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5.3.1 学习视频在线视频

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本知识点讲解了连续线性调频信号测距法的基本原理及技术指标，并指出其不适用于对运动目标进行测距。

下一节:5.3.2 本节课件

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5.3.1 学习视频课程教案、知识点、字幕

大家好

本次课我们学习

调频信号测距法中的动目标测距

在线性调频信号测距法的分析中

我们知道

当声纳与目标有相对运动时

Δf1减小量和Δf2 增大量一致

从而导致Δf1 "+" Δf2=kT

两式不独立

无法解出相对速度vr和距离R

本次课我们就学习两种

可同时测量相对运动速度

和距离的调频信号测距法

三角波调频测距法和阶跃调频测距法

首先来看三角波调频测距

如图所示

三角波调频信号由瞬时频率线性上升

和线性下降的两个线性调频信号组成

两信号调频斜率分别为k和-k

ST(t)为其相应的信号波形

频率先增大后减小

右式为其瞬时频率表达式

fa 为起始频率

这里2T为一个完整的周期

当目标与声纳之间无相对运动时

图中黑色实线表示发射信号频率fT

橘色虚线表示接收信号频率fr

fr相对于fT延迟2R/c

下面来计算收发信号的频差

在 2R/c≤小t<大T区间内

频差一致

利用黄色三角区域可计算得到Δf1=k2R/c

如下图所示

同理在大T+2R/c≤小t<2大T区域内

利用黄色三角区域可计算得到Δf2

也为k2R/c

如图所示

交叉部分

差频先变小为0

然后再增大

左右两边是对中间这一部分的重复

因此

三角波调频的主要差频一致

Δf1=Δf2

只能测出一个频差

利用公式即可算出R

当目标与声纳之间有相对运动

且δ=2vr/c很小时

类似于线性调频信号部分的分析

假设目标与声纳之间是相向运动

则接收信号的瞬时频率增加δfa

如图中的黄色虚线

在2R/c≤小t<大T区间内

发射信号频率不变

接收信号频率增加δfa

如图所示

从而计算出第一个频差Δf1

同理在T+2R/c≤小t<2T区域内

发射信号频率不变

接收信号频率也增加δfa

如图所示

从而计算出第二个频差Δf2

交叉部分频率仍然先变大后变小

左右两边是对中间这一部分的重复

此时显然|Δf1 |≠|Δf2 |

而且这两式互相独立

两个方程两个未知数

可以通过分别将其相加和相减

计算出目标距离R和相对运动速度vr

这就意味着三角波调频信号测距法

可以用于动目标的测量

当目标多普勒频移不太小时

该方法仍然有效

不同的是调频斜率也发生了变化

需要对距离进行修正

这里不再赘述

图为三角波调频测距的原理框图

发射信号与接收信号经混频后

用两个滤波器滤出

∆f1 ∆f2两个瞬时频率的信号

然后用两个鉴频器

得到两个与∆f1及∆f2成正比的电压信号

u1+u2反映了距离R的信息

u2-u1反映速度了vr的信息

这样利用两个指示器便可得到

距离和相对运动速度的值

接下来学习阶跃调频测距法

如图所示阶跃调频信号是信号频率

阶跃调频信号是信号频率

在有限离散值之间作阶跃变化的信号

最简单的阶跃调频信号只有两个离散频率

sT(t)为其相应的信号波形

交替发送两个不同频率的信号

右式为其瞬时频率表达式

这里f0为中心频率

2Fm为频率阶跃幅度

当目标与声纳之间无相对运动时

图中黑色实线为发射信号频率

黄色虚线为接收信号瞬时频率

相对于发射信号延迟一段时间2R/c

接收信号与发射信号的频差为2F

它是宽为2R/c 周期为T/2脉动信号

因此我们利用鉴频器检出|Δf|并测出脉宽

便可算出目标距离

由于这一脉宽不易测准

因而用测量平均差频率的方法

在一个脉动周期T/2内求平均

得到其平均频差Δf0的表达式并进行化简

最终得到该方法的测距公式

对测距公式求微分得到dR的表达式

由此可知

影响阶跃调频测距法测距精度的

主要因素是平均频率测量误差

主要因素是平均频率测量误差

频率阶跃值Fm越大测距误差越小

发射周期越大测距误差越大

另外发射周期增大意味着可测距离增大

当差频脉动宽度2 R⁄c 等于T/2时

平均差频∆f0=2Fm 达到最大值

此时对应的最大探测距离为1/4 Tc

当目标与声纳之间有相对运动时

接收信号产生多普勒频移

如图中黄色虚线所示

两个瞬时频率表达式如右式

此时发射信号与接收信号有4个差频值

如图所示

并分别写出这四个差频的表达式

可以看出

它们均是目标径向运动速度vr的函数

其平均值∆f0必然与

目标速度vr和距离R都有关

当vr不太大 Fm较大时

即Fm>(2vr/c)·f0 时

能够保证Δf1和Δf3大于Δf2和Δf4

采用一个截止频率为

Fm的高通滤波器和低通滤波器

可将4个频率分成两组

高通滤波后一个周期内的

平均频率为Δf0^'=1/T (Δf1+Δf3 ) 2R/c

低通滤波后一个周期内的平均频率为

Δf0^''=1/T (Δf2+Δf4 )(T/2-2R/c)

两个方程两个未知量

从而可利用测得的两个平均差频

解出目标径向运动速度vr和距离R

当然了调频信号测距方法不仅仅是这几种

我们这里就不多介绍

对于连续调频测距方法

其共同优点是

测距精度比较高

当直接测量收发信号频差时

由于对不同距离的目标

收发频差不同

可根据回波音调的变化用听觉进行判断

由于调频体制对小目标的信号起伏

有一定的抑制能力

可以提高探测概率

由于发射的是连续信号

无近距离盲区

能够测量很近距离的目标

其缺点是

首先是不适合远距离测量

一般适用于近距离目标的探测

通常采用周期性连续发射方式

收发换能器无法共用

发射对接收的干扰始终存在

必须采取措施抑制这种干扰

不能进行多目标的同时探测

小结

本次课学习了两种

适用于运动目标的调频信号测距法

首先是三角波调频测距法

分别得到其在

无相对运动和有相对运动时的表达式

然后学习了阶跃调频测距法

该方法是通过测量平均频率

来推导目标运动速度和距离的

本次课就学到这里

再见

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- 人民海军71周年宣传视频

第一章绪论

-学习本课程的参考书目和其它资源

-课程知识图谱

-1.1 从美人鱼看什么是声纳

--1.1.1 学习视频

--1.1.2 学习课件

--1.1.3 本节小测验

-1.2 声纳的发展简史

--1.2.1 学习视频

--1.2.2 学习课件

--1.2.3 本节小测验

-【院士论坛】李启虎：声呐技术助推海洋强国梦

-【必须要面对的问题】“纳”还是“呐”

-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类

--1.3.1 学习视频

--1.3.2 学习课件

--1.3.3 本节小测验

-1.4 声纳方程

--1.4.1 学习视频

--1.4.2 学习课件

--1.4.3 本章小测验

--【学习小窍门】声纳参数的记忆方法

-【选学内容】声纳方程复习视频

-1.5 声纳系统的战术和技术指标

--1.5.1 学习视频

-教材电子版

-【讨论】声纳的应用和发展

-【拓展讨论】水下通信

-【好文分享】反水下作战技术发展浅析——科学总在不断进步中

第二章主动声纳信号

-2.1 初识声纳信号

--2.1.1 学习视频

--2.1.2 学习课件

--2.1.3 本节小测验

--【讨论】声纳和雷达

-2.2 主动声纳信号的描述

--2.2.1 学习视频

--2.2.2 学习课件

--2.2.3 本节小测验

--【补充资料】关于傅里叶变换的“神解释”

-2.3 从汽笛声看多普勒频移

--2.3.1 学习视频

--2.3.2 学习课件

--2.3.3 本节小测验

--【讨论】多普勒的应用

-2.4 从分辨力的角度看模糊函数

--2.4.1 学习视频

--2.4.2 学习课件

--2.4.3 本节小测验

-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析

--2.5.1 学习视频

--2.5.2 学习课件

--2.5.3本节小测验

-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析

--2.6.1 学习视频

--2.6.2 学习课件

--2.6.3 本节小测验

-【补充讲解】双曲线调频信号

-教材电子版

-【学习资料】本章知识导图

-【人物故事】傅里叶的坎坷人生——坚持成就梦想

第三章声纳定向技术

-3.1 振幅测向——最大值测向

--3.1.1 学习视频

--3.1.2 学习课件

--3.1.3 本节小测验

--【讨论】最大值测向的应用

-3.2 振幅测向——振幅差值法测向

--3.2.1 学习视频

--3.2.2 学习课件

--3.2.3 本节小测验

-3.3 相位法测向

--3.3.1 学习视频

--3.3.2 学习课件

--3.3.3 本节小测验

--【讨论】二元测向的应用

-3.4 相位法测向的多值性问题

--3.4.1 学习视频

--3.4.2 学习课件

--3.4.3 本节小测验

-教材电子版

第四章声纳的波束形成技术

-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理

--4.1.1 学习视频

--4.1.2 学习课件

--4.1.3 本节小测验

-4.2 加权和加档

--4.2.1 学习视频

--4.2.2 学习课件

--4.2.3 本节小测验

-4.3 直线单波束的指向性

--4.3.1 学习视频

--4.3.2 学习课件

--4.3.3 本节小测验

-4.4 直线多波束的相关问题

--4.4.1 学习视频

--4.4.2 学习课件

--4.4.3 本节小测验

-4.5 波束形成器

--4.5.1 学习视频

--4.5.2 学习课件

--4.5.3 本节小测验

--补充讲解-波束形成器

-教材电子版

-【补充学习资料】学员作业展示

-【网红小课堂】李永乐老师讲压电效应

-【看视频答问题】请解释一下视频中的问题答案

第五章声纳测距技术

-5.1 测距导语

--5.1.1 学习视频

--5.1.2 学习课件

--5.1.3 本节小测验

-5.2 脉冲测距法

--5.2.1 学习视频

--5.2.2 学习课件

--5.2.3 本节小测验

--【讨论】长脉冲or短脉冲？

-5.3 调频信号测距法

--5.3.1 学习视频

--5.3.2 本节课件

--5.3.3 本节小测验

-5.4 调频信号测距法——动目标测距

--5.4.1 学习视频

--5.4.2 学习课件

--5.4.3 本节小测验

-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵

--5.5.1 学习视频

--5.5.2 学习课件

--5.5.3 本节小测验

-【选学内容】5.6相位测距法

--5.1.1 学习视频

--5.6.2 学习课件

-教材电子版

第六章声纳测速技术

-6.1 测速导语

--6.1.1 学习视频

--6.1.2 学习课件

--6.1.3 本节小测验

-6.2 矢量速度的测量

--6.2.1 学习视频

--6.2.2 学习课件

--6.2.3 本节小测验

--【讨论】位变率法的应用

-6.3 又见脉冲——脉冲测速法

--6.3.1 学习视频

--6.3.2 本节课件

--6.3.3 本节小测验

--补充讲解——三种测速方法对比

-6.4 目标多普勒测速法

--6.4.1 学习视频

--6.4.2 本节课件

--6.4.3 本节小测验

-6.5 本舰多普勒测速法——基本原理和发射波形

--6.5.1 学习视频

--6.5.2 本节课件

--6.5.3 本节小测验

-6.6 【选学内容】本舰多普勒测速法——误差分析

--6.6.1 学习视频

--6.6.3 本节小测验

--6.6.2 本节课件

-6.7 相关测速

--6.7.1 学习视频

--6.7.2 学习课件

--6.7.3 本节小测验

-教材电子版

第七章声纳信号的发送与接收

-7.1 声纳发射机

--7.1.1 学习视频

--7.1.2 学习课件

--7.1.3 本节小测验

-7.2 声纳接收机

--7.2.1 学习视频

--7.2.2 学习课件

--7.2.3 本节小测验

-7.3 设备会说谎吗？

--7.3.1 学习视频

--7.3.2 学习课件

--7.3.3 本节小测验

-7.4 相控发射

--7.4.1 学习视频

--7.4.2 学习课件

--7.4.3 本节小测验

--【讨论】相控雷达和相控声纳

-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理

--7.5.1 学习视频

--7.5.2 学习课件

-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波

--7.6.1 学习视频

--7.6.2 学习课件

-教材电子版——声纳信号的发射与接收部分

-教材电子版——声纳信号处理部分

第八章航空声纳系统

-8.1 航空声纳浮标系统

--8.1.1 学习视频

--8.1.2 学习课件

--8.1.3 本节小测验

--【装备发展】——美国声纳浮标装备的前世今生

-8.2 航空吊放声纳系统

--8.2.1 学习视频

--8.2.2 学习课件

--8.2.3 本节小测验

-【好文分享】直-9反潜直升机及发展

-【拓展讨论】航空反潜的手段

说出你的想法

-思政讨论：“无暇号”和中国渔船

视频资料分享与学生视频介绍展示

-视频1——声纳浮标的工作过程

-视频2——二战反潜

-视频3——P-8A介绍

-向自己的家人介绍声纳系统——小猪佩奇版

-向自己的家长介绍声纳系统——萌宠提问版

-向自己的家人介绍声纳系统——亲子感动版

-向自己的家人介绍声纳系统——家有乌龟版

-向自己的家人介绍声纳系统——人工智能对话版

-向自己的家人介绍声纳系统——妈妈给我当学生

期末考试

-期末考试

5.3.1 学习视频笔记与讨论

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