雷达测距的物理基础，雷达的基础知识课件

雷达系统的基本功能是能够检测目标，测量目标的距离、速度、角度等相关参数。 下图显示了雷达系统的基本处理过程，包括发射机、天线、接收机和显示器。

在雷达系统的处理过程中，雷达发射机产生信号，经过放大后通过天线作为电磁波发射。 撞到物体后反射的回波由天线接收。 雷达要探测的物体称为“目标”，其他物体的回波称为“噪声”。

天线接收到的信号经放大后进行信号处理，获得目标信息后，屏幕上显示目标的距离、速度、方向等多维信息。

由于距离的检测中电磁波的速度固定在c=3*10^8m/s，如果能够测定接收目标回波时刻相对于发送时刻的时间差t，则可以通过R=ct/2计算目标距离。

脉冲宽度和最小检测距离

单站脉冲雷达在发射时不接收目标回波，存在一定的测距盲区，即雷达存在最小探测距离。

死角与发射的脉冲宽度有关，脉冲宽度1us对应150m的距离死角，所以在脉冲宽度稍大的信号中，离死角的距离太大。 例如，在100us的脉冲宽度下，距离死角15km。 当然，采用收发隔离或连续波雷达可以解决盲区问题，但也会带来其他问题，如隔离。

PRF和最大无模糊距离

脉冲重复频率( PRF )是脉冲重复间隔( PRT )的倒数，PRT=1/PRF。 它直接影响最大的模糊距离。 这意味着目标的回波可以在当前PRF中立即返回。 如果目标雷达回波信号通过以下或以下几个脉冲回波返回，则存在距离模糊。

我们可以通过PRF的变化来解决，通过回波在不同PRF脉冲中的位置不稳定性来解决模糊。 请看这里：

解距离模糊的方法

当然，相控阵列雷达还可以通过灵活的波束定向控制解决距离模糊问题，以避免接收先前脉冲的回波。

占空比

如上所述，占空比是脉冲宽度相对于脉冲的重复间隔(周期)的比，与脉冲发光的平均功率和脉冲峰值功率的比相等。

从雷达方程式可知，雷达的最大检测距离与发送机的输出功率直接相关，虽然通常限制最大发送功率，但是通过提高占空比能够使平均功率增加，增加检测距离。 根据上图所示的关系可知，可以增加脉冲宽度，减少脉冲的重复间隔时间，提高占空比。

脉冲串及其频谱由上图可以看出脉冲串的脉冲宽度和周期与其频谱特性的关系。

距离分辨率

实际距离分辨率复杂，为了全面考虑距离自相关函数主峰、旁瓣对分辨率的影响，魔兽定义了反映分辨率特性的参数，即时延分辨率常数，它与信号的有效带宽成反比。

延时分辨率常数为计算相应主峰、旁瓣或类似噪声基地的总能量，除以主峰最高点功率的时间幅度。 延迟分辨率常数越小，距自相关函数主峰越窄，旁瓣和基底越小，有利于分辨率目标。

测距精度首先要知道测距精度和距离分辨率是不同的概念。 已知通过测量雷达回波时延来测量目标的距离，但系统在时延的测量中存在误差，该误差的大小是精度的问题。

距离分辨率是雷达能够区分两个目标的最小距离，如果两个目标相距较远，雷达就被认为是一个目标。 而测距精度则表现出某些目标距离测量的准确性问题，这与信噪比和信号均方根带宽有关。

脉冲压缩技术脉冲压缩技术是匹配滤波理论和相关接收理论的良好实际应用。 成功地解决了这样的问题：

发射端发射大时宽、带宽信号，提高信号测速精度和速度分辨率； 在接收端，为了提高雷达对目标的距离分辨率精度和距离分辨率，将宽脉冲信号压缩为窄脉冲；

脉冲压缩雷达发射宽脉冲信号，接收和处理回波后输出窄脉冲的雷达具有获得大作用距离和高距离分辨率的优点。 详情请看这里的雷达通信电子战