信号类型(雷达)——连续波雷达(二)

本文深入探讨了连续波雷达的四种类型:单频、调频连续波、相位编码连续波和多频连续波雷达。通过对发射和接收信号波形的分析,阐述了各类雷达的测距测速原理,并通过仿真展示了信号处理过程和结果。内容涵盖波形特点、测距测速方法以及具体实现细节。

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信号类型(雷达+通信)

信号类型(雷达)——雷达波形认识(一)


文章目录

目录

一、连续波雷达信号

1.1 单频雷达信号

1.2 调频连续波雷达

1.3 相位编码连续波雷达

1.4 多频连续波雷达

总结


前言

       上一篇文章主要从雷达波形的角度重新认识雷达,这篇文章及之后的几篇文章将结合仿真简单介绍具体的雷达波形。


一、连续波雷达信号

1.1 单频雷达信号

波形特点:发射未经调制的单频点的连续波信号。

发射信号波形:

s\left ( t \right )=e^{j2\pi f_{c}t}

接收信号波形:

r\left ( t \right )=s\left ( t-\frac{2R\left ( t \right )}{c} \right )

其中

R\left ( t \right )=R_{0}+vt

混频得到差频信号,即多普勒信号:

r_{d}\left ( t \right )=r\left ( t \right )s^{*}\left ( t \right )=e^{-j2\pi f_{c}\frac{2R\left ( t \right )}{c}}

为了更好的显示目标运动对接收信号的影响,仿真参数设置为载频3.1KHz,采样率 100KHz,目标距离50e6m,速度1e8 m/s(参数在实际场景中几乎不出现,这里只是为了结果的更好展示进行的参数设置)。

收发信号以及混频后信号实部如下:

测速结果如下:

1.2 调频连续波雷达

包括非线性调频连续波雷达和线性调频连续波雷达,以线性调频率波雷达为例,波形特点:发射信号频率随时间周期性的线性变化。测距测速原理原理:根据收发信号的频率差进行测距,根据多普勒频率进行测速。

发射信号波形:

s\left ( t \right )=e^{j2\pi f_{c}t+j\pi K t}

接收信号波形:

 r\left ( t \right )=s\left ( t-\frac{2R\left ( t \right )}{c} \right )

其中

R\left ( t \right )=R_{0}+vt

 混频得到差频信号,即多普勒信号:

r_{d}\left ( t \right )=r\left ( t \right )s^{*}\left ( t \right )=e^{-j2\pi f_{c}\frac{2R\left ( t \right )}{c}}e^{-j2\pi K\frac{2R\left ( t \right )}{c}t+j\phi }

为了说明测距原理,速度设置为0,仿真参数设置为载频3 GHz,采样率 100KHz,目标距离200e6m,时长4ms,调频率1 MHz/s,收发信号以及混频后信号实部如下

 测距结果如下:

        从混频后的表达式可以看出,距离和速度都会对差频产生影响。一种解决思路是,利用中心频点的变化(即多普勒频率)测速,再将速度的影响从调频连续波雷达中去除,设置调频率5 MHz/s,速度为1000 m/s,时频图如下,可以通过中心频点变化值估计多普勒频率,并由此得到速度估值。

       另一种方法是利用信号的IQ两路进行估计,根据正频率与负频率的匹配的两个时间的和与差得到距离与速度的估计。

1.3 相位编码连续波雷达

波形特点:发射信号的相位由周期性变化的编码子脉冲序列进行调制。测距测速原理:根据收发信号的相位变化的起始时间之差测距,根据多普勒频率测速。

发射信号波形:

s\left ( t \right )=e^{j2\pi f_{c}t+j\phi \left ( t \right )},0<t<T

其中

\phi \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} 0 & 0<t<T/2\\ \pi & T/2<t<T \end{matrix}\right.
 

接收信号波形:

  r\left ( t \right )=s\left ( t-\frac{2R\left ( t \right )}{c} \right )

其中

R\left ( t \right )=R_{0}+vt

发射信号相位变化起始位置

d\phi \left ( t \right )=\phi_{1} \left ( t-dt/2 \right )-\phi_{1} \left ( t+dt/2 \right )=\phi _{11}+\delta \left ( T/2 \right )

其中

\phi _{1}\left ( t \right )=2\pi f_{c}t+\phi \left ( t \right )

接收信号相位变化起始位置

d_{2}\phi \left ( t \right )=\phi_{2} \left ( t-dt/2 \right )-\phi_{2} \left ( t+dt/2 \right )=\delta \left ( T/2+\frac{2R_{0}}{c} \right )

其中

\phi _{2}\left ( t \right )=2\pi f_{c}\left (t- \frac{2R\left ( t \right )}{c}\right )+\phi \left ( t- \frac{2R\left ( t \right )}{c}\right )

 由此,通过收发相位变化的时间差得到目标距离。

混频得到差频信号,即多普勒信号:

 r_{d}\left ( t \right )=r\left ( t \right )s^{*}\left ( t \right )=e^{-j2\pi f_{c}\frac{2R\left ( t \right )}{c}}

仿真参数设置为载频3 GHz,采样率 300KHz,目标距离50 km,速度1000 m/s,时长1 s,测距

 根据时延得到距离估计值为 50km

 测速如下:

1.4 多频连续波雷达

波形特点:发射信号具有两个以上的载频。测距测速原理:根据不同频率的回波信号相位差进行测距,根据多普勒频率进行测速。以两频点为例:

发射信号波形:

s_{i}\left ( t \right )=e^{j2\pi f_{i}t+j\phi _{i}},i=1,2

接收信号波形:

r_{i}\left ( t \right )=s_{i}\left ( t-\frac{2R\left ( t \right )}{c} \right )

其中

 R\left ( t \right )=R_{0}+vt

混频得到差频信号,即多普勒信号:

rd_{i}\left ( t \right )=r_{i}\left ( t \right )s_{i}^{*}\left ( t \right )=e^{-j2\pi f_{i}\frac{2R\left ( t \right )}{c}}

相位差分得到:

y=rd_{2}\left ( t \right )rd_{1}^{*}\left ( t \right )=e^{-j2\pi \Delta f\frac{2R\left ( t \right )}{c}}

其中

\Delta f=f_{2}-f_{1}

相位差:

距离历程:

零时刻距离50km,速度1000m/s,与设置的值一致。

代码见:《雷达领域+波形设计+连续波雷达体制


总结

本文对连续波雷达进行了简单的介绍。 转载请附链接【杨(_> <_)】的博客_优快云博客-信号处理,SAR,代码实现领域博主

一、雷达工作原理简述 雷达为英文Rader一词的译音,来源于词组Radio Detection and Ranging,意为无线电监测与定位,即雷达是利用无线电方法来发现目标并测定目标位置参数的一种电子系统。雷达种类繁多,以下是雷达的一种分类方法:   1) 监视雷达: 一次监视雷达 次监视雷达 场面监视雷达 海上监视雷达 远程监视雷达   2)气象雷达: 地面气象雷达 机载气象雷达 3)测速雷达 4)测高雷达 5)着陆雷达 6)军用雷达 下面以脉冲雷达为例,说明雷达探测目标的基本原理。   雷达是通过目标对雷达波的反射来探测目标并进而确定目标的位置及其他性质的。具有一定反射面积的金属物体能够有效的反射雷达天线所辐射的电磁波,这就是雷达发现目标的基本原理。   物体对电磁波的反射能力的影响因素: 物体本身的物理性质(导电性质)、形状、反射面积 电磁波的频率,、入射角度等因素。   探测范围 探测范围指雷达正常工作的感应范围,即雷达能够探测到在此范围以内的所有物体运动从而产生报警状态。   探测距离 雷达在正常工作下所能探测到的最远距离,雷达分为四档;分别是2-3m、3-4m、5-6m、6-8m。   发射距离 报警系统中无线器件在被触发后将无线报警信号以电磁波的形式发射出去的最远距离,雷达在空旷地带为100M。   发射频率 电磁波发射的频率用HZ计算,国家电磁波管理委员会规定的公用波段频率315/433MHZ
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