西安电子科技大学出版社：高等学校电子信息类规划教材《雷达原理》课程教学资源（第三版，PPT课件讲稿）第8章 运动目标检测及测速

第8章运动目标检训及测速 第8章运动目标检测及测速 8.1多卜勒效应及其在雷达中的应用 8,2动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3盲速、盲相的影响及其解决途径 84回波和杂波的频谱及动且标显示滤波器 8.5动目标显示雷达的工作质量及质量指标 86动目标检测(MTD 8.7自适应动目标显示系统 8.8速度测量 BACK

第 8 章 运动目标检测及测速 第 8 章 运动目标检测及测速 8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用 8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、 盲相的影响及其解决途径 8.4 回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器 8.5 动目标显示雷达的工作质量及质量指标 8.6 动目标检测(MTD) 8.7 自适应动目标显示系统 8.8 速度测量

第8章运动目标检训及测速 81多卜勒效应及其在雷达中的应用 811多卜勒效应 1.雷达发射连续波的情况 这时发射信号可表示为 s(t)=A cos(@ot+o) 式中,O0为发射角频率,g为初相;A为振幅

第 8 章 运动目标检测及测速 8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用 8.1.1 多卜勒效应 1. 雷达发射连续波的情况 这时发射信号可表示为 s(t) = A cos(ω0 t + φ) 式中, ω0为发射角频率, φ为初相; A为振幅

第8章运动目标检训及测速 在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号s、()为 s,(t)=k(t-1)= kAos[o(t-t1)+](81.1 式中,=2Rc,为回波滞后于发射信号的时间,其中R为目标和 雷达站间的距离;c为电磁波传播速度,在自由空间传播时它等 于光速;k为回波的衰减系数 如果目标固定不动,则距离R为常数。回波与发射信号之间 有固定相位差o1=2f6·2RC=(2兀/)2R,它是电磁波往返于雷 达与目标之间所产生的相位滞后

第 8 章 运动目标检测及测速 在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号sr (t)为 ( ) ( ) cos[ ( ) ] sr t = k s t − t r = k A 0 t − t r + (8.1.1) 式中, t r = 2R/c, 为回波滞后于发射信号的时间, 其中R为目标和 雷达站间的距离; c为电磁波传播速度, 在自由空间传播时它等 于光速; k为回波的衰减系数。 如果目标固定不动, 则距离R为常数。回波与发射信号之间 有固定相位差ω0 t r =2πf0·2R/c = (2π/λ) 2R, 它是电磁波往返于雷 达与目标之间所产生的相位滞后

第8章运动目标检训及测速 当目标与雷达站之间有相对运动时,则距离R随时间变化。 设目标以匀速相对雷达站运动,则在时间时刻,目标与雷达站间 的距离R(1)为 R(1)=R0-t 式中,R0为≠=0时的距离;v为目标相对雷达站的径向运动速度。 式(8.1.1)说明,在时刻接收到的波形s()上的某点,是在时 刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度v远小于电磁 波速度c,故时延t可近似写为 2R(t) (R0-v) (8.1.1)

第 8 章 运动目标检测及测速 当目标与雷达站之间有相对运动时, 则距离R随时间变化。 设目标以匀速相对雷达站运动, 则在时间t时刻, 目标与雷达站间 的距离R(t)为 R(t) = R0 - vr t 式中，R0 为 t=0 时的距离；vr为目标相对雷达站的径向运动速度。 式(8.1.1)说明, 在t时刻接收到的波形sr (t)上的某点, 是在t-t r时 刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁 波速度c, 故时延t r可近似写为 ( ) 2 ( ) 2 0 R v t c c R t t r = = − r (8.1.1)

第8章运动目标检训及测速 回波信号比起发射信号来,高频相位差 =-041=-0o-(R0-v1)=-2丌(R0-v1) 是时间的函数,在径向速度v为常数时,产生频率差为 (8.1.3) 这就是多卜勒频率,它正比于相对运动的速度而反比于工作波长 λ。当目标飞向雷达站时,多卜勒频率为正值,接收信号频率高于 发射信号频率,而当目标背离雷达站飞行时,多卜勒频率为负值. 接收信号频率低于发射信号频率

第 8 章 运动目标检测及测速 回波信号比起发射信号来, 高频相位差 ( ) 2 ( ) 2 2 0 0 0 0 R v t R v t c t = − r = − − r = − − r      是时间t的函数, 在径向速度vr为常数时, 产生频率差为 d r v dt d f    2 2 1 = = (8.1.3) 这就是多卜勒频率, 它正比于相对运动的速度而反比于工作波长 λ。当目标飞向雷达站时, 多卜勒频率为正值, 接收信号频率高于 发射信号频率, 而当目标背离雷达站飞行时, 多卜勒频率为负值, 接收信号频率低于发射信号频率

第8章运动目标检训及测速 多卜勒频率可以直观地解释为:振荡源发射的电磁波以恒速 c传播,如果接收者相对于振荡源是不动的,则他在单位时间内 收到的振荡数目与振荡源发出的相同,即二者频率相等。如果 振荡源与接收者之间有相对接近的运动,则接收者在单位时间 内收到的振荡数目要比他不动时多一些,也就是接收频率增高; 当二者作背向运动时,结果相反

第 8 章 运动目标检测及测速 多卜勒频率可以直观地解释为: 振荡源发射的电磁波以恒速 c传播, 如果接收者相对于振荡源是不动的, 则他在单位时间内 收到的振荡数目与振荡源发出的相同, 即二者频率相等。如果 振荡源与接收者之间有相对接近的运动, 则接收者在单位时间 内收到的振荡数目要比他不动时多一些, 也就是接收频率增高； 当二者作背向运动时, 结果相反

第8章运动目标检训及测速 2.窄带信号时的多卜勒效应 常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)。其发射 信号可以表示为 (t)= relu(t e 式中,Re表示取实部;u(1)为调制信号的复数包络;oo.为发射角频 率 同连续波发射时的情况相似,由目标反射的回波信号s、()可 以写成 ()=k(-1)=Re[(t-t)e=](814) 当目标固定不动时,回波信号的复包络有一固定迟延,而高频则有 个固定相位差

第 8 章 运动目标检测及测速 2. 常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)。 其发射 信号可以表示为 ( ) Re[ ( ) ] 0 j t s t u t e  = 式中，Re表示取实部; u(t)为调制信号的复数包络; ω0为发射角频 率。 同连续波发射时的情况相似, 由目标反射的回波信号sr (t)可 以写成 ( ) ( ) Re[ ( ) ] ( ) 0 r j t t r r r s t k s t t k u t t e − = − = −  (8.1.4) 当目标固定不动时, 回波信号的复包络有一固定迟延, 而高频则有 一个固定相位差

第8章运动目标检训及测速 当目标相对雷达站匀速运动时,按式(8.1.2近似地认为其延 迟时间t为 2R(0)_2 (R0-v 则式(8.1.4)的回波信号表示式说明,回波信号比起发射信号来讲, 复包络滞后,而高频相位差=O04=2x(2)(R-1)是时间的函 数。当速度v为常数时,(O)引起的频率差为 称为多卜勒频率,即回波信号的频率比之发射频率有一个多卜 勒频移

第 8 章 运动目标检测及测速 当目标相对雷达站匀速运动时, 按式(8.1.2)近似地认为其延 迟时间t r为 ( ) 2 ( ) 2 0 R v t c c R t t r = = − r 则式(8.1.4)的回波信号表示式说明, 回波信号比起发射信号来讲, 复包络滞后t r , 而高频相位差φ=-ω0 t r =-2π (2/λ)(R0 -vr t)是时间的函 数。当速度vr为常数时, φ(t)引起的频率差为 d r v dt d f    2 2 1 = = 称为多卜勒频率, 即回波信号的频率比之发射频率有一个多卜 勒频移

第8章运动目标检训及测速 附注: 下面从式(8.1.1)出发,较严格地讨论运动目标回波的特点。在 时刻收到的回波是在t4时刻发射的,而照射到目标上的时间是 r=t-(1/2)l照射时的目标距离为 R(t)=Ro-v,t 往返R()距离所需的时间正是目标的延迟时间即 2 R(t)- 可解得结果 (2R0-2vD (8.1.6)

第 8 章 运动目标检测及测速 附注: 下面从式(8.1.1)出发, 较严格地讨论运动目标回波的特点。在 t时刻收到的回波是在t-t r时刻发射的, 而照射到目标上的时间是 t′=t - (1/2) t r , 照射时的目标距离为 ( ') ' 0 R t R v t = − r (8.1.5) 往返R(t′)距离所需的时间正是目标的延迟时间t r , 即 r t c R t = 2 ( ') 可解得结果 (2 2 ) 1 0 R v t c v t r r r − − = (8.1.6)

第8章运动目标检训及测速 将t代入式(8.1.1)可得运动目标回波为 C+1 2R s, (t)=k cos 00c-Vr t-a C-1 C+1 pRo (8.1.7) =kcos ool t 01+q C+1 C+1 由式(8.1.7)可以看出,运动目标回波信号的角频率变为 0 可化简并近似为<<1 C+1 1+ C C

第 8 章 运动目标检测及测速 将t r代入式(8.1.1)可得运动目标回波为       +        + − − + =       + − − − + =      r r r r r r r c v R t c v c v k c v R t c v c v s t k 0 0 0 0 0 2 'cos 2 ( ) 'cos (8.1.7) 由式(8.1.7)可以看出, 运动目标回波信号的角频率变为 , 可化简并近似为 0 r r c v c v − +       1 c vr 0 0 2 0 0 1 1 1 1            +       +           − + =         − + c v c v c v c v c v c v r r r r r r