雷达原理实验汇总
实验报告
哈尔滨工程大学
实验课程名称：雷达原理实验姓名：班级：学号：
注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和
2、平均成绩取各项实验平均成绩
3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合
2012年 5 月
雷达信号波形分析实验报告
2012年5月10日班级姓名评分
一、实验目的要求
1. 了解雷达常用信号的形式。
2. 学会用仿真软件分析信号的特性。
3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。
二、实验内容
本实验是在PC机上利用MATLAB仿真软件进行常用雷达信号的仿真、设计。针对所设计的雷达信号分析其频谱特性和模糊函数。
三、实验参数设置
1、简单脉冲调制信号：
载频范围：0.75MHz
脉冲重复周期：200us
脉冲宽度：10us
幅度：1V
2、线性调频信号：
载频范围：90MHz
脉冲重复周期：250us
脉冲宽度：25us
信号带宽：16MHz
幅度：1V
四、实验仿真波形
简单脉冲调制信号实验结果：
图1.1简单脉冲调制信号（正弦）仿真结果
将正弦变换成余弦后：
图1.2简单脉冲调制信号（余弦）仿真结果
线性调频信号实验结果：
图1.3线性调频信号仿真结果
五、实验成果分析
1、使用x2=exp(i*2*pi*f0*t);信号进行调制，从频谱图可以看出，脉冲经调制后只有和一个峰值，为一单频信号，而使用x2=cos(2*pi*f0*t);信号进行调制，则出现两个峰值，为两个频率分量。
2、在进行线性调频时，要计算出频率变化的斜率，然后进行调频计算。由仿真图可以看出仅有16MHZ的频带。
六、教师评语
教师签字
(整理)雷达原理实验指导书实验1-2
精品文档 雷达原理实验指导书 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 2013年3月
精品文档 目录 雷达原理实验课的任务和要求 (1) 雷达原理实验报告格式 (2) 实验一雷达信号波形分析实验 (3) 雷达信号波形分析实验报告 (5) 实验二. 数字式目标距离测量实验 (6) 数字式目标距离测量实验报告 (8)
雷达原理实验课的任务和要求 雷达原理实验课的任务是：使学生掌握雷达的基本工作原理和雷达测距、测角、测速的基本方法和过程；掌握雷达信号处理的基本要求，为了达到上述目的,要求学生做到： 1.做好实验前准备工作 预习是为做好实验奠定必要的基础，在实验前学生一定要认真阅读有关实验教材，明确实验目的、任务、有关原理、操作步骤及注意事项，做到心中有数。 2.严谨求实 实验时要求按照操作步骤进行，认真进行设计和分析，善于思考，学会运用所学理论知识解释实验结果，研究实验中出现的问题。 3.遵从实验教师的指导 要严格按照实验要求进行实验，如出现意外，要及时向老师汇报，以免发生意外事故。 4.注意安全 学生实验过程中，要熟悉实验室环境、严格遵守实验室安全守则。 5.仪器的使用 使用仪器前要事先检查仪器是否完好，使用时要严格按照操作步骤进行，如发现仪器有故障，应立即停止使用，报告老师及时处理，不得私自进行修理。 6.实验报告 实验报告包括下列内容：实验名称、实验日期、实验目的、简要原理、主要实验步骤的简要描述、实验数据、计算和分析结果，问题和讨论等。
雷达原理实验报告格式 一、封皮的填写： （1）实验课程名称：雷达原理 （2）实验名称：按顺序填写 （3）年月日： 二、纸张要求：统一采用A4大小纸张，左侧装订，装订顺序与实验顺序一致。 三、书写要求： （1）报告除实验图像必须打印外，其余可手写。 （2）实验结果图位于实验结果与分析部分，图像打印于纸张上部，下部空白处写实验分析。 （3）报告中图要有图序及名称，表要有表序及名称，每个实验的图序和表序单独标号（例如图1.1脉冲信号仿真波形；表1-1 几种信号的。。。）。 不合格者扣除相应分数。 （4）每个实验均需另起一页书写。 四、关于雷同报告：报告上交后，如有雷同，则课程考核以不及格处理。（每个实验均已列 出参数可选范围，不能出现两人所有参数相同情况）
雷达原理实验汇总
实验报告 哈尔滨工程大学 实验课程名称：雷达原理实验 姓名：班级：学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2012年 5 月
雷达信号波形分析实验报告 2012年5月10日班级姓名评分 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用信号的形式。 2. 学会用仿真软件分析信号的特性。 3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。 二、实验内容 本实验是在PC机上利用MATLAB仿真软件进行常用雷达信号的仿真、设计。针对所设计的雷达信号分析其频谱特性和模糊函数。 三、实验参数设置 1、简单脉冲调制信号： 载频范围：0.75MHz 脉冲重复周期：200us 脉冲宽度：10us 幅度：1V 2、线性调频信号： 载频范围：90MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：25us 信号带宽：16MHz 幅度：1V 四、实验仿真波形 简单脉冲调制信号实验结果：
图1.1简单脉冲调制信号（正弦）仿真结果将正弦变换成余弦后： 图1.2简单脉冲调制信号（余弦）仿真结果
线性调频信号实验结果： 图1.3线性调频信号仿真结果 五、实验成果分析 1、使用x2=exp(i*2*pi*f0*t);信号进行调制，从频谱图可以看出，脉冲经调制后只有和一个峰值，为一单频信号，而使用x2=cos(2*pi*f0*t);信号进行调制，则出现两个峰值，为两个频率分量。 2、在进行线性调频时，要计算出频率变化的斜率，然后进行调频计算。由仿真图可以看出仅有16MHZ的频带。 六、教师评语 教师签字
电子科技大学雷达原理与系统期末考题
大四上学期雷达原理与系统期末考题（大部分） 一．填空选择： 1下列不能提高信噪比的是（B） A，匹配滤波器B，恒虚警C，脉冲压缩D，相关处理 2，若一线性相控阵有16个阵元，阵元间距为波长的一半，其波束宽度为（100/16） 3，模糊图下的体积取决于信号的（能量） 4，对于脉冲多普勒雷达，为了抑制固定目标，回拨方向加入对消器，这措施对运动目标的检测带来的影响是出现了（盲速） 5，雷达进行目标检测时，门限电平越低，则发现概率（越大），虚警概率（越大），要在虚警概率保持不变的情况下提高发现概率，则应（提高信噪比） 6，对于脉冲雷达来说，探测距离盲区由（脉冲宽度）参数决定。雷达接受机灵敏度是指（接收机接收微弱信号的能力，用接收机输入端的最小可探测信号功率Smin表示） 7，不属于单级站脉冲雷达系统所必要的组成部分是（B） A收发转换开关B分立两个雷达 8，若要求雷达发射机结构简单，实现成本低，则应当采用的结构形式是（单级振荡式发射机） 9，多普勒效应由雷达和目标间的相对运动产生，当发射信号波长为3m，运动目标与雷达的径向速度为240m/s，如果目标是飞向雷达，目标回波信号的频率是（100MHz+160Hz） 注：多普勒频率2drfv 10，在雷达工作波长一定情况下，要提高角分辨力，必须（增大天线间距d），合成孔径雷达的（方向分辨力）只与真实孔径的尺寸有关 11，只有同时产生两个相同且部分重叠的波束才能采用等信号法完成目标方向的测量 12，当脉冲重复频率fr和回波多普勒频率fd 关系满足（fr）》fd）时，不会出现（频闪和盲速） 13，只有发射机和接受机都是（相参系统），才能提取出目标多普勒信息14，大气折射现象会增加雷达（直视距离） 15，奈曼尔逊准则是在检测概率一定的条件下，使漏警概率最小，或者发现概率最大。16，相控阵雷达随着扫描角增加，其波束宽度（变大） 17，雷达波形模糊函数是关于（原点）对称的。
雷达大作业---振幅和差角度测量及仿真
雷达原理大作业 单脉冲自动测角的原理及应用 学院：电子工程学院 作者： 2016年5月21日
单脉冲自动测角的原理及应用 一．摘要 单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种，其测角精度高，抗干扰能力强，在现实中得到了广泛的应用。而其中对于接收支路要求不太严格的双平面振幅和差式单脉冲雷达，更是备受青睐。 本文首先讲述了单平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的原理，再简述了双平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的结构框图，接着简述了本文仿真所用的一些原理和公式推导，包括天线方向图函数及其导数的推导，最后做了基于高斯形天线方向图函数的单脉冲自动测角，基于辛克函数形天线方向图函数的单脉冲自动测角，和基于高斯形天线方向图函数的双平面单脉冲自动测角。源代码在附录里。 二．重要的符号说明 三．单平面振幅和差式单脉冲自动测角原理 单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种。在单平面内，两个相同的波束部分重叠，交叠方向即为等信号轴的方向。将这两个波束接收到的回波信号进行比较就可以在一定范围内，一定精度要求下测到目标的所在角度。因为两个波束同时接到回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只要分析一个回波脉冲即可，所以称之为“单脉冲”。 因取出角误差的具体方式不同，单脉冲雷达种类很多，其中应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，其基本原理说明如下： 1.角误差信号 雷达天线在一个平面内有两个重叠的部分，如下图1所示： 图1.振幅和差式单脉冲雷达波束图
(a)两馈源形成的波束 (b)和波束 (c)差波束 振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。其中差信号即为该角平面内角误差信号。 若目标处在天线轴方向（等信号轴），误差角0ε=，则两波束收到的回波信号振幅相同，差信号等于0。目标偏离等信号轴而有一个误差角ε时，差信号输出振幅与ε成正比而其符号则由偏离方向决定。 2.和差比较器 这里主要使用双T 插头，示意图如下图2（a ）所示。它有四个端口：和端，差端和1， 2端。假定四个端都是匹配的，则从和端输出信号时，1,2端输出等幅同相的信号，差端无输出；从1,2端输入同相信号时，和端输出两信号之和，差端输出两信号之差。 图2.双T 接头和差比较器示意图 (a)双T 接头 (b) 和差比较器示意图 在发射信号时，从发射机来的信号加在和端，故1,2端输出等幅同相的信号，两波束在空间各点产生的场强同相相加，形成发射和波束的天线方向性函数为()F θ∑。 接收时，回波脉冲同时加到1,2端，此时在和端，输出两个回波信号同相相加之和，记为E ∑；在差端，输出两信号反相相加之和，记为E ?。 假设两个波束方向性函数完全相同，记为()F θ，两波束衰减倍数为k ，两波束相对天线轴线的偏角为δ，则对于θ方向的目标来说： 和信号振幅为：2 ()()()()()E kF F kF F kF θδθθδθθ∑∑∑∑=-++= 差信号振幅为：()()()()()()E kF F kF F kF F θδθθδθθθ?∑∑∑?=--+= 其中：()()()F F F θδθδθ∑=-++，()()()F F F θδθδθ?=--+。 实际情况下，θ是很小的，可以对()F δθ-和()F δθ+在δ附近做一阶泰勒展开：
雷达技术实验报告
雷达技术实验报告 雷达技术实验报告 专业班级: 姓名： 学号：
一、实验内容及步骤 1.产生仿真发射信号：雷达发射调频脉冲信号，IQ两路； 2.观察信号的波形，及在时域和频域的包络、相位； 3.产生回波数据：设目标距离为R=0、5000m； 4.建立匹配滤波器，对回波进行匹配滤波； 5.分析滤波之后的结果。 二、实验环境 matlab 三、实验参数 脉冲宽度 T=10e-6; 信号带宽 B=30e6; 调频率γ=B/T; 采样频率 Fs=2*B; 采样周期 Ts=1/Fs; 采样点数 N=T/Ts; 匹配滤波器h(t)=S t*(-t) 时域卷积conv ，频域相乘fft， t=linspace(T1,T2,N); 四、实验原理 1、匹配滤波器原理： 在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为) x： (t t x+ = t s n )( )( )(t 其中：)(t s为确知信号，)(t n为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为 No。 2/
设线性滤波器系统的冲击响应为)(t h ，其频率响应为)(ωH ，其输出响应： )()()(t n t s t y o o += 输入信号能量： ∞<=?∞ ∞-dt t s s E )()(2 输入、输出信号频谱函数： dt e t s S t j ?∞ ∞--=ωω)()( )()()(ωωωS H S o = ωωωπωω d e S H t s t j o ?∞ -= )()(21)( 输出噪声的平均功率： ωωωπωωπd P H d P t n E n n o o ??∞∞ -∞∞-== )()(21)(21)]([22 ) ()()(21 )()(21 2 2 ωωωπ ωωπ ω ωd P H d e S H S N R n t j o o ? ? ∞ ∞ -∞ ∞-= 利用Schwarz 不等式得： ωωωπd P S S N R n o ? ∞ ∞ -≤) () (21 2 上式取等号时，滤波器输出功率信噪比o SNR 最大取等号条件： o t j n e P S H ωωωαω-=) ()()(* 当滤波器输入功率谱密度是2/)(o n N P =ω的白噪声时，MF 的系统函数为： ,)()(*o t j e kS H ωωω-=o N k α2= k 为常数1，)(*ωS 为输入函数频谱的复共轭，)()(*ωω-=S S ，也是滤波器的传输函数 )(ωH 。
雷达原理与系统课程设计
电子科技大学 课程设计报告 课程名称：雷达原理与系统 设计名称：雷达系统设计 指导老师： 姓名： 学号： 专业：
设计题目： 设计一雷达系统，对12m 目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。 2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。 3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。 参数求解： 1 已知距离分辨率的公式为：min 2 c R τ ?= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7 min 8 2215100.1310 R s s s c τμ-??= ===? 令雷达的工作频率为kHz f 5000=，发射功率kW P t 50=，则 m m f c 6.010 51038 8 =??==λ 雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得： 水平口径尺寸L 为：m m L 6.890 26.02=?== π αλ 垂直口径尺寸h 为：m m h 85.09 26.02=?== π βλ 天线的孔径 22376.786.06.8m m Lh A =?==
天线增益 2586.0376 .7442 2 =?= = πλπA G 发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则 av t t r r P P P f T τ τ== 设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为 0.0001-0.01，取0.001D =，则6 0.001 100.110r D f Hz kHz τ-===? 以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为12 4 max 2min 4t r i P A R S σπλ?? =???? 则接收机灵敏度 W W R A P S r t 11 432234max 2 2 min 1001.6)1010(6.04376.7110504-?=??????==ππλσ 设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平 波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，取0.5==2θ α 则对一个点目标的相参积累时间为0.5 21 20360/6060 a t s s θ= = =Ω? 脉冲积累个数31 101016660 r n tf ==??≈ 2 不产生频闪的条件是：1 2d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ = 关系可得最大不模糊速度：s m s m f v r r /1500/4 10106.043 max =??==λ 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通常应选取8 max 3 310152221010 r r cT c R m km f ?≤===?? 故最大不模糊距离max 15R km = 设发射脉冲为单载频的矩形脉冲信号，其单位能量复包络可写成()u t ，表达式 为：()100 t u t τ <
雷达原理复习
1、雷达的任务：测量目标的距离、方位、仰角、速度、形状、表面粗糙度、介电特性。 雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置。 当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将其视为“点”目标，可对目标的距离和空间位置角度定位。目标不是一个点，可视为由多个散射点组成的，从而获得目标的尺寸和形状。采用不同的极化可以测定目标的对称性。 任一目标P所在的位置在球坐标系中可用三个目标确定：目标斜距R，方位角，仰角 在圆柱坐标系中表示为：水平距离D，方位角，高度H 目标斜距的测量：测距的精度和分辨力力与发射信号的带宽有关，脉冲越窄，性能越好。目标角位置的测量：天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。 相对速度的测量:观测时间越长，速度测量精度越高。 目标尺寸和形状：比较目标对不同极化波的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。 2、雷达的基本组成：发射机、天线、接收机、信号处理机、终端设备 3、雷达的工作频率：220MHZ-35GHZ。L波段代表以22cm为中心，1-2GHZ;S波段代表10cm，2-4GHZ；C波段代表5cm，4-8GHZ；X波段代表3cm，8-12GHZ；Ku代表，12-18GHZ；Ka代表8mm，18-27GHZ。 第二章雷达发射机 1、雷达发射机的认为是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。 雷达发射机可分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振放大式发射机；连续波发射机。 2、单级振荡式发射机组成：大功率射频振荡器、脉冲调制器、电源 触发脉冲 脉冲调制器大功率射频振荡器收发开关 电源高压电源接收机 主要优点：结构简单，比较轻便，效率较高，成本低；缺点：频率稳定性差，难以产生复杂的波形，脉冲信号之间的相位不相等 3、主振放大式发射机：射频放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。射频放大链是发射机的核心，主要有前级放大器、中间射频功率放大器、输出射频功率放大器 射频输入前级放大器中间射频放大器输出射级放大器射频输出固态频率源脉冲调制器脉冲调制器 高压电源高压电源电源 脉冲调制器：软性开关调制器、刚性开关调制器、浮动板调制器 4、现代雷达对发射机的主要要求：发射全相参信号；具有很高的频域稳定度；能够产生复杂信号波形；适用于宽带的频率捷变雷达；全固态有源相控阵发射机 5、发射机的主要性能指标： 工作频率和瞬时带宽：雷达发射机的频率是按照雷达的用途确定的。瞬时带宽是指输出功率变化小于1bB的工作频带宽度。 输出功率：雷达发射机的输出功率直接影响雷达的威力范围以及抗干扰的能力。雷达发
雷达测速试验报告
雷达测距实验报告 1. 实验目的和任务 1.1 实验目的 本次实验目的是掌握雷达带宽同目标距离分辨率的关系，通过演示实验了解雷达测距基本原理，通过实际操作掌握相关仪器仪表使用方法，了解雷达系统信号测量目标距离的软硬件条件及具体实现方法。 1.2 实验任务 本次实验任务如下： （1）搭建实验环境； （2）获得发射信号作为匹配滤波的参考信号； （3）获得多个地面角反射器的回波数据，测量其各自位置，评估正确性； （4）获得无地面角发射器的回波数据，与（3）形成对比，并进行分析。 2. 实验场地和设备 2.1 实验场地和环境条件 本次实验计划在雁栖湖西校区操场进行，环境温度25℃，湿度40%。 实验场地如上图所示，除角反射器以外，地面上还有足球门、石块以及操场上运动的人等比较明显的目标。
2.2 实验设备 实验所需的主要仪器设备如下： （1） 矢量信号源SMBV100A ； （2） 信号分析仪FSV4； （3） S 波段标准喇叭天线； （4） 角反射器 （5） 笔记本电脑 2.3 设备安装与连接 设备连接关系图如下： 雷达波形文件雷达回波数据 时钟同步 计算机终端 SMBV100A 矢量信号源 FSV4信号分析仪 角反射器 交换机 图1 实验设备连接示意图 其中：蓝色连接线表示射频电缆，灰色连接线表示网线。 3. 实验步骤 3.1 实验条件验证 检查仪器工作是否正常，实验环境是否合适。 3.2 获取参考信号 1. 调节信号源参数，生成线性调频信号，作为匹配滤波的参考信号，然后通过射频电缆将信号源与频谱仪相连，利用频谱仪的A/D 对线性调频信号采样，并通过网线将数据传输给计算机，并保存为“b1.dat ”。参考信号的主要参数如下所示：
雷达原理实验报告材料(哈工程)
实验报告 实验课程名称：雷达原理姓名：班级：电子信息工程4班学号： 注：1、每个实验中各项成绩按照5分制评定，实验成绩为各项总和 2、平均成绩取各项实验平均成绩 3、折合成绩按照教学大纲要求的百分比进行折合 2017年 5 月
雷达信号波形分析实验报告 2017年 4 月 5 日班级电子信息工程4班姓名评分 一、实验目的要求 1. 了解雷达常用信号的形式。 2. 学会用仿真软件分析信号的特性。 3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。 二、实验原理 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2 其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速。 三、实验参数设置 载频范围：0.5MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：10us 幅度：1V 线性调频信号 载频范围：90MHz 脉冲重复周期：250us 脉冲宽度：10us 信号带宽：14 MHz 幅度：1V 四、实验仿真波形
x 10 -3 时间/s 幅度/v 脉 冲 x 10 -3时间/s 幅度/v 连续波 x 10 -3 时间/s 幅度/v 脉冲调制 x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲频谱图 x 10 7 05 104 频率/MHz 幅度/d B 连续波频谱图 x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲调制频谱图 x 10 -3 -101时间/s 幅度/v 脉 冲 8.262 8.26258.263x 10 -4 -1 01时间/s 幅度/v 连续波 0.5 1 1.5 2 x 10 -3 -101时间/s 幅度/v 脉冲调制 x 10 7 02 44 频率/MHz 幅度/d B 脉冲频谱图 -4 -2 024x 10 7 05 104 频率/MHz 幅度/d B 连续波频谱图 -4 -2 024x 10 7 01 24 频率/MHz 幅度/d B 脉冲调制频谱图
激光雷达测距原理与其应用
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1雷达与激光雷达系统 (2) 2激光雷达测距方程研究 (3) 2.1测距方程公式 (3) 2.2发射器特性 (4) 2.3大气传输 (5) 2.4激光目标截面 (5) 2.5接收器特性 (6) 2.6噪声中信号探测 (6) 3伪随机m序列在激光测距雷达中的应用 (7) 3.1测距原理 (7) 3.2 m序列相关积累增益 (8) 3.3 m序列测距精度 (8) 4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9) 4.1脉冲激光测距机原理 (9) 4.2 测距误差简要分析 (10) 5激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用 (10) 6结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12)
激光雷达测距原理与其应用 摘要:本文简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对比，着重阐述激光雷达测距方程的研究。针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍一种基于m序列的激光测距方法，给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。了解并学习激光雷达在移动机器人等其它方面中的应用。 关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差 Applications and Principles of laser radar ranging Student majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonan Tutor Shang lianju Abstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects. Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error. 引言：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度 高、单色性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因而它是目前激光应用主要的研究领域之一。激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，人们进行了多项试验，结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力，其中包括激光测月和卫星激光测距。激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR数据将提供更为丰富的地表和地物信息。激光测距可分为星载(卫星搭载)、机载(飞机搭载)、车载(汽车搭载)以及定位(定点测量)四大类，目前激光测距仪已投入使用,激光雷达正处在试验阶段,某些激光雷达已付诸实用.本文对激光雷达的测距原理、发射器和接收器特性、束宽、大气传输以及目标截面、外差效率进行分析, 提出基于伪随机序列的激光测距技术 ,可将激光
雷达原理
一、绪论 雷达：无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。 雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。 组成框图 雷达测量原理 雷达发射信号： 雷达接收信号： 雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息 雷达组成： 天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波 收发开关： 发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端 接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号 发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波 接收机：放大微弱的回波信号，解调目标信息 雷达的工作频率： 工作频率范围：22mhz--35ghz 扩展范围：2mhz--94ghz 绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz 雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围 分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力 距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离 角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度 数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。 跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度 发射功率的和调制波形： 发射功率的大小直接影响雷达的作用距离
发射信号的调制波形： 早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形 脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力 重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小 天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示 天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描 接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。 显示器的形式和数量：雷达显示器是向操纵人员提供雷达信息的一种终端设备，是人际联系的一个环节。 电子战对抗中的雷达： 电子战（EW ）:敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。 电子对抗（ECM ）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电磁侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁） 电子反对抗（ECCM ）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效采用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁） 雷达反干扰 天线抗干扰：低旁瓣、旁瓣对消、波束控制、随机扫描 发射机抗干扰：提高有效辐射功率、频率捷变、频率编码、频率分集、脉冲压缩、波形隐蔽、窄脉冲、重频时变 接收机、信号处理机抗干扰：接收机抗饱和、重频、脉宽鉴别、MTI 、MTD 、积累检测 二、发射机 发射机任务：产生大功率高频振荡发射信号。脉冲雷达要求发射机产生一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射频脉冲列 基本类型：连续波发射机、脉冲调制发射机（单极振荡式发射机、主振荡式发射机） 输出功率：发射机送到天线输入端的功率 峰值功率：脉冲期间发射机输出功率的平均值（不要过分增大法设计的峰值功率） 平均功率：脉冲重复周期内输出功率的平均值： 工作比D: 常规脉冲雷达工作比0.001 脉冲多普勒雷达工作比10-2 ~10-1量级 连续波雷达工作比100% 总功率：发射机输出功率与输入功率之比 主振放大式发射机特别注意改善输出级效率 信号形式： 信号形式由雷达体制决定 常规脉冲雷达为简单脉冲波形，特殊体制雷达为复杂调制波形 t r av P T P τ=r r T F D ττ= =
雷达方程原理
一. 雷达方程 简单形式的雷达方程：min 2 e t 4 max )4(S GA P R πσ=（2.1）? σ∝4 max R （1） 接收机噪声 除系统热噪声引起的噪声功率之外，接收机会产生一定的噪声输出，要引入噪声系数 out out in in N S N S BG kT N F //a 0out n = = ，噪声系数也反映了信号通过接收机时的信噪比衰减情况。 重新整理雷达方程：min n 02 e t 4 max )/()4(N S BF kT GA P R πσ = （2.8）? min 4 max SNR R σ ∝ 可用于进行理想自由空间中的目标探测，分析目标的雷达截面积对目标探测产生的影响。 （2） 雷达脉冲积累 多脉冲积累用于提高信噪比，改善雷达的检测能力，降低虚警漏警概率。 n 个相同信噪比的脉冲进行理想情况下的积累后，总信噪比为单个脉冲信噪比的n 倍。但实际情况下，第二检波器会引入效率损耗，使信号能量变为噪声能量，积累效率 n 1i )/()/()(N S n N S n E = 。 将脉冲积累的信噪比代入原雷达方程得到：n n 02 e t 4 max )/()4(N S BF kT GA P R πσ = （2.33），也可 以由积累效率和单个脉冲信噪比表示为：1 n 02 e t 4 max )/()4() (N S BF kT n nE GA P R i πσ= (2.34)。 （3） RCS 起伏 观测复杂目标（如飞机）时，小的观察角变化将引起雷达到目标散射中心的距离和时间发生变化，从而引起各回波信号的相对相位发生变化，导致RCS 起伏。 引入起伏损耗f L ，用f L N S 1)/(代替1)/(N S 。当e n 个独立采样积累时， e n f e f L n L /1)()(=。 此时的雷达方程为：e n f i L N S BF kT n nE GA P R /11n 02 e t 4 max ) ()/()4() (πσ=(2.45)。 （4） 发射机功率 雷达的平均发射机功率av P 更能反映雷达的性能，可以用它代替峰值功率t P 。将p t av f P P τ=代入雷达方程得到：p i f N S F B kT n nE GA P R 1n 02 e av 4 max )/()()4() (τπσ= （2.51），一般情况下，可将τ B 设计为1。 （5） 其它情况 需要考虑的因素包括：系统损耗、地杂波、最高精度等。另外，针对不同目标（点目标或分
多普勒雷达原理
汽笛声变调的启示--多普勒雷达原理 1842年一天，奥地利数学家多普勒路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身 旁驰过，他发现火车由远而近时汽笛声变响，音调变尖（注：应为“汽笛声的音频频率变高”）；而火车由近而远时汽笛声变弱，音调变低（应为“汽笛声的音频频率降低了”）。他对这种现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的缘故，称为频移现象。因为这是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。 由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验进行验证。几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，验证了该效应。 为了理解这一现象，需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播过程中表现出的是声波波长缩短，好像波被“压缩”了。因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被“拉伸”了。因此，汽笛声听起来就显得低沉。 用科学语言来说，就是在一个物体发出一个信号时，当这个物体和接收者之间有相对运动时，虽然物体发出的信号频率固定不变，但接收者所接收到的信号频率相对于物体发出的信号频率出现了差异。多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释，波在介质中传播，会出现频散现象，随距离增加,高频向低频移动。 多普勒效应不仅适用于声波,它也适用于所有类型的波，包括电磁波。 多普勒效应被发现以后，直到1930年左右，才开始应用于电磁波领域中。常见的一种应用是医生检查就诊人用的“彩超”，就是利用了声波的多普勒效应。简单地说，“彩超”就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒。超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号为换能器所接受，根据反射波与发射波的频率差可以求出血流速度，根据反射波的频率是增大还是减小判定血流方向。 20世纪40年代中期，也就是多普勒发现这种现象之后大约100年，人们才将多普勒效应应用于雷达上。多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等的雷达。当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差（称为多普勒频率），根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备以及科学研究、业务应用装置。 多普勒天气雷达，是以多普勒效应为基础，当大气中云雨等目标物相对于雷达发射信号波有运动时，通过测定接收到的回波信号与发射信号之间的频率差异就能够解译出所需的信息。它与过去常规天气雷达仅仅接收云雨目标物对雷达发射电磁波的反射回波进了一大步。这种多普勒天气雷达的工作波长一般为5～10厘米，除了能起到常规天气雷达通过回波测定云雨目标物空间位置、强弱分布、垂直结构等作用，它的重大改进在于利用多普勒效应可以测定降水粒子的运
雷达测速与测距 ()
雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 1.1 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为 （1.1） 其中c为光速，为发射波形带宽。 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有 （1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间 内所输出的功率称脉冲功 率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值， 用Pav表示。它们的关系为 （1.3） 脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应
雷达原理实验报告1,2
实验一、二雷达的总体认识及基本操作I、II 一、实验目的 1.了解Bridge Master E X-Band雷达的基本组成 2.学习正确操作Bridge Master E X-Band雷达，熟悉各基本功能的 操作 二、实验设备： Bridge Master E X-Band雷达两台 S-Band收发机一台，天线一副 三、实验步骤及要领 1.开机 检查天线附近是否有人作业火其他障碍物，将亮度（BRILLIANCE）、雨雪干扰抑制（A/CRAIN）海浪干扰抑制（A/CSEA）、增益（GAIN）等控钮反时针旋到底，功能开关（FUNCTION）置“STANDBY”。开机，接通电源，将电源开关置“POWER ON”,然后雷达开始自检，倒时计数。时间到后自动显示出“RADAR STANDBY”，此时表明雷达已准备好发射（未发射前天线是不转的）。 2.调节屏幕及数据亮度 顺时针旋转显示器前端的键盘（KEY BOARD）上的亮度控钮（BRILLIANCE）使回波明亮清晰，通常应使控钮居中。 3.量程选择 在KEY BOARD上，使用操纵杆（JOYSTICK）移动光标到
“TRANSMIT”上，单击左键，选择发射及脉冲宽度选择。使光标移动到显示屏的左上方的“RANGE”，通过单击“＋”和“－”来改变量程，量程的选择与发射脉冲的宽度的关系见附录图 4.调谐调节 调谐控钮是用来调节接收机的本振频率。在进行调谐前，应首先将海浪抑制控钮（A/CSEA）反时针旋到底，并使雷达工作于最大量程，然后转动调谐控钮使调谐指示亮带达到最长。 5.增益调整 增益（GAN）控钮是用来调节接收机的放大量，此控钮应调节到显示屏幕上的背景噪声似见非见的位置。为了设置合适的增益，首先应选择最远的两个量程之一，因为远量程时背景噪声更为明显，然后俺顺时针方向慢慢旋转增益控钮，使背景噪声达到刚见未见的状态。若增益设置太低，目标回波可能被淹没在背景噪声中。 6.显示模式选择 使用光标在显示屏幕右上方菜单改变显示模式。 7.调出固定、活动距标圈 使用VRM面板可以改变活动距标圈，改变距标圈的时候注意观察显示屏上的相关读数的改变。 8.调电子方位线 使用EBL面板，转动测方位旋钮可以改变电子方位线的方位，注意观察显示屏的相关读数的变化。
雷达测距、测角、测速基本原理
雷达测距、测角、测速基本原理 目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统. 目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。 如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下: D=RcosB H=RsinB a=a 上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。 现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。 脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。
哈工大雷达系统仿真实验报告
雷达系统仿真 实验报告 姓名：黄晓明 学号： 班级：1305203 指导教师：谢俊好 院系：电信学院
实验一杂波和色噪声的产生—高斯谱相关对数正态随机序列的产生 1、实验目的 给定功率谱（相关函数）和概率分布，通过计算机产生该随机过程，并估计该过程的实际功率谱和概率分布以验证产生方法的有效性。 2、实验原理 1）高斯白噪声的产生 2 2 2 (x) f(x) μ σ - - = 、 2 2 2 (z) x F(x)dz μ σ - - =? 均值：μ为位置参数、方差：2 σ、均方差：σ为比例参数。 若给定01 X~N(,) '，则2 X X~N(,) μσμσ ' =+。 MATLAB中对应函数normrnd(mu,sigma,m,n)，调用基本函数01 randn(m,n)~N(,)产生标准正态分布。 标准正态分布的产生方法有舍选抽样法、推广的舍选抽样法、变换法、极法、查表法等，其中变换法的优点是精度高，极法运算速度较变换法快10~30％，查表法速度快。 (1)反变换法、反函数有理逼近法 令0.5, t r x =-= () 2 012 23 123 0,1 1 a a x a x X signt x N b x b x b x ++ ?? =- ? +++ ?? 式中 2.515517 a=， 1 0.802833 a=， 2 0.010328 a=， 1 1.432788 b=， 2 0.189269 b=，3 0.001308 b=。用这一方法进行抽样，误差小于10-4。 (2)叠加法 根据中心极限定理有：先产生I组相互独立的01 [,]上均匀分布随机数，令 1 I i i Y r = =∑，则当N较大时212 Y~N(I,I)。一般可取12 I=，则601 Y~N(,) - (3)变换对法(Box-Muller method)