關於雷達分辨力


時延1秒-1毫秒-1微秒
1微秒=150m


雷達分辨能力 radar resolution
脈沖雷達的分辨能力分為距離分辨力、角度分辨力和速度分辨力以及聯合分辨力

1:距離分辨力
測距精度和脈沖寬度有關
脈沖越窄,回波脈沖寬度越窄,波門測量誤差越小,因此測距精度(分辨率)越高性能越好,

【這里的兩個概念,一個是脈沖寬度,一個是脈沖帶寬,可以想象,窄脈沖是指相同時間內,放了很多窄正弦波,這樣信息就豐富了,脈沖帶寬應該是指相同時間內,放了多少個正弦波的數量(振動的次數)。】--純粹的瞎想,不知道是否正確。


雷達在距離上區分鄰近目標的能力,通常以最小可分辨的距離間隔來度量。雷達距離分辨力約為c/(2B)。c為光速;B為雷達信號帶寬
雷達脈沖寬度若為1微秒,在無脈內調制時信號帶寬為1兆赫,則距離分辨力約150米;有100兆赫的脈內調頻時,信號帶寬相應增大為100兆赫,則距離分辨力約為1.5米。
100M Hz = 分辨力1.5米
3GHz = 分辨力0.1米

補充:
3cm電磁波的火控雷達出現后,3cm波長的電磁波被稱為X波段
1.5cm K波段 可以被水蒸氣強烈吸收,不能工作在雨中,Ka,即英語K-above的縮寫,意為在K波段之上)和略短(Ku,即英語K-under的縮寫,意為在K波段之下)的波段。
雷達波段對探測目標的影響,主要考慮大氣衰減。
大氣中的水蒸氣和氧是電磁波衰減的主要原因,當電磁波頻率小於1GHz時,大氣衰減可忽略。
水蒸氣引起的衰減峰值為22.24GHz(K波段),184GHz。
氧氣引起的衰減峰值60GHz(V波段),118GHz。
總的變化趨勢是,頻率越高,傳輸損耗受天氣影響越大。

2:角度分辨力
雷達的角度分辨力取決於雷達的工作波長λ和天線口徑尺寸L,約為λ/(2L)。
例如,一部工作在5厘米波長、天線口徑為1.5米的雷達,其角度分辨力約為1°。
雷達的角度分辨力取決於天線的波束寬度。普通雷達的角度分辨力為度的量級,毫米波雷達或激光雷達可達到毫弧度量級或更高。
采用合成孔徑雷達,可以避免天線口徑的限制。

3:速度分辨力
雷達的速度分辨力取決於雷達工作波長λ 和相干信號處理器的積累時間T,約為λ/(2T)。例如, 一部工作在5厘米波長的雷達,相干積累時間為 250毫秒,則速度分辨力約為0.1米/秒。

多普勒效應:

雷達根據自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應,雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同,兩者的差值為多普勒頻率。

 

脈沖壓縮可以實現雙贏,保持了窄脈沖的高距離分辨力,又能獲得寬脈沖的強檢測能力。但是缺點是丟失強度?想象一下,股市里的K線,拖動時間軸從日線變月線,那個線是不是越緊湊,

但是峰值越高了,如果上限是固定的,那么峰就會被抹掉,造成所謂的強度丟失?純粹的臆想。

還有一個問題是能量分布變窄,假象一下把一張圖片給壓縮了,

是不是變形了失真了?有點像把一個大文件給壓縮打包,快速傳輸后又解壓。信息編碼是無損失的,雷達波的壓縮是有損失的(應該)

 

(轉)脈沖壓縮技術在雷達信號處理中的應用

1.1 脈沖壓縮的定義
脈沖壓縮即pulse compression,它是指發射寬編碼脈沖並對回波進行處理以獲得窄脈沖,因此脈沖壓縮雷達既保持了窄脈沖的高距離分辨力,又能獲得寬脈沖的強檢測能力。
1.2脈沖壓縮的主要手段
目前的脈沖壓縮的手段主要有線性調頻、非線性調頻與相位編碼等。
1)線性調頻
是最簡單的脈沖壓縮信號,容易產生,而且其壓縮脈沖形狀和信噪比對多普勒頻移不敏感,因而得到了廣泛的應用,但是,在利用多普勒頻率測量目標方位和距離的情況下很少使用;
2)非線性調頻
非線性調頻具有幾個明顯的優點,不需要對時間和頻率加權,但是系統復雜。為了達到所需的旁瓣電平,需要對每個幅度頻譜分別進行調頻設計,因而在實際中很少應用;
3)相位編碼
相位編碼波形不同於調頻波形,它將寬脈沖分為許多短的子脈沖。這些子脈沖寬度相等,其相位通過編碼后被發射。根據所選編碼的類型,包括巴克碼、偽隨機序列編碼以及多項制編碼等。
1.3脈沖壓縮的產生背景
隨着飛行技術的飛速發展,對雷達的作用距離、分辨能力、測量精度和單值性等性能指標提出越來越高的要求。測距精度和距離分辨力對信號形式的要求是一致的,主要取決於信號的頻率結構,為了提高測距精度和距離分辨力,要求信號具有大的帶寬。而測速精度和速度分辨力則取決於信號的時域結構,為了提高測速精度和速度分辨力,要求信號具有大的時寬。除此之外,為提高雷達系統的發現能力,要求信號具有大的能量。由此可見,為了提高雷達系統的發現能力、測量精度和分辨能力,要求雷達信號具有大的時寬、帶寬、能量乘積。但是,在系統的發射和饋電設備峰值功率受限制的情況下,大的信號能量只能靠加大信號的時寬來得到。測距精度和距離分辨力同測速精度和速度分辨力以及作用距離之間存在着不可調和的矛盾。於是在匹配濾波器理論指導下,人們提出了脈沖壓縮的概念。
由於發射機效率的限制,雷達真正采用的脈壓信號是由調頻和相位編碼產生的,其中以線性調頻和二相編碼信號的研究與應用最為廣泛。
二.線性調頻信號(LFM)
脈沖壓縮雷達最常見的調制信號是線性調頻(Linear Frequency Modulation)信號,接收時采用匹配濾波器(Matched Filter)壓縮脈沖。
LFM信號的數學表達式,式中為載波頻率,為矩形信號。是調頻斜率,於是,信號的瞬時頻率為。
圖 典型的LFM信號(a)up-LFM(K>0)(b)down-LFM(K<0)
將(1)式中的up-LFM(信號重寫 式中,是信號s(t)的復包絡。由傅立葉變換性質,S(t)與s(t)具有相同的幅頻特性,只是中心頻率不同而以,因此,Matlab仿真時,只需考慮S(t)。由Matlab程序產生信號,並作出其時域波形和幅頻特性。
由此可以得到關於線性調頻脈沖信號頻率特性的兩個重要結論:
(1)在滿足大時寬帶寬積的條件下, 線性調頻脈沖信號的振幅譜接近矩形函數, 頻譜寬度近似等於信號的調頻變化范圍B, 與時寬無關。
(2)在滿足大時寬帶寬積的條件下, 線性調頻脈沖信的相位譜具有平方律特性。
以上兩點是設計匹配濾波器,進行脈沖壓縮處理的主要依據。
注:匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測信號的最佳線性濾波器,其輸出信噪比在某個時刻可以達到最大,它是對線性調頻信號進行脈沖壓縮的主要手段。

三.對脈沖壓縮信號的仿真
結合以上分析,用Matlab仿真雷達發射信號,回波信號,和壓縮后的信號的復包絡特性,其載頻不予考慮(實際中需加調制和正交解調環節),仿真信號與系統模型如圖3。
仿真程序模擬產生理想點目標的回波,並采用頻域相關方法(以便利用FFT)實現脈沖壓縮,得到仿真圖。
對比圖可以看出,采用脈沖壓縮后,在接收機的接收端信噪比有了明顯的改善,進而可以在滿足分辨率的基礎上,提高雷達的作用距離。
四.結語
脈沖壓縮技術是大時寬帶寬乘積信號經過匹配濾波器實現的, 不同的信號形式有不同的壓縮性能, 其中線性調頻脈沖信號的諸多優點使其稱為脈沖壓縮信號的首選,它也是最早、應用最廣泛的脈沖壓縮信號。脈沖壓縮技術能在雷達發射功率受限的情況下, 提高目標的探測距離, 並且保持很高的分辨力, 是雷達反隱身、多目標分辨、抗干擾的重要手段, 在目前的雷達信號系統中有着廣泛的應用。
參考文獻
[1]丁鷺飛,耿富錄·雷達原理(第三版)·西安:西安電子科技大學出版社,2006.
[2]樓順天,姚若玉,沈俊霞·MATLAB程序設計語言·西安:西安電子科技大學西電出版社,2007.
[3]元春,蘇廣州,米紅·寬帶雷達信號產生技術[M]·北京:國防工業出版社,2002.
附 錄
線性調頻信號的時域波形和幅頻特性的matlab仿真程序
T=10e-6; %pulse duration10us
B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz
K=B/T; %chirp slope
Fs=2B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing
N=T/Ts;
t=linspace(-T/2,T/2,N);
St=exp(j
piKt.^2); %generate chirp signal
subplot(211)
plot(t1e6,real(St));
xlabel(‘時間/us’);
title(‘LFM的時域波形’);
grid on;axis tight;
subplot(212)
freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);
plot(freq
1e-6,fftshift(abs(fft(St))));
xlabel(‘頻率/MHz’);
title(‘LFM的頻域特性’);
grid on;axis tight;

 

關於紫外線

殺菌:

紫外線殺菌燈產生臭氧的原因是由於波長 200nm 以下的短波長紫外線能分解O₂分子,生成的 O*與O₂結合產生臭氧O₃。具體的反應過程如下。

3O₂+hv=2O₃,其中hv為合適的波長能量。

利用紫外線照射,使菌體蛋白發生光解、變性,菌體的氨基酸、核酸、酶遭到破壞死亡。同時紫外線通過空氣時,使空氣中的氧電離產生臭氧,加強了殺菌作用。

紫外線是陽光中波長為10~400納米(nm)的光線,可以分為UVA(紫外線A,波長320~400納米,長波)、UVB(波長280~320納米,中波)、UVC(波長100~280納米,短波)3種。

只有當紫外線的波長不大於200nm時,才能被空氣中的O₂吸收,從而發生反應生成O₃,臭氧對254nm波長的紫外光具有強烈的吸收作用,臭氧又分解為原子氧和氧氣。

 

清潔:

紫外線燈光清洗技術是利用有機化合物的光敏氧化作用達到去除黏附在材料表面上的有機物質,經過光清洗后的材料表面可以達到"原子清潔度"。

UV光源發射波長為185nm和254nm的光波,具有很高的能量,當這些光子作用到被清洗物體表面時,由於大多數碳氫化合物對185nm波長的紫外光具有較強的吸收能力,並在吸收185nm波長的紫外光的能量后分解成離子、游離態原子、受激分子和中子,這就是所謂光敏作用。

 

紫外線產生:

紫外線光源絕大多數是汞弧燈(即通稱的紫外燈或汞燈)。汞弧燈是封裝有汞的、兩端有電極的透明石英管,通電加熱燈絲時,管內的汞蒸氣受到激發躍遷至激發態,由激發態回到基態時即發射紫外光。視管內汞蒸氣壓力的不同,所發射的紫外線光也具有不同的光譜,可分為3類。

低壓汞燈:汞蒸氣壓力為10~100Pa,功率較小,一般只有幾十瓦,254nm,壽命200~400h

中壓汞燈:汞蒸氣壓力為105kPa (約為1大氣壓),發射的譜線波長范圍較寬並有重疊,在紫外區其主要發射波長為365nm,其次是313nm,303nm,壽命為1000~1500h

高壓汞燈:汞蒸氣壓力為105~106Pa,即1~10大氣壓。它可提供最強的紫外和可見光,其輸出功率可達普通中壓汞燈的十倍,工作時其電極溫度可達2000°C,而燈管溫度則可達600°C,因此需要加以冷卻,燈的功率與冷卻效率有關。高壓汞燈的使用壽命較短,約75~100h

高壓汞燈:我國習慣上稱之為超高壓汞燈,汞蒸氣壓力為105~106Pa,即1~10大氣壓。它可提供最強的紫外和可見光,其輸出功率可達普通中壓汞燈的十倍,工作時其電極溫度可達2000°C,而燈管溫度則可達600°C,因此需要加以冷卻,燈的功率與冷卻效率有關。高壓汞燈的使用壽命較短,約75~100h


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