第 3 章我连追了三个问题全部问到了 PD 雷达的物理本质上PRF 是什么测速测的是谁的速度为什么 PRF 越高测速越清晰核心一句话PRF 就是采样率——距离和速度一个要发得慢等回波一个要发得快采样密这对矛盾决定了低/中/高 PRF 三分天下。本系列导航00 开篇导师说「大概看看就行」我怎么啃《雷达系统》01 第1章 概述雷达的体检指标、生存之道与模糊函数02 第1章追问脉冲越窄越清晰、波长和分辨力的关系03 第2章 上门限检测、匹配滤波器与检波器04 第2章 下多脉冲积累、二进制积累与 CFAR05 第2章追问参量与非参量 CFAR06 第3章 上PD 雷达怎么在 90dB 地杂波里挑出敌机07 第3章追问PRF、径向速度与模糊矛盾本篇08 第4章 脉冲压缩宽发射、窄接收09 第5章 相控阵不用转动天线的电扫描10 第6章 合成孔径小天线怎么拍出高清地图11 第7章 特种雷达群英谱与全书串讲一、PRF 是什么雷达不是连续发射而是「发一个、等一会儿、再发一个」。PRFPulse Repetition Frequency脉冲重复频率 每秒发射多少个脉冲P R F 1 / T r PRF 1/T_rPRF1/Tr单位 Hz。低 PRF 几百几千 Hz高 PRF 可到几百 kHz。类比山谷里喊话听回声。喊一声等 5 秒再喊下一声你清楚知道回声是哪一声的每 0.5 秒喊一声上一声的回声没回来下一声已经出去回声全混了。二、PRF 决定什么两个公式最大不模糊距离回波必须在下一个脉冲发出前回来R m a x c 2 ⋅ P R F R_{max} \frac{c}{2 \cdot PRF}Rmax2⋅PRFcPRF 1 kHz → 150 kmPRF 200 kHz → 只有 750 米。最大不模糊速度多普勒频移不能超过 PRF/2v m a x λ ⋅ P R F 4 v_{max} \frac{\lambda \cdot PRF}{4}vmax4λ⋅PRF另外平均功率P a v P p e a k ⋅ τ ⋅ P R F P_{av} P_{peak} \cdot \tau \cdot PRFPavPpeak⋅τ⋅PRF——PRF 越高平均功率越大看得越远。三个量全被 PRF 一手掌控。三、测速测的是谁的速度答案目标相对于雷达的径向速度。「径向」 雷达与目标连线方向上的分量朝雷达飞为正远离为负横着飞为零为什么只有径向多普勒效应只对连线方向的运动敏感。类比救护车朝你开来警笛变尖远离变钝横着开过你面前时音调基本不变——径向速度为零公式f d 2 v r / λ f_d 2v_r/\lambdafd2vr/λ雷达测出频移反推径向速度。还有一个易错点测的是相对速度不是对地速度。载机 300 m/s 朝东、敌机 200 m/s 朝东雷达测到的是 −100 m/s在远离不是 200。就像在火车上看旁边更慢的火车「在倒退」。四、为什么 PRF 越高测速越清晰雷达发的是脉冲串频谱是一排间隔为 PRF 的离散谱线多普勒频移只能测− P R F 2 ∼ P R F 2 -\frac{PRF}{2} \sim \frac{PRF}{2}−2PRF∼2PRF范围内的值。真实频移超出这个范围就会被「折叠」成一个错误的低值——测速模糊。类比 1时钟只有时针的钟3 点指 315 点也指 3——分不清就是模糊。PRF 就是钟的刻度密度刻度越密能区分的范围越大。类比 2拍风扇每秒 1 张叶片位置乱跳甚至像在倒转模糊每秒 1000 张转速清晰可见。这就是采样定理要正确测频率采样率至少是信号频率的 2 倍而 PRF 正是采样率。X 波段λ3cm的数字例子PRF不模糊速度1 kHz7.5 m/s27 km/h——敌机随便飞飞就模糊10 kHz75 m/s270 km/h200 kHz1500 m/s5400 km/h——几乎什么都能测五、代价与解法PRF测速测距高清晰高度模糊1 km低高度模糊清晰100 km测距模糊解法多重 PRF 测距余数定理——用几把不同长度的尺子量同一物体再解方程、连续变 PRF、射频调频、脉冲调制。测速模糊解法多重 PRF、或用距离跟踪回路的距离变化率反推。中 PRF 两者都模糊但都可解综合性能最佳——这就是机载雷达普遍选中 PRF 的原因。最需要记住的几句话PRF 每秒脉冲数 系统采样率一手掌管不模糊距离c / 2 ⋅ P R F c/2\cdot PRFc/2⋅PRF、不模糊速度λ ⋅ P R F / 4 \lambda\cdot PRF/4λ⋅PRF/4、平均功率。测速测的是相对雷达的径向速度多普勒只对连线方向敏感。速度模糊的本质是采样不足导致的频移「折叠」——分不清 3 点和 15 点。距离要发得慢、速度要发得快单一 PRF 无解所以有中 PRF 和多重 PRF 解模糊。我的复盘我原以为「测速」测的是目标对地的真实速度被「相对速度」四个字纠正后又差点把「径向」漏掉——横向飞的目标速度再快多普勒也是零。这两个限定词相对 径向少一个答案就是错的。另一个顿悟把 PRF 看成采样率之后「低/中/高 PRF」突然不神秘了——它就是奈奎斯特采样定理在雷达里的投影信号处理课的知识直接迁移了过来。跨书的知识点连上的时候最开心。
第 3 章我连追了三个问题全部问到了 PD 雷达的物理本质上PRF 是什么测速测的是谁的速度为什么 PRF 越高测速越清晰核心一句话PRF 就是采样率——距离和速度一个要发得慢等回波一个要发得快采样密这对矛盾决定了低/中/高 PRF 三分天下。本系列导航00 开篇导师说「大概看看就行」我怎么啃《雷达系统》01 第1章 概述雷达的体检指标、生存之道与模糊函数02 第1章追问脉冲越窄越清晰、波长和分辨力的关系03 第2章 上门限检测、匹配滤波器与检波器04 第2章 下多脉冲积累、二进制积累与 CFAR05 第2章追问参量与非参量 CFAR06 第3章 上PD 雷达怎么在 90dB 地杂波里挑出敌机07 第3章追问PRF、径向速度与模糊矛盾本篇08 第4章 脉冲压缩宽发射、窄接收09 第5章 相控阵不用转动天线的电扫描10 第6章 合成孔径小天线怎么拍出高清地图11 第7章 特种雷达群英谱与全书串讲一、PRF 是什么雷达不是连续发射而是「发一个、等一会儿、再发一个」。PRFPulse Repetition Frequency脉冲重复频率 每秒发射多少个脉冲P R F 1 / T r PRF 1/T_rPRF1/Tr单位 Hz。低 PRF 几百几千 Hz高 PRF 可到几百 kHz。类比山谷里喊话听回声。喊一声等 5 秒再喊下一声你清楚知道回声是哪一声的每 0.5 秒喊一声上一声的回声没回来下一声已经出去回声全混了。二、PRF 决定什么两个公式最大不模糊距离回波必须在下一个脉冲发出前回来R m a x c 2 ⋅ P R F R_{max} \frac{c}{2 \cdot PRF}Rmax2⋅PRFcPRF 1 kHz → 150 kmPRF 200 kHz → 只有 750 米。最大不模糊速度多普勒频移不能超过 PRF/2v m a x λ ⋅ P R F 4 v_{max} \frac{\lambda \cdot PRF}{4}vmax4λ⋅PRF另外平均功率P a v P p e a k ⋅ τ ⋅ P R F P_{av} P_{peak} \cdot \tau \cdot PRFPavPpeak⋅τ⋅PRF——PRF 越高平均功率越大看得越远。三个量全被 PRF 一手掌控。三、测速测的是谁的速度答案目标相对于雷达的径向速度。「径向」 雷达与目标连线方向上的分量朝雷达飞为正远离为负横着飞为零为什么只有径向多普勒效应只对连线方向的运动敏感。类比救护车朝你开来警笛变尖远离变钝横着开过你面前时音调基本不变——径向速度为零公式f d 2 v r / λ f_d 2v_r/\lambdafd2vr/λ雷达测出频移反推径向速度。还有一个易错点测的是相对速度不是对地速度。载机 300 m/s 朝东、敌机 200 m/s 朝东雷达测到的是 −100 m/s在远离不是 200。就像在火车上看旁边更慢的火车「在倒退」。四、为什么 PRF 越高测速越清晰雷达发的是脉冲串频谱是一排间隔为 PRF 的离散谱线多普勒频移只能测− P R F 2 ∼ P R F 2 -\frac{PRF}{2} \sim \frac{PRF}{2}−2PRF∼2PRF范围内的值。真实频移超出这个范围就会被「折叠」成一个错误的低值——测速模糊。类比 1时钟只有时针的钟3 点指 315 点也指 3——分不清就是模糊。PRF 就是钟的刻度密度刻度越密能区分的范围越大。类比 2拍风扇每秒 1 张叶片位置乱跳甚至像在倒转模糊每秒 1000 张转速清晰可见。这就是采样定理要正确测频率采样率至少是信号频率的 2 倍而 PRF 正是采样率。X 波段λ3cm的数字例子PRF不模糊速度1 kHz7.5 m/s27 km/h——敌机随便飞飞就模糊10 kHz75 m/s270 km/h200 kHz1500 m/s5400 km/h——几乎什么都能测五、代价与解法PRF测速测距高清晰高度模糊1 km低高度模糊清晰100 km测距模糊解法多重 PRF 测距余数定理——用几把不同长度的尺子量同一物体再解方程、连续变 PRF、射频调频、脉冲调制。测速模糊解法多重 PRF、或用距离跟踪回路的距离变化率反推。中 PRF 两者都模糊但都可解综合性能最佳——这就是机载雷达普遍选中 PRF 的原因。最需要记住的几句话PRF 每秒脉冲数 系统采样率一手掌管不模糊距离c / 2 ⋅ P R F c/2\cdot PRFc/2⋅PRF、不模糊速度λ ⋅ P R F / 4 \lambda\cdot PRF/4λ⋅PRF/4、平均功率。测速测的是相对雷达的径向速度多普勒只对连线方向敏感。速度模糊的本质是采样不足导致的频移「折叠」——分不清 3 点和 15 点。距离要发得慢、速度要发得快单一 PRF 无解所以有中 PRF 和多重 PRF 解模糊。我的复盘我原以为「测速」测的是目标对地的真实速度被「相对速度」四个字纠正后又差点把「径向」漏掉——横向飞的目标速度再快多普勒也是零。这两个限定词相对 径向少一个答案就是错的。另一个顿悟把 PRF 看成采样率之后「低/中/高 PRF」突然不神秘了——它就是奈奎斯特采样定理在雷达里的投影信号处理课的知识直接迁移了过来。跨书的知识点连上的时候最开心。
