什么是脉冲多普勒雷达?

什么是脉冲多普勒雷达?

[拼音]：maichong duopule leida

[外文]：pulse-doppler radar

利用信号的频域特性分辨和检测目标的脉冲雷达。目标和干扰物（如地物、海浪、云雨和鸟群等）相对于雷达的径向速度VR不同，回波信号也具有不同的多普勒频率fd(fd=2VR/λ，式中λ为波长）。因此，可用频域过滤的方法选出目标的fd谱线，滤除干扰杂波的谱线，使雷达从强杂波中分离和检测出目标信号。脉冲多普勒体制主要用于机载雷达，但有时也用于舰载和地面雷达。

低空轰炸机出现后， 地面雷达因受视距限制对这类目标不能连续监视而出现盲区。若把普通雷达装在预警飞机上，虽然改善了视距，但因强的地杂波而分辨不出目标。歼击机在寻找低空敌机时，也因地杂波掩没目标信号而无能为力。为了能从地杂波中检测目标信号，50年代研制出机载动目标显示雷达，但这种体制的雷达遇到较复杂的地面环境仍因杂波太强而难以发现目标。60年代研究出能从强杂波中发现动目标的脉冲多普勒体制。70年代，这一体制随着大规模集成电路和电子计算机的成熟而得以在工程技术上实现。

距离模糊

脉冲多普勒雷达和动目标显示雷达虽然都是用频域区分的方法从杂波中检测目标，但它们之间是有区别的。动目标显示雷达采用低脉冲重复频率，使目标在距离上（即时域上）不模糊，但对速度较大的目标在多普勒频率上（频域上）是模糊的；脉冲多普勒雷达采用高脉冲重复频率，使目标在频域上不模糊，但是较远目标在距离上（时域上）是模糊的。此外，高重复频率的脉冲多普勒雷达，由于发射脉冲之间的间隔很短，多次模糊使重叠到同一距离上的杂波强度大大增强，特别不利于在3000米以下飞行的飞机上的脉冲多普勒雷达。于是，70年代又研制出适合于中、低空作战飞机用的中脉冲重复频率脉冲多普勒雷达。这是一种既有距离模糊又有速度模糊的脉冲多普勒体制（见〖HTK）雷达模糊〖HT））。

距离门和滤波器组

为了使脉冲多普勒雷达(图1)能从强杂波中检测动目标，发射脉冲信号必须有稳定的相干性能，通常采用主振功放式发射机。信号处理的基本特点是在接收机中先进行距离门选通，再用布满在可能的多普勒频率范围内的窄带滤波器组对信号和杂波进行过滤。窄带滤波器能对回波脉冲列进行相干积累，由它选出目标的多普勒谱线，滤除主波束杂波剩余和其他副瓣杂波。距离门选通就是把每一脉冲重复周期分成若干个距离门，每个门对应的时间一般等于发射脉冲宽度。距离门起两种作用：

（1）排除距离门以外的接收机噪声，使距离门和窄带滤波器的结合起到匹配滤波的效果；

（2）保留距离信息。主波束杂波抑制滤波器是对色噪声（杂波）作白化处理。脉冲多普勒雷达的这种信号处理方式，不仅可获得接近于最佳的信号功率对杂波加噪声功率之比，而且可获得较精确的目标距离和径向速度数据。因此，脉冲多普勒雷达比动目标显示雷达有更强的抗杂波性能，并能获得速度数据。

低副瓣天线和高稳定频率

机载雷达下视时， 在目标所在的距离门内有目标信号和杂波频谱（高脉冲重复频率的情况）。杂波频谱中有天线主瓣杂波、高度线杂波和天线副瓣杂波（图2a）。天线主瓣的杂波极强。从垂直向下的副瓣进入接收机的高度线杂波，在地面或海面平坦时很强，崎岖不平时减弱。余下的就是从飞机下半球各方向进入天线副瓣的杂波，形成自最高


至最低


(式中Va为飞机地速)连续的杂波谱带。天线主波束内有两个目标(图2b)，由于目标在运动，其频谱和主波束地物杂波谱不在一起。目标1和雷达载机同方向飞行，但速度低于载机，因此有小的接近速度。目标2和雷达载机迎头飞行，有很大的接近速度，因此它在副瓣杂波谱以外。为了不降低检测副瓣杂波谱内运动目标的作用距离，必须使输入接收机的副瓣杂波功率小于接收机自身的噪声功率。因副瓣杂波功率与天线副瓣增益的平方成正比，要求天线副瓣很低。另一方面，为使图2中天线主瓣杂波不影响与其邻近的目标 1的谱线的过滤和检测，应避免主瓣杂波扩散。这就要求发射信号有极高的频率稳定度，发射脉冲也不允许有幅度调制或宽度调制。

解模糊方法

脉冲多普勒雷达的回波信号在时间上是模糊的。发射脉冲从雷达至目标的往返时间可写作NT+iτ。式中T为脉冲重复周期;τ为距离门的时间宽度；iτ为目标所在的第i个距离门的时间；N 即求解的模糊值。这就是说，第i个距离门出现的目标信号并非最近一个发射脉冲的回波，而是该发射脉冲以前第N个脉冲经目标反射的回波。解N 值通常采用改变脉冲重复频率的方法。图3表示用二重复频率解模糊值的方法，对于第一脉冲重复频率，N=3。脉冲往返的真实时间为Tr，最大能解的模糊时间为Tu。 由时间Tr乘以c/2(c为光速)，可得目标的真实距离。如果目标距离远， 可用三重复频率法求解真实距离。中国的余数定律算法，是从多个重复频率求解真实距离的实用算法。

应用

实用的脉冲多普勒雷达虽于60年代末才问世，但随着大规模集成电路和数字处理技术等的发展，这种雷达发展很快，而且应用面越来越广。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导d的最有效的军事装备。在先进的歼击机上，通常装备高、中重复频率的脉冲多普勒雷达。采用按特定任务设计的程序可控制专用计算机，使机载脉冲多普勒雷达具有导航、侦察、格斗和轰炸等多种功能。某些舰载雷达和地面雷达为了在多种杂波同时存在时仍有良好的动目标检测性能和得到目标的速度数据，也有采用脉冲多普勒体制的。此外，脉冲多普勒雷达还用于气象观测。这种雷达对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。

参考书目

M.I.Skolnik，Radar Handbook， McGraw-Hill， New York，1970.D.K.Barton，Radars，Vol.7，Artech House，Dedham，1978.