雷达原理
指导教师：杨秀丽
作者：钟天华
单位：成都信息工程学院 电子系
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JHLIJHLILILI
第六章
目标距离的测量
? 第一节 脉冲法测距
? 第二节 调频法测距
? 第三节 距离跟踪原理
? 第四节 数字式自动测距器
JHLIJHLILILI
§ 6.1 脉冲法测距
? 测量目标的距离是雷达的基本任务之一。无线电波在
均匀介质中以固定的速度直线传播。教材图 6.1中，雷
达位于 A点，而在 B点有一目标，则目标至雷达站的距
离 R可以通过测量电波往返一次所需要的时间 tr得到
? tr=2R/c
? R=1/2c tr
? 而时间也就是回波相对于发射信号的延迟，因此，目
标距离测量就是要精确测定延迟时间 tr。根据雷达发
射信号的不同，测定延迟时间常采用脉冲法、频率法。
JHLIJHLILILI
现代雷达常常采用电子设备自动的
测读回波到达的延迟时间 tr。
?有两种定义回波到达时间 tr的方法，一种是以
目标回波脉冲的前沿作为它的到达时刻；另一
种是以回波脉冲的中心作为它的到达时刻，对
于通常碰到的点目标来讲，二种定义所得到的
距离数据只相差一个固定值，可以通过距离校
零予以消除。
JHLIJHLILILI
雷达在测量目标距离时，不可避免的回产生
误差，它从数量上说明了测距精度，是雷达
站的主要参数之一。
?测距误差为：
?式中 ΔC为电波传播速度平均值的误差；
? ΔtR为测量目标回波延迟时间的误差
?测距误差由电波传播速度 c的变化 ΔC以及测时
误差 ΔtR 两部分组成。
JHLIJHLILILI
误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类
? 系统误差是指在测距时，
系统各部分对信号的固
定延时所造成的误差，
系统误差以多次测量的
平均值与被测距离真实
值之差来表示。
? 随机误差是指因某种偶
然因素引起的测距误差，
所以又称偶然误差。凡
属设备本身工作不稳定
性造成的随机误差称为
设备误差,凡属系统以外
的各种偶然因素引起的
误差称为外界误差,
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主要的随机误差,1.电波传播速度
变化产生的误差 ； 2.因大气折射
引起的误差 ； 3.测读方法的误差
? 距离分辨力是指同一方
向上两个大小相等点目
标之间最小可区分距离。
在显示器上测距时，分
辨力主要取决于回波的
脉冲宽度 г，同时也和光
点直径 d所代表的距离有
关。
? 判距离模糊的方法,
? 1多种重复频率判模糊
? 2“舍脉冲”法判模糊
?
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§ 6.2 调频法测距
? 调频连续波雷达的组成方框如图 6.7所示。发射机产生
连续高频等幅波，其频率在时间上按三角形规律或按
正弦规律变化，目标回波和发射机直接耦合过来的信
号加到接收机混频器内。在无线电波传播到目标并返
回天线的这段时间内，发射机频率较之回波频率已有
了变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。后
者经放大、限幅后加到频率计上。由于差频电压的频
率与目标的距离有关，所以频率计上的刻度可以直接
采用距离长度作为单位。
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脉冲调频测距
?脉冲法测距时由于重复频率高会产生测距模糊，
为了判别模糊，必须对周期发射的脉冲信号加
上某些可识别的“标志”，调频脉冲串也是可
用的一种方法。图 6.12（ a）就是脉冲调频测距
的原理框图。
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§ 6.3 距离跟踪原理
?测距时需要对目标距离作连
续的测量，称为距离跟踪。
?距离跟踪方法分类：
? 人工距离跟踪，
? 自动距离跟踪
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一 人工距离跟踪
（手动调整距标对准回波方法）
?
?人工距离跟踪方法分类：
? 1 锯齿电压波法
? 2 相位调制法
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1,锯齿电压波法
操作过程：手动旋转雷达终端上的距标旋
转盘 （ 实际上是一个电位器调节端子 ）,
调节电位器电阻, 改变电位器上的电压降
,就是改变输出比较电压 Ep的大小, Ep的
改变就导致了延迟脉冲出现时刻的左右移
动, 通过移动延迟脉冲使其对准回波, 从
而实现距离的跟踪 。
缺点：受锯齿波电压的线性度、比较电压
Ep不稳的影响，精度不高。
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Ep
Ec
距标旋转盘
Ep
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触发
脉冲
比
较
器
比较
电压
Ep
① ② ③
锯齿
电压
产 生
器
脉
冲
产
生
器
延迟
脉冲
JHLIJHLILILI
Ep
Eo
①
②
③
t
t
t
tx
tp
JHLIJHLILILI
2 相位调制法
特点：精度高于锯齿电压波法
来
自
距
标
转
盘
的
机
械
电
压
信
号
正弦振荡器
放大, 限
幅, 微分
正向削波
移相电路
脉 冲 产 生
器
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二 自动距离跟踪
?自动距离跟踪：
?系统的电移动距标
自动地跟踪目标并
连续地给出目标距
离数据
?自动距离跟踪系统
包括
? 搜索
? 捕获
? 自动跟踪
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时间鉴别器 控 制 器
跟踪脉冲
产 生 器
u=f(ue)
ue=k1(t-t’)
t’t
来自接收
机的回波
脉冲
自动距离跟踪简化方框图
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下面分别讨论自动距离跟踪
系统的三个组成部分
?1：时间鉴别器
? 用途：比较回波信号与跟踪脉冲之
间延迟时间差 t=t-t’,并将 t
转换成与它成比例的误差电压 Ue.
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⑩
⑨
⑧
⑦
⑥
⑤
④
④
③
③
②
①
回波
跟踪脉冲
前 波 门
形成电路
前 选 通
放 大 器
积分电路
1
延迟电路 回波脉冲
处理电路
比较电路
后 波 门
形成电路
后 选 通
放 大 器
积分电路
2
时 间 鉴 别 器 框 图
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①
④
⑥
②
③
⑤
⑦
⑧
⑨
⑩
时 间 鉴 别 器
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?2：控制器
?
? 用途：将误差信号 ue进行加
工变换后, 输出去控制跟踪波门移
动, 即改变时延 t’,使其朝减小 ue
的方向移动, 即使 t’趋向于 t 。
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设控制器输出为电压信号, 用 E表示,
则控制器输出与输入关系表示为
分析上式输入输出函数可能是什么样
的函数形式, 即可能由什么样的电路
来实现？
)( eufE ?
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（ 1）简单情况，输出与输入间呈线性关系，即
当用锯齿电压波法产生移动距标时，
比较电压 Ep和移动距标延迟时间之间
具有线性关系，
即用 E去做锯齿电压波发 2的比较电压时，
下式成立：
)(),( '1'212 ttKuttKKuKE ee ????? ?
EKt 3' ?
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所以
显然, 当 K1K2K3为常数时, 不可能
做到 t = t’。 因为, 从上式分析到, 一
旦 t’跟上了 t,那么 t’ 就马上又回到了
零 。 所以 t’就永远也跟不上 t 。
)( '321' ttKKKt ??
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（ 2） 控制器采用积分元件, 控制器输入
输出间呈现积分关系, 即
其它仍如上面第一种简单情况所用, 则得
?? dtuE eT1
? ?? dtttt T
KK )( '' 31
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如果用目标距离 R和跟踪脉冲所对应的距
离 R’代入上式, 得到
显然, 用一次积分记忆环节作控制器可以实现
加工误差信号的要求 。
? ?? dtRRR T KK )'(' 31
RRR T KKT KKdtdR ???? 3131 )'('
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3 跟踪脉冲产生器
用途：根据控制器输出的控制信号,
产生所需延迟时间 t’跟踪脉冲 。
跟踪脉冲：就是人工测距时的点
移动距标 。
所以, 将人工距离跟踪时的点移
动距标产生器拿来作跟踪脉冲产生器就
是 。
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§ 6.4 数字式自动测距器
?优点：与模拟式自动测距器相比, 数字式
自动测距器具有以下优点
?（ 1） 跟踪精度高；而且精度与跟踪距离无
关；
?（ 2） 响应速度快；适合于跟踪快速目标；
?（ 3） 工作可靠；
?（ 4） 系统便于集成化；
?（ 5） 方便与数据处理系统接口；输出数据
为二进制码
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?工作原理：与模拟式自动测距器
基本工作原理相同 。
?系统组成：时间鉴别器, 控制器,
跟踪脉冲产生器 。
?特点：同样功能部件, 实现技术
手段不同 。 主要用数字电路 。
?
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,一 数字式测距的基本原理
测距任务：
测量回波信号相对于
发射脉冲的延迟时间。
数字式测距时间量的表示：
二进制数码
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3
2
1计 数 脉
冲产 生
器
与
门
距 离
计 数
器
0 1
T
Q S
与
门
与
门
回波
脉冲
发射
脉冲
读数
控制
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3
2
1
回波脉冲发射脉冲
t
t
t
t
tr
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?设计数脉冲产生器的输出脉冲频率为 f,重复
周期为 T ( T = 1 / f ),根据距离计数器所计
数据 n, 就可计算出回波相对于发射脉冲的
延迟时间：
?
所以目标距离为
nTt R ?
n
f
c
c n TctR R
22
1
2
1
???
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?若需要读出多个目标的距离,
?则控制触发器置, 0”的脉冲
?应在相应的雷达的最大作
?用距离 Rmax以后产生, 各
?个目标距离数据的读出依靠
?回波不同的延迟时间去控制
?读数控制门, 读出的距离数据
?分别送到相应的距离寄存器中 。
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?
? 一 数字式自动跟踪
? 下面讨论数字式距离
? 自动跟踪三个组成部
? 分的组成及工作原理 。
?
? 1 时间鉴别器（距离比较器）
?
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视
频
回
波
后波门
前波门
重合
电 路
重合
电 路
恒流
放电
电 路
恒流放
电 电
路
相
减
器
与 门
时 钟
误
差
计
数
器
符
号
位
误
差
寄
存
器
符
号
控
制
指导教师：杨秀丽
作者：钟天华
单位：成都信息工程学院 电子系
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第六章
目标距离的测量
? 第一节 脉冲法测距
? 第二节 调频法测距
? 第三节 距离跟踪原理
? 第四节 数字式自动测距器
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§ 6.1 脉冲法测距
? 测量目标的距离是雷达的基本任务之一。无线电波在
均匀介质中以固定的速度直线传播。教材图 6.1中，雷
达位于 A点，而在 B点有一目标，则目标至雷达站的距
离 R可以通过测量电波往返一次所需要的时间 tr得到
? tr=2R/c
? R=1/2c tr
? 而时间也就是回波相对于发射信号的延迟，因此，目
标距离测量就是要精确测定延迟时间 tr。根据雷达发
射信号的不同，测定延迟时间常采用脉冲法、频率法。
JHLIJHLILILI
现代雷达常常采用电子设备自动的
测读回波到达的延迟时间 tr。
?有两种定义回波到达时间 tr的方法，一种是以
目标回波脉冲的前沿作为它的到达时刻；另一
种是以回波脉冲的中心作为它的到达时刻，对
于通常碰到的点目标来讲，二种定义所得到的
距离数据只相差一个固定值，可以通过距离校
零予以消除。
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雷达在测量目标距离时，不可避免的回产生
误差，它从数量上说明了测距精度，是雷达
站的主要参数之一。
?测距误差为：
?式中 ΔC为电波传播速度平均值的误差；
? ΔtR为测量目标回波延迟时间的误差
?测距误差由电波传播速度 c的变化 ΔC以及测时
误差 ΔtR 两部分组成。
JHLIJHLILILI
误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类
? 系统误差是指在测距时，
系统各部分对信号的固
定延时所造成的误差，
系统误差以多次测量的
平均值与被测距离真实
值之差来表示。
? 随机误差是指因某种偶
然因素引起的测距误差，
所以又称偶然误差。凡
属设备本身工作不稳定
性造成的随机误差称为
设备误差,凡属系统以外
的各种偶然因素引起的
误差称为外界误差,
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主要的随机误差,1.电波传播速度
变化产生的误差 ； 2.因大气折射
引起的误差 ； 3.测读方法的误差
? 距离分辨力是指同一方
向上两个大小相等点目
标之间最小可区分距离。
在显示器上测距时，分
辨力主要取决于回波的
脉冲宽度 г，同时也和光
点直径 d所代表的距离有
关。
? 判距离模糊的方法,
? 1多种重复频率判模糊
? 2“舍脉冲”法判模糊
?
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§ 6.2 调频法测距
? 调频连续波雷达的组成方框如图 6.7所示。发射机产生
连续高频等幅波，其频率在时间上按三角形规律或按
正弦规律变化，目标回波和发射机直接耦合过来的信
号加到接收机混频器内。在无线电波传播到目标并返
回天线的这段时间内，发射机频率较之回波频率已有
了变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。后
者经放大、限幅后加到频率计上。由于差频电压的频
率与目标的距离有关，所以频率计上的刻度可以直接
采用距离长度作为单位。
JHLIJHLILILI
脉冲调频测距
?脉冲法测距时由于重复频率高会产生测距模糊，
为了判别模糊，必须对周期发射的脉冲信号加
上某些可识别的“标志”，调频脉冲串也是可
用的一种方法。图 6.12（ a）就是脉冲调频测距
的原理框图。
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§ 6.3 距离跟踪原理
?测距时需要对目标距离作连
续的测量，称为距离跟踪。
?距离跟踪方法分类：
? 人工距离跟踪，
? 自动距离跟踪
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一 人工距离跟踪
（手动调整距标对准回波方法）
?
?人工距离跟踪方法分类：
? 1 锯齿电压波法
? 2 相位调制法
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1,锯齿电压波法
操作过程：手动旋转雷达终端上的距标旋
转盘 （ 实际上是一个电位器调节端子 ）,
调节电位器电阻, 改变电位器上的电压降
,就是改变输出比较电压 Ep的大小, Ep的
改变就导致了延迟脉冲出现时刻的左右移
动, 通过移动延迟脉冲使其对准回波, 从
而实现距离的跟踪 。
缺点：受锯齿波电压的线性度、比较电压
Ep不稳的影响，精度不高。
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Ep
Ec
距标旋转盘
Ep
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触发
脉冲
比
较
器
比较
电压
Ep
① ② ③
锯齿
电压
产 生
器
脉
冲
产
生
器
延迟
脉冲
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Ep
Eo
①
②
③
t
t
t
tx
tp
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2 相位调制法
特点：精度高于锯齿电压波法
来
自
距
标
转
盘
的
机
械
电
压
信
号
正弦振荡器
放大, 限
幅, 微分
正向削波
移相电路
脉 冲 产 生
器
JHLIJHLILILI
二 自动距离跟踪
?自动距离跟踪：
?系统的电移动距标
自动地跟踪目标并
连续地给出目标距
离数据
?自动距离跟踪系统
包括
? 搜索
? 捕获
? 自动跟踪
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时间鉴别器 控 制 器
跟踪脉冲
产 生 器
u=f(ue)
ue=k1(t-t’)
t’t
来自接收
机的回波
脉冲
自动距离跟踪简化方框图
JHLIJHLILILI
下面分别讨论自动距离跟踪
系统的三个组成部分
?1：时间鉴别器
? 用途：比较回波信号与跟踪脉冲之
间延迟时间差 t=t-t’,并将 t
转换成与它成比例的误差电压 Ue.
JHLIJHLILILI
⑩
⑨
⑧
⑦
⑥
⑤
④
④
③
③
②
①
回波
跟踪脉冲
前 波 门
形成电路
前 选 通
放 大 器
积分电路
1
延迟电路 回波脉冲
处理电路
比较电路
后 波 门
形成电路
后 选 通
放 大 器
积分电路
2
时 间 鉴 别 器 框 图
JHLIJHLILILI
①
④
⑥
②
③
⑤
⑦
⑧
⑨
⑩
时 间 鉴 别 器
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?2：控制器
?
? 用途：将误差信号 ue进行加
工变换后, 输出去控制跟踪波门移
动, 即改变时延 t’,使其朝减小 ue
的方向移动, 即使 t’趋向于 t 。
JHLIJHLILILI
设控制器输出为电压信号, 用 E表示,
则控制器输出与输入关系表示为
分析上式输入输出函数可能是什么样
的函数形式, 即可能由什么样的电路
来实现？
)( eufE ?
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（ 1）简单情况，输出与输入间呈线性关系，即
当用锯齿电压波法产生移动距标时，
比较电压 Ep和移动距标延迟时间之间
具有线性关系，
即用 E去做锯齿电压波发 2的比较电压时，
下式成立：
)(),( '1'212 ttKuttKKuKE ee ????? ?
EKt 3' ?
JHLIJHLILILI
所以
显然, 当 K1K2K3为常数时, 不可能
做到 t = t’。 因为, 从上式分析到, 一
旦 t’跟上了 t,那么 t’ 就马上又回到了
零 。 所以 t’就永远也跟不上 t 。
)( '321' ttKKKt ??
JHLIJHLILILI
（ 2） 控制器采用积分元件, 控制器输入
输出间呈现积分关系, 即
其它仍如上面第一种简单情况所用, 则得
?? dtuE eT1
? ?? dtttt T
KK )( '' 31
JHLIJHLILILI
如果用目标距离 R和跟踪脉冲所对应的距
离 R’代入上式, 得到
显然, 用一次积分记忆环节作控制器可以实现
加工误差信号的要求 。
? ?? dtRRR T KK )'(' 31
RRR T KKT KKdtdR ???? 3131 )'('
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3 跟踪脉冲产生器
用途：根据控制器输出的控制信号,
产生所需延迟时间 t’跟踪脉冲 。
跟踪脉冲：就是人工测距时的点
移动距标 。
所以, 将人工距离跟踪时的点移
动距标产生器拿来作跟踪脉冲产生器就
是 。
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§ 6.4 数字式自动测距器
?优点：与模拟式自动测距器相比, 数字式
自动测距器具有以下优点
?（ 1） 跟踪精度高；而且精度与跟踪距离无
关；
?（ 2） 响应速度快；适合于跟踪快速目标；
?（ 3） 工作可靠；
?（ 4） 系统便于集成化；
?（ 5） 方便与数据处理系统接口；输出数据
为二进制码
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?工作原理：与模拟式自动测距器
基本工作原理相同 。
?系统组成：时间鉴别器, 控制器,
跟踪脉冲产生器 。
?特点：同样功能部件, 实现技术
手段不同 。 主要用数字电路 。
?
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,一 数字式测距的基本原理
测距任务：
测量回波信号相对于
发射脉冲的延迟时间。
数字式测距时间量的表示：
二进制数码
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3
2
1计 数 脉
冲产 生
器
与
门
距 离
计 数
器
0 1
T
Q S
与
门
与
门
回波
脉冲
发射
脉冲
读数
控制
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3
2
1
回波脉冲发射脉冲
t
t
t
t
tr
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?设计数脉冲产生器的输出脉冲频率为 f,重复
周期为 T ( T = 1 / f ),根据距离计数器所计
数据 n, 就可计算出回波相对于发射脉冲的
延迟时间：
?
所以目标距离为
nTt R ?
n
f
c
c n TctR R
22
1
2
1
???
JHLIJHLILILI
?若需要读出多个目标的距离,
?则控制触发器置, 0”的脉冲
?应在相应的雷达的最大作
?用距离 Rmax以后产生, 各
?个目标距离数据的读出依靠
?回波不同的延迟时间去控制
?读数控制门, 读出的距离数据
?分别送到相应的距离寄存器中 。
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?
? 一 数字式自动跟踪
? 下面讨论数字式距离
? 自动跟踪三个组成部
? 分的组成及工作原理 。
?
? 1 时间鉴别器（距离比较器）
?
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视
频
回
波
后波门
前波门
重合
电 路
重合
电 路
恒流
放电
电 路
恒流放
电 电
路
相
减
器
与 门
时 钟
误
差
计
数
器
符
号
位
误
差
寄
存
器
符
号
控
制
