M T I 輸出QI天線圖 : 將發(fā)射信號的隨機(jī)相位 υt測量出來 , 并和送到數(shù)字對消器前的接收信號相位 υr相減 , 消去發(fā)射信號隨機(jī)相位的影響而獲得等效的接收相參 。 發(fā)射信號經(jīng)穩(wěn)定本振混頻后獲得中頻發(fā)射脈沖 , 而后以相參振蕩器 (COHO)的電壓為基準(zhǔn) , 在正交相位檢波器中相參檢波 , 獲得 I與 Q兩路基帶輸出 ,υt的信息包含在基帶輸出中 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 消除固定目標(biāo)回波 1. 相消設(shè)備特性 由相位檢波器輸出的脈沖包絡(luò)為 u = U0cosυ 式中， υ為回波與基準(zhǔn)電壓之間的相位差 , 0000)(2 ????? ??????? tctvRtdrr回波信號按重復(fù)周期 Tr出現(xiàn) , 將回波信號延遲一周期后 , 其包 絡(luò)為 u′=U0 cos［ ωd(tTr)υ0］ () 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 相消器的輸出為兩者相減 , ?????? ??????????? 00 2s i n2s i n239。 ????? rddrd TtTUuuu() 輸出包絡(luò)為一多卜勒頻率的正弦信號 , 其振幅為 2s in2 0rd TU ?也是多卜勒頻率的函數(shù) 。 當(dāng) ωdTr/2 = nπ(n=1, 2, 3… )時(shí) , 輸出振幅為零 。 這時(shí)的目標(biāo)速度正相當(dāng)于盲速 。 此時(shí) ， 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波在相位檢波器的輸出端與固定目標(biāo)回波相同 , 因而經(jīng)相消設(shè)備后輸出為零 , 如圖 。 第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 圖 (a) 組成框圖 。 (b) 速度響應(yīng) 。 (c) 頻率響應(yīng)特性 延遲 Tr相位檢波器相減回波 ur相參電壓uc相消器輸出( a ) －0ΔUu )(j ?Kfr2 frfdf3 fr2 frfr( vr 0 1) ( vr 0 2) ( vr)( b ) ( c )uiuoe－ j? Tr0 0第 8 章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測及測速 相消設(shè)備也可以從頻率域?yàn)V波器的觀點(diǎn)來說明 , 而且為了得到更好的雜波抑制性能 , 常從頻率域設(shè)計(jì)較好的濾波器來達(dá)到 。下面求出相消設(shè)