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跟踪测量雷达技术是雷达技术中一个十分重要的领域。跟踪测量雷达的门类很多，广泛地应用于武器控制、空间探测、靶场测量及其他军用和民用方面。本章首先概要地论述雷达，特别是跟踪测量雷达的主要功能和内涵；然后详细介绍跟踪测量雷达的发展、应用、分类、系统组成和基本原理；最后对雷达使用的各种目标角度测量与跟踪方法、目标距离测量与跟踪方法、目标速度测量与跟踪方法以及目标特性测量方法及应用进行综述。
诞生于20世纪40年代的跟踪测量雷达，如今在空间探测和对抗、武器系统发展和控制以及民用领域的作用越来越重要，跟踪测量雷达技术也在不断发展，跟踪测量雷达的用途也在不断扩展。本节将从雷达功能、雷达目标跟踪方式的讨论开始，给出跟踪测量雷达的内涵和发展历程。
1864年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）建立了著名的麦克斯韦电磁方程，应该说这为后来雷达的诞生和发展奠定了理论基础。1886年，海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）用人工的方法首次进行了电磁波实验，证实了电磁波的真实存在，为雷达的诞生和发展奠定了实验基础。1922年，古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）提出用无线电（电磁波）探测物体。到20世纪30年代，经过许多科学家和工程师的不断努力，又陆续研发了一批能够实际应用的雷达系统。所以，人们通常把20世纪30年代作为雷达诞生的年代 [1,2] 。
雷达自诞生以来，特别是第二次世界大战及其以后的一段时间里，雷达技术蓬勃发展，各种雷达系统层出不穷。雷达在军事和经济领域的应用越来越广泛，其作用也越来越重要。
最初，雷达只是为了满足对空监视和武器控制等方面的军事需求，虽然至今雷达技术的发展和雷达系统的研制仍然主要来自军用需求的牵引，但同时雷达也被应用到诸多民用场合，如交通、气象、遥感等。如今，雷达的应用已经非常广泛，以至于BARTON D.K.在他主编的《雷达技术百科全书》中列出了150余种不同的雷达 [3] 。
不同的应用会对雷达提出不同的任务和功能要求。就一般意义而言，雷达的任务和功能可归结为以下4个方面。
1. 目标探测
这里的“目标”是指雷达所要探测的对象。从形态上来看，它可以是点目标、群目标、面目标、体目标，还可以是无形目标（如大气湍流）、隐匿目标（如隐匿于植被或地表下的物体）等。
目标探测是指雷达对目标的搜索发现，即在所要求的空间和时间范围内，从噪声（内部）、杂波（自然）、干扰（人为）中检测出所需要的目标信号。目标检测的基本理论表明，信噪比、信杂比、信干比［简称信噪（杂、干）比］的大小是影响目标检测的基本要素，目标检测所要研究的主要课题就是如何在规定的探测范围内提取目标信号，抑制或滤除噪声、杂波和干扰信号，使其信噪比、信杂比、信干比最大化，从而实现对目标的发现概率最大。为此，人们提出了诸如匹配滤波技术、回波积累技术、脉冲压缩（Pulse Compression，PC）技术、脉冲多普勒（Pulse Doppler，PD）技术、动目标显示（Moving Target Identification，MTI）技术、动目标检测（Moving Target Detection，MTD）技术、恒虚警率（Constant False Alarm Rate，CFAR）技术等提高雷达探测性能的方法。
一般来说，目标检测是搜索雷达的主要任务。例如，目标监视雷达、警戒雷达、预警雷达、目标指示雷达等。
2. 目标测量
传统的目标测量是指对目标坐标位置及其变化率的测量，如目标的距离、方位角、俯仰角以及目标的速度等。有的雷达文献把这种测量叫作“米制”测量。在现代雷达中，除了“米制”测量之外，还需要对目标的某些特征（例如，目标大小、形状、性质等）进行测量，通常把这种测量叫作“特征”测量。
雷达对目标的测量都建立在对目标回波信息测量的基础上。例如，目标距离的测量是测量目标回波到达时刻相对于发射脉冲时刻的延迟量，目标角度的测量是测量目标回波到达方向相对于雷达天线波束指向的位置，目标速度的测量是测量对目标回波相对于发射信号的频率偏移量，等等。
雷达测量的基本理论表明，影响雷达目标参数测量的基本要素是回波信号的信噪（杂、干）比和雷达系统的“测量灵敏度”。回波信号的信噪（杂、干）比值越大，目标参数测量精度就越高。这一点与提高目标探测性能一致，即信噪比值越大越好。但对目标测量来说，不仅仅只取决于信噪比，还取决于雷达本身的“测量灵敏度”。所谓“测量灵敏度”就是指雷达系统对目标参数变化的响应。例如，雷达天线的相对孔径宽度（口径比波长）越大，即测角灵敏度越高，则其潜在测角精度就越高；雷达使用信号的频带越宽，即测距灵敏度越高，则其潜在的测距精度越高；雷达相干测量的时间越长，即其测速灵敏度越高，则其测速的精度越高 [4,5] 。
因此，雷达目标测量所要研究的课题是如何既要提高目标回波信号的信噪（杂、干）比，又要提高雷达的测量灵敏度。其中前者与前述的目标检测要求是相同的，如也要采用匹配滤波技术、回波积累技术、脉冲压缩技术、脉冲多普勒技术、动目标显示技术等，以尽可能地提高目标回波信号的输出信噪（杂、干）比。对于后者，如在测角方面提出了波束转换技术、圆锥扫描技术、单脉冲技术等；在测距方面提出了前（后）波门技术、前（后）沿跟踪技术、相位测量技术等。另外，自动闭环跟踪技术、自适应滤波技术、同轴跟踪技术等也是提高雷达测量精度的重要技术。
一般来说，实现目标参数的精确测量是跟踪测量雷达的主要功能和任务。
3. 目标分辨
传统的目标分辨是指雷达将相邻目标分辨开来的能力。现代雷达除了这种分辨以外，有时还要求将单个目标的各个部分分辨出来。一般来说，雷达通过天线波束、距离波门、多普勒滤波器等，在角度上、距离上、速度上对目标进行分辨。从目标坐标位置及其变化率上可以进行一维分辨，也可以进行多维分辨。
雷达目标分辨的基本理论表明，决定雷达目标分辨能力的基本要素是雷达信号或系统的“有效分辨宽度”。例如，决定雷达目标角度分辨能力的基本要素是雷达天线的“有效孔径宽度”；决定雷达对目标距离分辨能力的基本要素是雷达信号的“有效频带宽度”；决定雷达目标速度分辨能力的基本要素是雷达信号的“有效时间宽度”。因此，从目标分辨的角度，提高雷达目标分辨能力也就是如何增大雷达系统和信号的“有效孔径宽度”“有效频带宽度”和“有效时间宽度”。为此，人们在常规雷达（窄带）的基础上提出了用调频调相信号及脉冲压缩处理技术来扩大信号有效带宽，用步进频率信号及带宽合成处理技术来扩大系统有效带宽等来大幅度提高雷达的距离分辨率（从远大于目标尺寸提高到等于或小于目标尺寸），从而实现在距离上对多目标的分辨和对单个目标各个部分的距离分辨。这种距离高分辨技术又称宽带雷达技术。
提高雷达目标角度分辨率的革命性技术是“合成孔径”技术和“逆合成孔径”技术。这种技术利用目标和雷达的相对运动，通过信号的相关处理，将雷达相对的小孔径宽度的天线合成为一个大的有效孔径宽度的等效天线，从而大大提高雷达的角度分辨性能（当然，也可以从多普勒分辨的原理去理解）。使雷达的角分辨率从远大于目标的视角宽度提高到等于或小于目标的视角宽度。这样，雷达在角度上不仅可以将相邻目标分辨开，而且还可以将单个目标的不同部分分辨开。
常规雷达的距离分辨率和角度分辨率通常远大于普通目标的外形尺寸，因而人们通过雷达所看到的目标只是A/R显示器上的一个“尖头脉冲”或PPI显示器上的一个“亮点”。当雷达采用高距离分辨技术（如脉冲压缩技术）和高角度分辨技术（如逆合成孔径技术）时，通过雷达看到的目标则是一个由多个“像素”组成的目标“图像”，即目标成像。
4. 目标识别
目标识别是一个含义比较宽泛的术语。在雷达目标识别中，通常还含有“分类”“辨认”“辨识”“分辨”等含义。雷达目标识别是在目标检测、目标测量和目标分辨的基础上进行的。一部雷达的目标识别能力取决于该雷达获取目标各种有关信息的能力，获取的信息“量”越多，“质”越高，则越有利于目标的识别。
一般来说，一部设计精密的雷达，其回波信号可以提取出目标的如下信息：
（1）通过测量雷达信号往返目标的时间，可获取目标的距离信息；
（2）通过测量目标距离的连续变化或回波多普勒频率，可获取目标运动径向速度的信息；
（3）通过测量目标回波到达雷达天线的方向，可获取目标空间角坐标位置的信息；
（4）若雷达具有足够高的距离分辨率，可通过回波测量出目标的径向长度的信息；
（5）若雷达具有高分辨率（简称高分辨）成像［合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）或逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR）］能力，可获得目标的形状和尺寸信息；
（6）若雷达具备极化测量能力，可获得关于目标结构对称性的信息；
（7）通过观测作为入射角的函数的后向散射信号特征，可获取目标表面粗糙度的信息；
（8）通过雷达回波信号的频谱分析，可获取目标内部运动特征（如振动、螺旋桨转动等）信息；
（9）通过接收信号幅度随时间的变化，可获得目标空间运动状态变化的信息；
（10）如果是合作目标，可非常方便地从应答信号中提取关于目标的各种信息。
长期以来，人们通过研究提出了对各种目标识别的理论和雷达目标识别技术，诸如敌我识别、轨迹识别、速度识别、极化识别、极点识别、谐振识别、成像识别等，并且在实践中也有不少成功的应用。但是，总体来说，还没有像目标检测、目标测量、目标分辨那样有一套完整的理论和普遍的方法。特别是要实现雷达自动目标识别，还需要做许多理论和技术方面的工作。首先，必须从物理原理上研究建立目标和非目标特征的完整理论、模型和数据库；其次，必须具有在应用上可靠的各类信息源；第三，必须有能用来进行识别判决的稳健而有效的处理算法、系统结构、硬件和软件系统等。因此，雷达目标识别仍然是雷达工作者现在和未来相当长时间需要继续研究的重大课题。
至今，人们一直把雷达主要看作是一个在给定空域内探测（发现）目标的监视传感器。其实如前节所述，雷达不仅要探测目标是否存在（发现目标），而且还要在距离上和（或）角度上确定目标的位置。另外，当雷达不断观察一个目标时，还可以提供目标的运动轨迹（航迹），并预测其未来的位置。人们常常把这种对目标的不断观察叫作“跟踪”。雷达至少有扫描跟踪和连续跟踪两类“跟踪”方式，分述如下。
1. 扫描跟踪
“扫描跟踪”形式是指雷达波束在搜索扫描情况下，对目标进行跟踪。例如，边扫描边跟踪（Tracking While Scaning，TWS）方式、扫描加跟踪（Tracking And Scaning，TAS）方式、自动检测和跟踪（Automatic Detection and Tracking，ADT）方式等。
现代军用对空监视雷达、民用空中交通管制雷达几乎都采用ADT方式。在该方式下，雷达天线在俯仰向不动，在方位向以每分钟若干转的速度连续360°旋转，通过多次扫描观测，可以形成目标的“航迹”，即实现了对目标的“跟踪”。这种跟踪方式是“开环”的，是搜索雷达实现对目标“跟踪”的方式。这种方式的优点是可以同时“跟踪”几百批，甚至上千批目标，缺点是数据率低且测量精度差。
按照斯科尔尼柯（Skolnik）的定义 [1] ，TWS方式是指应用于角度上有限扇扫的雷达的“跟踪”方式，主要应用于精密进场雷达（Precision Approach Radar，PAR）或地面控制进场（Ground Control Approach，GCA）系统，以及某些面空（地对空、海对空）导弹制导雷达系统和机载武器控制雷达系统。扇扫可以在方位向，也可以在俯仰向，或者两者同时。该方式的数据率中等，其测量精度比ADT略高。
TAS方式主要用于二维相控阵雷达对目标的搜索和“开环跟踪”。
以上几种“扫描跟踪”方式一般用于搜索雷达波束在扫描状态下对目标实施开环跟踪。这种雷达仍然称为搜索雷达，尽管它也能对目标实现“跟踪”。
2. 连续跟踪
“连续跟踪”是指雷达天线波束连续跟随目标。在连续跟踪系统中，为了实现对目标的连续随动跟踪，通常都采用“闭环跟踪”方式，即将天线指向与目标位置之差形成角误差信号，送入闭环的角伺服系统，驱动天线波束指向随目标运动而运动。而在扫描跟踪系统中，其角误差输出则直接送至数据处理而不去控制天线对目标的随动。因而“闭环”还是“开环”是连续跟踪和扫描跟踪的最大区别。
“连续跟踪”与“扫描跟踪”的第二个不同是，“扫描跟踪”可同时跟踪多批目标，而连续跟踪通常只能跟踪一批目标，即单目标跟踪（Single Target Tracking，STT）。
第三个不同点是“连续跟踪”的数据率要高得多。
第四个不同点是连续跟踪雷达，其能量集中于一批目标的方向，而扫描跟踪将雷达能量分散在整个扫描空域内。
第五个不同点是“连续跟踪”对目标的测量精度远高于“扫描跟踪”。
本书把采用开环扫描跟踪的雷达称为“搜索雷达”，它的主要任务是目标搜索探测和对精度要求不高的测量。把采用闭环连续跟踪的雷达称为“跟踪雷达”，其主要任务是实现对目标高精度的测量。这也符合专业领域通常的定义。
本书主要讨论对目标实施连续跟踪的跟踪测量雷达。
跟踪测量雷达诞生于20世纪40年代。第二次世界大战期间，美国研制了具有中等精度、采用圆锥扫描技术、用于火炮控制的SCR-584跟踪测量雷达，首先实现了对空中飞机目标的连续自动跟踪和对火炮射击的控制，其角跟踪精度大约是2mrad，距离跟踪精度为几十米到一百米。即使是这种中等精度的跟踪测量雷达也使当时的高炮射击命中率提高近两个数量级。如今，不断发展的各种火力系统（炮、导弹等）几乎都根据自己的要求配用了各种用于武器控制（火控）的跟踪测量雷达。
随着导弹、卫星、航天飞行器的出现，中等精度的跟踪测量雷达逐渐满足不了武器系统的跟踪测量要求，因而催生了精密跟踪测量雷达。1956年，美国首台高精度的、采用单脉冲技术的跟踪测量雷达研制成功，从而开创了精密跟踪测量雷达的广泛应用及发展的时代。今天，精密跟踪测量雷达不仅广泛地应用于各类靶场，而且也广泛地应用于各种空间探测领域及先进的武器控制［如美国国家导弹防御系统中的地基雷达（Ground Based Radar，GBR）］系统中。
下面就美国和中国在跟踪测量雷达特别是精密跟踪测量雷达及其技术方面的发展情况进行简要的介绍。
1. 美国
1956年，美国无线电公司（RCA）研制了第一部单脉冲跟踪测量雷达AN/FPS-16（XN-1），其角测量精度达到了当时人们难以置信的0.2mrad，比SCR-584圆锥扫描雷达的测角精度高出一个数量级。AN/FPS-16（XN-1）雷达的天线直径为3.6m，采用磁控管发射机。其后几年，AN/FPS-16雷达又派生出多个型号如AN/FPS-16（XN-3）、（XN-5）等，天线直径增大到4.9m、6.1m，发射机以3MW的速调管代替磁控管，采用坐标校准技术，使测角精度达到0.1mrad。其中AN/FPS-16（XN-5）型雷达是舰载型，安装在美国“范戈特”号、“红石”号、“水星”号等测量船上，用于对“阿波罗”宇宙飞船的测量。到20世纪80年代，各种型号的AN/FPS-16雷达及其机动型AN/MPS-25雷达共生产了70多部，遍布于世界各地的美国靶场。
1962年，RCA公司在AN/FPS-16的基础上，研制了AN/FPQ-6精密跟踪测量雷达，其特点是具有更加精密的天线座和卡塞格伦式抛物面天线。其天线直径增大到8.8m，其他分系统都采用了最新设计，使AN/FPQ-6雷达的作用距离和精度都比AN/FPS-16雷达提高了1倍，达到1400km和0.1mrad。AN/FPQ-6雷达可单独使用，也可构成雷达链，用于提供“阿波罗”等远距离高速目标和较近距离的宇宙飞行器、火箭、导弹、碎片或地球轨道卫星等精确的坐标信息。AN/FPQ-6雷达的可运输型为AN/TPQ-18。
1969年，RCA又研制成AN/MPS-36机动式相干测量雷达，其特点是采用双通道单脉冲接收机；并采用脉冲多普勒信号测量技术直接测量目标速度，其精度可达0.3m/s；发射机采用正交场放大管；天线反射体采用表面金属化处理的玻璃纤维制成，质量很小；大量采用集成电路提高了可靠性，并将计算机系统与雷达系统设计在一起。该雷达系统安装在两部拖车上，可以从一个阵地快速转移到另一个阵地。
20世纪70年代，为了进一步改善和提高跟踪测量雷达的动态特性和跟踪精度，发展了“同轴跟踪”技术。在原有跟踪测量雷达AN/FPS-16增加同轴跟踪功能后命名为AN/FPS-13，AN/FPQ-6增加同轴跟踪功能后命名为AN/FPQ-14。
一直到今天，各种形式的AN/FPS-16、AN/FPQ-6、AN/MPS-36雷达仍是美国和其盟国靶场测量雷达的主要代表并还在生产和服役。
随着空间技术和空间飞行器探测的需要，远程和超远程精密跟踪测量雷达技术随之发展起来。
1957年，美国麻省理工学院林肯实验室研制出第一部巨型跟踪测量雷达——“磨石山”（Millstone）雷达，其天线口径为25.6m。该雷达采用圆锥扫描体制，1963年改成单脉冲体制雷达。“磨石山”雷达用于对卫星、导弹，以及地球大气层内外的目标进行跟踪。对人造卫星的跟踪距离达3600km。1958—1959年，用它对4×10 8 km外的金星进行了观察并收到了回波，其后又对“泰罗斯1”气象卫星的位置进行了测定。
1962年，RCA公司参照“磨石山”雷达的主要技术指标研制出AN/FPS-49单脉冲远程精密跟踪测量雷达，用它对金星表面进行了研究，探索了宇宙通信的可能性。AN/FPS-49雷达是美国弹道导弹预警系统（Ballistic Missile Early Warning System，BMEWS）中的重要组成部分。它能区分、识别真假目标，并测出目标的速度、航向和弹着点。1964年，对AN/FPS-49雷达进行了改进，研制成AN/FPS-92单脉冲远程精密跟踪测量雷达，补充进BMEWS的第二基地。其特点是用液压轴承代替滚珠轴承，提高了可靠性。此外AN/FPS-92雷达还对卫星进行跟踪和编目，当新的卫星或卫星碎片出现时，它可立即测出它们的径向速度、距离和雷达截面积。
在宇宙飞行器的运行和着陆阶段，必须精密测量它的轨道参数，同时还要与它保持通信联系。1964年，林肯实验室研制成“赫斯台克”（Haystack）雷达。该雷达工作于X波段，发射机平均功率达100kW。天线直径为36.6m，外罩直径为45.7m的天线罩，采用液压电机伺服系统。“赫斯台克”雷达天线的加工精度很高，起初的抛物面轮廓公差为1.9mm（最大值），为适应天文观察的需要，1991—1993年，将抛物面公差调整到0.25mm（均方根值），使其工作频率可达到115GHz。“赫斯台克”雷达能适应多种用途：可作为空间通信的地面站，也可作为跟踪和测量雷达，还可用作射电望远镜，即在同一天线中实现测量、遥测和通信传输等多种功能。曾被认为是超远程雷达的一种重要趋势。
为了对空间目标进行识别研究，从20世纪六七十年代开始，在太平洋夸贾林岛上建造了三部大型空间目标探测和特征测量雷达，即TRADEX雷达、ALTAIR雷达和ALCOR雷达。TRADEX雷达是一部目标识别和鉴别雷达，其天线直径为25.6m，同时工作于L和P波段，可发射和接收各种极化波，含有目标全部信息的原始数据采用中频磁带记录，在将对其进行频谱分析并变成数字形式后送入计算机。TRADEX雷达可用于洲际导弹中段和再入段的跟踪和识别，特别是真假弹头的鉴别，也担负对卫星的识别和鉴别任务。对导弹弹头的跟踪距离达3000km，测速精度为0.3m/s。TRADEX雷达具有同时跟踪多目标能力。
ALTAIR雷达天线直径为45.7m，采用五喇叭单脉冲馈电形式，在超高频和甚高频两频段工作，平均功率达110kW，能收集宇宙飞行器和再入导弹的各种信号，可跟踪多弹头分导再入体和提供卫星编目。
ALCOR雷达工作于C波段，天线直径为12m，发射峰值功率为3MW。ALCOR雷达是一种宽带、高灵敏、高分辨率的目标识别雷达，其距离分辨率达0.5m，用宽带和相参技术从回波信号的相位中提取目标特性。它采用宽、窄带交替工作方式，其窄带用于对目标捕获和距离、角度的跟踪，512MHz的宽带用于对目标特征观测。可利用特征数据鉴别再入体并成像。为了支持ALCOR雷达的功能，1983年，美国又在夸贾林岛上研制了峰值功率为100kW的毫米波雷达。该雷达工作于35GHz和95GHz两个波段，天线直径为13.7m，信号带宽达1GHz，距离分辨率可达0.3m。有报道表明，美国已将多目标精密跟踪测量雷达（Multiple Object Tracking Radar，MOTR）改成宽带多目标跟踪雷达，美国的精密跟踪测量雷达实现了向宽带、多目标方向的发展。
随着武器系统的发展，提出了同时对多个目标的精密跟踪测量要求。而由抛物面天线构成的精密跟踪测量雷达原则上只能对单个目标进行跟踪。为此，从20世纪70年代开始研究相控阵单脉冲精密跟踪测量雷达，到90年代，研制成功实用的相控阵单脉冲精密跟踪测量雷达MOTR。
相控阵靶场精密跟踪测量雷达是由美国RCA公司研制的，型号为MOTR（AN/MPS-39）。工作于C波段，天线直径为3.65m。它采用空间馈电传输透镜天线阵，有8359个振子，电子扫描范围（电扫范围）为60°圆锥角，能同时跟踪测量10个目标，绝对测量精度与单目标测量雷达相同，相对精度比单目标测量雷达高1～2倍。后来，在MOTR雷达上又增加了MTI（或MTD）技术，不断扩展了雷达的功能。
还需特别指出的是，20世纪80年代初，美国就提出研制美国国家导弹防御系统（National Missile Defense System，NMD）中的关键项目——GBR。它实质上是一种X波段固态有源相控阵精密跟踪测量雷达。1999年完成了雷达工程样机GBR-P（Ground Based Radar-Prototype），并参加了历次美国NMD的拦截试验。GBR-P雷达如图1.1所示。
该雷达12.5m口径的相控阵面天线安装在一个大型方位-俯仰型天线座上，以实现全空域覆盖和对运动目标在二维向的角度连续自动跟踪。同时相控阵面天线本身在二维向又能实现50°的电子扫描和跟踪。该雷达的任务是在远程预警雷达的目标信息引导下，在稍小的空域上搜索捕获2000～4000km距离上的来袭导弹，然后对来袭的多目标进行精密跟踪并对目标群进行鉴别、分类、识别和威胁判断，确保以足够的精度准确地将威胁目标交给地基拦截导弹，同时还要形成目标物体图（Target Object Map，TOM），以供拦截导弹末端匹配寻的。拦截后，该雷达还需进行杀伤评估。
图1.1 GBR-P雷达
该雷达采用灵活快捷的相控阵扫描方式，以便能以高数据率探测足够大的覆盖空域；提供足够远的探测跟踪距离，以为拦截系统提供足够的反应时间；采用单脉冲跟踪技术，以高测量精度和数据率将目标交给EKV大气层外拦截器；采用宽带的信号，以实现对目标群的高分辨成像及识别并形成目标物体图。
美国国家导弹防御系统中的另一个重要装备是海基X波段雷达（简称SBX雷达）。SBX雷达是目前世界上最大的X波段相控阵雷达，其主要功能是“提示搜索、精密跟踪、分辨目标和杀伤评估”，即为美国NMD拦截导弹提供对远程导弹的监视、截获、精密跟踪（分弹头、碎片、诱饵）、精确识别和杀伤评估。
SBX雷达全重2000t，是迄今为止世界上最大最复杂的机、相扫X波段雷达。SBX天线阵面呈八角形，直径为26m，有效孔径面积为249m 2 。阵面采用大单元间距排布方式，共有45056个X波段T/R组件。该雷达放置在一个可平面转动的基座上，通过天线转动实现全空域监视。SBX雷达的载船和天线阵列如图1.2所示。
图1.2 SBX雷达的载船和天线阵列
SBX雷达的雷达罩质量为8154kg，高为30.9m，半径为36m，全部采用高科技合成材料制成。该雷达罩采用气承式结构，可抵御时速达208km的大风。它的设计和制造运用了多项新工艺、新材料和技术，是体积最大的气承式雷达罩之一，而且比同类体积的雷达罩更具有耐用性。
2. 中国
中国跟踪测量雷达诞生于20世纪50年代末，首先生产出的是COH-9A炮瞄雷达。该雷达工作于S波段，采用圆锥扫描体制，天线口径为1.5m，角跟踪精度约为1.7mrad，属中等精度跟踪测量雷达，主要用于高炮火力控制。
1961年开始对单脉冲精密跟踪测量雷达技术进行研究和雷达系统试验。1968年研制成功了中国第一台固定式单脉冲非相参精密跟踪测量雷达，如图1.3所示。该雷达天线直径为4.2m，磁控管发射机峰值功率为800kW，角测量精度为0.2mrad，距离精度为5m，相当于美国AN/FPS-16（XN-1）雷达的技术水平。1970年又研制出相参单脉冲精密测量跟踪雷达，它采用了相参发射机，峰值功率达1MW，增加了测量目标速度的功能。
20世纪70年代，中国研制成功了超远程跟踪与目标特性跟踪测量雷达（如图1.4所示），用于对卫星、飞船、空间站等空间目标的监视、跟踪和目标特性测量。该雷达速调管发射机的平均功率为50kW，天线口径为25m，天线罩直径为44m，采用了单脉冲、脉冲压缩、脉冲多普勒测速、多极化测量及波束内多目标测量等技术。
图1.3 固定式单脉冲非相参精密跟踪测量雷达
图1.4 超远程跟踪与目标特性跟踪测量雷达
为实现对导弹全程及卫星发射入轨的精密跟踪测量，20世纪70年代末，研制成功了大型舰载精密跟踪测量雷达（如图1.5所示）。该雷达天线直径为9m，速调管发射机峰值功率为2MW。采用了船摇前馈和速率陀螺反馈相结合的船摇稳定技术、双波段同轴引导快速捕获等技术。
20世纪80年代中期，研制成功了移动式车载非相参精密跟踪测量雷达（如图1.6所示）。该雷达天线直径为3.6m，可拆装，其主抛物面反射体采用表面金属涂敷的玻璃钢；接收机采用0-π调制的双路单脉冲形式；角伺服系统用力矩电机驱动。
图1.5 大型舰载精密跟踪测量雷达
图1.6 移动式车载非相参精密跟踪测量雷达
20世纪80年代后期至90年代初期，为适应再入测量的需要，又研制成功了机动型相参精密跟踪测量雷达（如图1.7所示）。该雷达采用宽带正交场放大器发射机和多模单脉冲天线，天线直径为2.5m，雷达系统的测角回路、测距回路、测速回路、自动增益控制回路、自动频率控制回路均通过嵌入式计算机闭环，还采用了计算机辅助跟踪技术，因而实现了高度的数字化和自动化。该雷达可以同时测量目标坐标数据和目标特性数据，并进行ISAR成像实验。
20世纪90年代末，研制成功并生产了多台大型固定式单脉冲精密跟踪测量雷达（如图1.8所示）和车载式相控阵多目标单脉冲精密跟踪测量雷达（如图1.9所示）。大型固定式单脉冲精密跟踪测量雷达的天线口径为10m，发射机峰值功率为1MW，测角精度为0.1mrad。除对目标坐标进行精密跟踪测量外，该雷达还可测量部分目标特性。车载式相控阵多目标单脉冲精密跟踪测量雷达的性能类似于美国的MOTR（AN/MPS-39）雷达性能，天线阵面口径为3.7m，采用空馈透镜式环栅阵，可同时对10个目标进行跟踪。
图1.7 机动型相参精密跟踪测量雷达
图1.8 大型固定式单脉冲精密跟踪测量雷达
2000年研制成功了用于低空测量的单脉冲精密跟踪测量雷达（如图1.10所示）。该雷达采用MTD技术有效抑制了地杂波，从而实现了对低空目标的精密跟踪，可以精确跟踪炮弹、火箭弹、航空弹道炸弹等。
图1.9 车载式相控阵多目标单脉冲精密跟踪测量雷达
图1.10 低空测量单脉冲精密跟踪测量雷达
3. 发展需求
军用方面，随着新型作战样式、作战对象的变化，对跟踪测量雷达尤其是相控阵雷达提出了新的功能需求 [6] 。
1）对低可观测目标的探测能力
低可观测目标是指雷达截面积（Radar Cross-Section，RCS）很小的目标。隐身飞机及其他隐身目标是典型的低可观测目标。探测隐身目标是当前雷达面临的突出问题之一。空-空导弹、空-地/海导弹、巡航导弹、反辐射导弹、反辐射无人机、小型无人侦察机等，成了雷达特别是防空雷达和武器平台上的雷达要观测的重要目标，但它们的RCS比常规飞机目标一般要小10～20dB，甚至小得更多，因此也是低可观测目标。对空间监视雷达来说，低可观测目标包括能对卫星及航天器造成严重安全问题的“空间垃圾”，如直径为1～5cm的碎片。
2）对低空目标及远距离低空目标的探测
除低空进入的飞机与掠海飞行导弹外，巡航导弹是另一类需要观测的低空目标。探测远距离的海面目标是当今雷达应解决的重要问题之一。
3）多目标跟踪、多功能及自适应工作方式
相控阵雷达具有同时跟踪多目标的能力。其可根据当时的观测任务、目标状态差异（目标RCS的大小、目标的威胁度、目标的距离等）而自适应地改变其工作方式、工作参数、信号波形和对信号能量的分配。
4）目标识别和雷达成像
发现目标、测量目标的参数（位置、运动参数等）和进行目标识别（类型、形状、数量、真假等）是多功能相控阵雷达需完成的三项基本任务，特别是对于精密跟踪测量雷达（如美国的GBR反导雷达系统），必须同时具有搜索、截获、跟踪和对目标识别的功能，才能完成探测来袭弹头、推算弹道、预测落点和识别真假弹头的任务。
精密跟踪测量雷达具有窄带和宽带两种信号形式，窄带信号用于对目标搜索、截获和跟踪，宽带信号用于目标特性的测量和高分辨成像。
雷达目标识别技术就是从目标的幅度、频率、相位、极化等回波参数中，分析回波的幅度特性、频谱特性、时间特性、极化特性等，以获取目标的运动参数、形状、尺寸等信息，从而达到辨别真伪、识别目标类型的目的。
5）在复杂电磁环境下的抗干扰能力
抗各类有源、无源干扰和杂波是提升精密跟踪测量雷达复杂战场适应能力的必要手段。相控阵雷达还可以对干扰方向自适应波束置零，可以通过幅相加权进行低副瓣控制，使天线方向图在干扰方位生成零陷，从而减小甚至避免干扰进入雷达接收通道。相控阵雷达还可采用频率分集、频率捷变等手段，提升抗干扰性能。
6）宽带数字阵列
数字阵雷达是一种接收和发射都采用数字技术和波束形成技术的相控阵雷达。相比模拟相控阵雷达，数字阵雷达更容易实现自适应波束形成、低副瓣等显著优势。
宽带数字阵雷达具有宽带特性和高分辨、高测量精度等优点，可以获得复杂目标的精细回波特征，有利于对目标分辨和识别；宽带数字阵雷达利于杂波抑制和提高目标探测能力；同时宽带信号还具有低截获性，可提高雷达的生存能力，是精密跟踪测量雷达系统的重要发展趋势。
如前所述，跟踪测量雷达的应用日益广泛，重要性日渐突出。本节将简要给出跟踪测量雷达的应用领域和分类，然后概括介绍典型跟踪测量雷达的一般组成、基本工作原理和主要技术。
跟踪测量雷达是雷达领域的一个重要家族，门类很多，广泛应用于各军用和民用领域，主要包括武器控制跟踪测量雷达、靶场跟踪测量雷达、空间探测跟踪测量雷达和民用跟踪测量雷达等。在这些应用中，通常都要求雷达具有高的测量精度。有些应用中，还要求具有目标特性测量和成像功能。
1. 跟踪测量雷达的应用
跟踪测量雷达的应用主要有以下三类。
1）武器控制跟踪测量雷达
武器控制跟踪测量雷达是一种用来对被射击目标进行跟踪测量，为武器系统提供目标的实时且前置的位置数据以控制武器发射的跟踪测量雷达。有时又称该类跟踪测量雷达为火力控制雷达。
最早使用跟踪测量雷达的是火炮系统。第二次世界大战中，火控跟踪测量雷达的应用，使高炮的射击命中率平均提高了两个数量级。现在几乎所有的地面、舰船、航空火炮及导弹等武器系统都装备有自身的武器控制跟踪测量雷达，武器控制跟踪测量雷达已成为所有武器系统的关键装备。
依据不同武器系统的要求，对武器控制跟踪测量雷达的性能要求也不尽相同。美国为NMD研制的地基雷达（XBR）是一种功能较全、性能较好、技术复杂的武器控制跟踪测量雷达。该雷达除了能在较大空域和足够远的距离（2000～4000km）上监视、截获来袭导弹目标群并对来袭目标进行精密跟踪测量，确保以足够的精度把目标交给拦截导弹外，还能够对目标进行分类、识别，为拦截武器提供末端匹配寻的和拦截后的杀伤评估。
目前发展较快的武器控制跟踪测量雷达还包括一系列的机载武器控制跟踪测量雷达（如F-22 AN/APG-77及其改进型）和舰载武器控制跟踪测量雷达（如宙斯盾SPY-1系列等）。另外，各种近、中、远程地面防空系统（例如爱国者、C300）中的武器控制跟踪测量雷达技术和系统也在不断改进和更新。
2）靶场测量
跟踪测量雷达的另一个重要应用领域是靶场测量，包括：
（1）各种航天器（卫星、飞船等）的发射、运行、回收等阶段的跟踪测量；
（2）各种武器系统（导弹、飞机、火炮等）的飞行试验和鉴定的跟踪测量；
（3）各种武器对抗（防空、反导、空间攻防等）试验和评估的跟踪测量；
（4）各种飞行目标特征（如隐身技术）的跟踪测量与控制等。
一般来说，用于靶场测量的跟踪测量雷达用来鉴定和评估武器系统的性能，因而所要求的跟踪测量精度要高于用于武器控制的跟踪测量雷达的测量精度，通常要高出一个数量级左右，所以用于靶场测量的跟踪测量雷达又叫精密跟踪测量雷达。
最早应用于靶场测量的精密跟踪测量雷达是20世纪50年代美国研制成功的AN/FPS-16（XN-1）雷达。它的测角精度可达0.2mrad。中国也于20世纪60年代自行研制成功同样的雷达，用于中国第一颗人造卫星发射和运行的测量。
本书的大部分章节介绍的内容，为高精度跟踪测量雷达的相关内容。当然，本书内容也适用于一般（中精度）跟踪测量雷达的情况。
3）空间探测
跟踪测量雷达在空间探测与监视上的应用主要包括：
（1）空间飞船或深空探测器的跟踪测量与控制；
（2）行星的探测与跟踪；
（3）空间目标（卫星、碎片与航天器残骸等）的监视与编目；
（4）战略弹道导弹的预警与跟踪测量；
（5）空间目标特性的测量等。
应用于以上空间目标探测的典型跟踪测量雷达有：美国麻省理工学院林肯实验室研制的“磨石山”雷达（天线口径为25.6m）；BMEWS中的AN/FPS-49雷达（天线口径为25.6m）；林肯实验室的“Haystack”雷达（天线口径为36.6m）；夸贾林靶场的TRADEX雷达（天线口径为25.6m）、ALTAIR雷达（天线口径为45.7m）和ALCOR雷达（天线口径为12m）。
2. 跟踪测量雷达分类
从战术应用上，跟踪测量雷达可分为武器控制（或称火控）跟踪测量雷达、靶场跟踪测量雷达、空间探测跟踪测量雷达和民用跟踪测量雷达。
从跟踪测量精度方面，跟踪测量雷达可分为中精度跟踪测量雷达和高精度（精密）跟踪测量雷达。一般情况下，武器控制跟踪测量雷达为中精度跟踪测量雷达，其角度跟踪测量精度在1个到几个毫弧度的量级，距离跟踪测量精度为几十米；而靶场跟踪测量雷达和空间目标探测跟踪测量雷达多为高精度跟踪测量雷达，又称精密跟踪测量雷达，其角跟踪测量精度为0.1mrad的量级，距离跟踪测量精度为几米，测速精度在0.1m/s的量级。
从采用的信号形式上，跟踪测量雷达通常又分为脉冲跟踪测量雷达和连续波跟踪测量雷达。从采用的角跟踪体制上，跟踪测量雷达又分为圆锥扫描跟踪测量雷达和单脉冲跟踪测量雷达。当然，单脉冲跟踪测量雷达又可细分为比幅单脉冲跟踪测量雷达、比相单脉冲跟踪测量雷达及和差单脉冲跟踪测量雷达。这些将在第3章中详细叙述。
从雷达天线波束扫描方式上，跟踪测量雷达有时又分为机械扫描（机扫）跟踪测量雷达、相控阵（电子扫描，简称电扫）跟踪测量雷达，以及混合式（机扫+电扫）跟踪测量雷达。
通常，人们把具有反射面天线的单脉冲跟踪测量雷达称为单脉冲跟踪测量雷达，而把具有相控阵天线的单脉冲跟踪测量雷达称为相控阵跟踪测量雷达。
如前所述，跟踪测量雷达通常是指那些能够连续自动跟踪目标、不断地对目标进行精确测量并输出其坐标位置参数（如方位角
A
z
、
府仰角
E
l
、距离
R
、径向速度
等）的雷达。
连续闭环自动跟踪、高精度的参数测量及高数据率是跟踪测量雷达的主要特点。
典型跟踪测量雷达的基本组成框图如图1.11所示。
图1.11 典型跟踪测量雷达的基本组成框图
跟踪测量雷达一般采用高增益笔形波束天线实现目标高精度角度跟踪和测量。当目标在视角上运动时，雷达通过角伺服跟踪系统驱动天线波束跟随目标运动，以实现对目标的连续跟踪，并由角度传感器不断地送出天线波束的实时指向位置（方位角和俯仰角）数据。
跟踪测量雷达的天线可以是抛物面天线，也可以是平板天线、阵列天线或相控阵天线等。一个基本的要求是能够和馈电网络一起检测目标与天线轴线之间的偏离程度，即检测产生的角偏离误差，可以应用顺序波束或圆锥扫描波束，或单脉冲波束，实现对目标的连续角度跟踪。
跟踪测量雷达发射笔形波束，通过接收与信号处理提取目标回波的方位角、俯仰角及距离和多普勒频率。雷达的分辨单元由天线波束宽度、脉冲宽度和带宽决定。与搜索雷达相比，跟踪测量雷达的分辨单元通常要小得多，以方便获得更高的测量精度和排除来自其他目标、杂波及干扰等不需要的回波信号。
通常跟踪测量雷达的波束较窄（零点几度到2°），因此常常依赖于搜索雷达或其他目标指示信息来捕获目标。
跟踪测量雷达采用窄脉冲信号工作，以保证对目标在距离上进行高精度的跟踪和测量。当目标距离变化时，雷达通过距离随动系统（数字式）移动距离波门（简称距离门），以实现对目标的距离跟踪。距离门的延迟数据即是目标距离。
跟踪测量雷达对目标径向运动速度的跟踪测量过程类似于上述的角度跟踪测量和距离跟踪测量。
这里需要特别指出的是，实现对特定目标在距离上的连续自动闭环跟踪一般是跟踪测量雷达实现角度连续自动跟踪和其他参数自动闭环跟踪的前提和基础。
在跟踪测量雷达中，除了具有目标检测所必需的信号产生功能、发射机、天线、馈线网络、接收机、信号处理及数据处理功能外，还必须具有目标跟踪和测量所必需的多个自动闭环跟踪回路。除了如图1.11所示的距离跟踪回路、速度跟踪回路和角度跟踪回路外，根据不同的需要，一般还具有自动增益（跟踪目标回波幅度）跟踪回路（AGC）、自动频率跟踪回路（跟踪回波信号频率）等。在有的跟踪测量雷达中，还具有极化（回波偏振）自适应跟踪回路。
目前最新的跟踪测量雷达中，不仅采用单脉冲技术，还同时采用相控阵技术、PD技术、PC技术、MTI技术和雷达成像技术等，以满足对目标跟踪测量多种功能和高性能的要求。
典型的精密跟踪测量雷达采用单脉冲体制，并分为相参型和非相参型两类。相参型就是发射机的载波频率和接收机的本地振荡器频率来自同一个高稳定频率源，收/发信号相参具有测量目标径向速度的功能。相参型跟踪测量雷达的发射机一般由2～3级功率放大器组成，测速系统为目标多普勒频率的自动跟踪测量系统。非相参型跟踪测量雷达的发射机为振荡式，设备较简单，造价也较低。
最早的幅度单脉冲跟踪测量雷达是在抛物面天线焦点处放置一个4喇叭馈源，形成对称偏置的4个波瓣，其基本原理框图如图1.12所示。
1. 单脉冲天线和馈源
对单脉冲天线有3个基本要求：
（1）具有高增益和波束，供射频信号的发射及和波束信号的接收用；
（2）天线应具有两个性能良好的接收差波束，以提取目标的角偏差信息。这里的性能良好是指差波束的对称性好、斜率高、零值深度深、电轴（即零点）漂移小；
图1.12 幅度单脉冲跟踪测量雷达基本原理框图
（3）交差耦合小，即方位角偏差信号不应耦合到俯仰通道中，反之亦然，否则会造成耦合误差。
单脉冲天线性能的好坏在很大程度上取决于天线馈源，下面对天线馈源做进一步阐述。
1）4喇叭馈源
前面已经提到过最早的单脉冲跟踪测量雷达采用的是4喇叭馈源。它将4个喇叭接收的信号相加形成和信号，左右两对喇叭之差形成方位差信号，上下两对喇叭之差形成俯仰差信号。这样和馈源口径与差馈源口径是相等的。但由理论分析可知 [7] ，最佳的差馈源口径应是最佳和馈源口径的2倍。因此，4喇叭馈源的和差性能均无法做到最佳，只能折中设计，此即4喇叭馈源的和差矛盾。此外，4喇叭馈源的馈线网络也是比较复杂的。
2）多喇叭馈源
由于4喇叭馈源的和差口径不能独立设计，故其性能无法达到最佳。理论分析表明，采用12喇叭馈源，可使差口径正好是和口径的2倍，所以其和差性能接近最佳。但这种馈源的微波加减网络太复杂，而且口径面积太大，对天线焦点馈电的反射面天线形成散焦，从而降低了天线的性能，因此这种馈源是不实用的。5喇叭馈源作为一种折中方式，由其中间的方喇叭进行发射及接收形成和信号，左右两矩形喇叭接收信息之差形成方位差信号，上下两矩形喇叭之差形成俯仰差信号。因为差喇叭之间的距离较大，所以其差波瓣性能较4喇叭馈源好，这在一定程度上缓解了和差矛盾。此外，这种馈源的加减网络较为简单，所以得到了广泛的应用。美国的多种单脉冲跟踪测量雷达均采用5喇叭馈源。中国研制的单脉冲跟踪测量雷达也大多采用5喇叭馈源。
3）多模喇叭馈源
解决和差矛盾的另一途径是采用多模喇叭馈源。
在正常的波导传输过程中，为使微波信号不发生畸变，要控制波导的宽度使其只允许一种模式（TE 10 模式）的信号传输。当把波导宽度加宽1倍时，就有3种模式信号可以在其中传输。
TE 10 和TE 30 模式的信号合成后使能量进一步向中间集中，其主要部分约占整个馈源口径的一半。TE 20 模式的信号却占用了整个口径。这与最佳和差分布的要求是近似的，因而可以显著地改善和差性能。
当目标位于天线电轴上时，回波信号经天线反射面聚焦后在喇叭馈源正中形成焦斑，只激励起对称的TE 10 及TE 30 波。其合成波传输到隔板处，在两个正常波导中激励起等幅的TE 10 波，在加减网络中相加、相减后，只有和信号输出，差信号为零。若目标偏离电轴，则焦斑也偏离中点，除激励起TE 10 、TE 30 波外，还激励起不对称的TE 20 波，传输至隔板处，在两正常波导中激励起等相但不等幅的TE 10 波，于是加减网络就有相应的差信号输出。
将上述两个多模喇叭叠加即可构成两坐标跟踪用的多模馈源。上下两喇叭的处理与4喇叭馈源上下两对喇叭的处理一样。当然也可将4个多模喇叭叠加使用，以改善俯仰向的和差性能，其使用与前述的12喇叭相似。
多模馈源性能良好，结构简单，但难以实现圆极化工作，所以只适用于线极化跟踪测量雷达。
2. 单脉冲接收机与信号归一化技术
典型的单脉冲接收机有和、方位差、俯仰差3个接收通道。
归一化处理的目的是使角偏差电压只与目标偏离天线电轴的大小有关，而与目标的大小、距离和起伏特性等因素无关，否则将会引起角跟踪系统增益的起伏变化，使系统不能稳定工作。
1）自动增益控制（AGC）技术
自动增益控制是在单脉冲跟踪测量雷达中最常用的信号归一化技术。
跟踪测量雷达在跟踪目标时，目标始终处于天线电轴附近，所以和信号的幅度近似地与目标的角偏差无关，仅随目标回波的大小而变，且对这种变化的和差信号都是一致的。因此，可将检波器输出的和信号经放大处理后形成相应的自动增益控制电压，去控制中频放大器的增益做相应的变化，即目标回波幅度增大，则增益减小；目标回波幅度减小，则增益变大。适当调整自动增益控制回路的参数，可使和信号输出的幅度保持不变，同时能消除差信号中回波幅度变化的影响，从而达到和差信号归一化的目的。
随着数字处理技术及大规模集成电路的应用，许多单脉冲跟踪测量雷达信号的归一化处理已用数字电路完成，这样不仅实时性强，而且可以同时处理多个目标的回波信号。
2）接收机通道合并技术
典型的单脉冲跟踪测量雷达采用三通道接收机，分别处理和信号、方位差信号、俯仰差信号，并且要求通道之间有严格的幅度和相位一致性。
在有些跟踪测量雷达的应用中，由于体积、质量或其他环境条件的限制，希望减少接收通道。例如，将三通道减少为两通道，甚至单通道。当然，这种减少与合并会带来一定的性能损失。
3. 单脉冲角伺服跟踪技术
单脉冲角伺服系统用来控制雷达天线方位与俯仰向的转动，以实现对飞行目标的角度捕获与角度跟踪。单脉冲角伺服系统一般由电压回路、速度回路和位置回路组成。从跟踪接收机来的角误差信号或从各种引导设备来的引导误差信号，都在位置回路以前进行方式转换，并经过位置回路、速度回路校正放大，进入电压回路再进行功率放大后驱动电机，使天线转动去捕获并跟踪目标。并可利用操纵杆手控信号形成速度控制信号操纵天线运动。
目前，跟踪测量雷达的角伺服系统位置回路和速度回路基本上都采用先进的计算机数字校正技术，调试起来较为方便。比较经典的伺服驱动方法是：用晶体管功率放大器推动功率扩大机、以直流电机驱动天线转动；也可以用可控硅放大器去驱动直流电机，从而驱动天线转动。比较先进的方法是采用脉宽调制放大器推动直流电机驱动天线转动。
为了实现角度坐标的数字式输出和显示，角编码器一般选用不低于16位的光电码盘或电感移相器。
单脉冲角伺服系统一般都设计成二阶系统。二阶系统具有精度高、响应快、稳定性好、慢速跟踪性能平稳、操作控制简便和引导截获方式多等特点。
4. 目标距离跟踪技术
脉冲跟踪测量雷达是通过测量回波脉冲相对于发射脉冲的延迟 t R 来求距离 R 的。
目前跟踪测量雷达都采用数字式测距机。数字式测距机主要由定时信号产生器、跟踪回路、距离模糊度判别装置、避盲设备、检测与截获电路、多站工作装置和信标与反射转换装置等组成。
数字式测距机的核心是距离自动跟踪回路。波门产生器把距离计数器的距离码周期地变成滞后于主脉冲的时间量，并产生一对前后波门。处于跟踪状态时，前后波门的中心相对主脉冲的位置延迟代表目标的距离。数字时间鉴别器（又称距离比较器）以数字形式给出回波中心与前后波门中心之间的相对位置。误差的大小正比于两中心相对偏差的大小，误差的极性取决于偏离前后波门的方向。若波门中心超前于回波中心，则输出负误差电压，使距离计数器计数相加，将波门向前推。经系统不断地调整，波门随目标运动而移动，使两中心趋于对齐，从而实现距离自动跟踪。
对应于脉冲重复周期 T r 的雷达脉冲模糊距离 R 0 = c T r /2。如果目标相对于雷达的距离 R 大于脉冲模糊距离 R 0 ，那么目标回波就不落在该重复周期内，因此测得的距离不是目标的真实距离。为了得到目标的距离 R ，要测出距离模糊度 n a 和视在距离 R m ，目标的真实距离 R = n a R 0 + R m 。当发射机发射一组伪随机码时，通过测距机解码来判断出 n a 值。
为了保证3台以上脉冲跟踪测量雷达与应答机协同工作，测距机采用前卫门检测与主脉冲移相技术来完成多站工作控制功能。
5. 目标速度跟踪技术
任何一个运动目标，被雷达照射后反射的回波信号都将产生多普勒频率 f d ，知道了 f d 的大小和符号，就可以测出目标运动的径向速度和方向。精密跟踪测量雷达的测速系统就是一个高精度的频率自动跟踪测量系统。
跟踪测量雷达观察的目标有飞机、导弹、卫星和飞船。它们的速度快慢相差一个数量级，而目标分离（如导弹级间分离、星箭分离）时，目标的加速度和加加速度值都很大。因此，在设计中必须解决加速度捕获和消除测速模糊两大问题。测速系统由测速跟踪回路、加速度捕获电路和消除测速模糊装置三大部分组成。测速跟踪回路是一个具有窄带滤波特性的二阶自动频率跟踪系统。它跟踪回波信号频谱中的一根谱线，当跟踪的谱线是信号的主谱线时，测速跟踪回路就输出精度很高的多普勒频率 f d ，从而完成测量目标径向速度的任务。当跟踪的谱线是信号的旁谱线时，测速跟踪回路需要实现对主谱线的跟踪，则整个过程的关键是消除测速模糊。消除测速模糊的方法是利用跟踪测量雷达测距机测出的距离值，经一阶微分得到一个速度值。这个速度值虽然精度不高，但无模糊。将此速度值与测速跟踪回路测出的速度值进行比较，并进行适当平滑处理，算出模糊度去校正测速跟踪回路，达到消除测速模糊的目的。这个数字处理过程一般采用不变量嵌入法。
单脉冲跟踪测量雷达的多普勒测速原理虽不难理解，但工程实现却比较复杂。要解决测速系统的捕获、跟踪、消除模糊等问题，大大增加了跟踪测量雷达的复杂性。另外，目标运动姿态的变化、旋转和翻滚都会给测速跟踪与消除模糊带来困难。
与单脉冲跟踪测量雷达相比，相控阵跟踪测量雷达的功能特点是能同时进行多目标跟踪测量，有更高的相对测量精度，目标捕获能力强，对群目标有更大的精密跟踪动态范围，能进行雷达跟踪测量资源控制等和更好地满足不同作战任务的需求，是跟踪测量雷达体制发展的趋势。
1. 相控阵跟踪测量雷达的原理 [6]
相控阵跟踪测量雷达与单脉冲跟踪测量雷达相比，主要特点或差异在于相控阵天线。相控阵天线由多个天线单元组成，通过改变每一天线单元通道传输信号的相位与幅度，改变相控阵天线口径照射函数，可以实现天线波束的快速扫描与形状变化。相控阵跟踪测量雷达工作原理图如图1.13所示。
图1.13所示为一个发射和接收共用的线性相控阵天线。发射时，发射机输出信号经功率分配网络分为 N 路信号，再经移相器移相后送至每一个天线单元，向空中辐射，使天线波束指向预定方向；接收时， N 个天线单元收到的回波信号，分别经过移相器移相，经功率相加网络，实现信号相加，然后送接收机。发射和接收信号的转换依靠收/发开关实现。由原理图可见，它的天线系统是一个多通道系统，包括多个天线单元通道，每一通道中均包含移相器。
以下分别简要介绍一维线性阵列（简称线阵）和平面阵列方向图形成的基本原理。假设一个线性阵列由 N 个阵元组成，如图1.14所示。
图1.13 相控阵跟踪测量雷达工作原理图
图1.14 具有 N 个阵元的线性阵列
图1.14中，阵元是均匀间隔的，相邻阵元的间距为 d ，阵列的总长是 L ，有 L = N d ，阵元的中心位于坐标原点 x =0，那么阵元的位置可以表示为
（1.1）
假设每个阵元上的复电压记为 A n ，一个从 θ 方向入射到阵列上的信号由每个阵元接收后进行相干叠加形成合成信号。相干叠加后的电压公式为
（1.2）
式（1.2）中， λ 表示波长，AF（Array Factor）为阵列因子（或阵因子），它描述了 N 个阵元的空间响应。
阵列中每个阵元的方向图描述了该阵元的空间响应。对阵元方向图进行建模时，往往采用余弦函数的乘方形式来表示，其指数称为阵元因子EF（Element Factor）。阵元方向图EP（Element Pattern）的公式如下
（1.3）
整个阵列的合成方向图表达式可以通过方向图乘法定理得到，即由阵元方向图EP和阵因子AF的乘积得到。采用方向图乘法定理计算的前提是假设阵列中每个阵元的特性是一致的，这在大型相控阵跟踪测量雷达中一般都可认为是成立的。
由方向图乘法定理可以得到 N 个阵元组成的阵列方向图公式，即
（1.4）
当 θ = 0°时，式（1.4）有最大值。由于一维线性阵列具有波束扫描的能力，因此它在扫描位置上也能获得合成波束的最大值。
将扫描角记为
θ
0
。当阵列进行波束扫描时，需要对每个阵元的相位或时间延迟进行调整。在式（1.2）中将每个阵元的口径分布展开为复电压的形式
则该式变为
（1.5）
当
时，阵列因子在
θ
0
位置具有最大值，式（1.5）可以表示为
（1.6）
通过适当改变每个阵元激励信号的相位，就可以达到改变一维线阵波束指向的目的，而不需要通过机械运动来控制阵列的波束指向。整个阵列的方向图可以表示为
（1.7）
电扫主要采用相位扫描（相扫）的方式实现。每个阵元都具有一个移相器，其相位变化是频率和扫描角度的函数。移相器的一个重要特性就是它们的相位延迟被设计为关于频率的常数。
平面阵列（Planar Array）天线是指天线单元分布在平面上，天线波束在方位与俯仰两个方向上均可进行相扫的阵列天线。目前，大多数远程、超远程跟踪测量雷达均采用平面相控阵天线。出于各种考虑，一个平面相控阵天线可以分解为多个子平面相控阵天线或分解为多个线阵。平面相控阵天线中各天线单元可按矩形网格排列，也可按三角形网格排列，后者可看成由两个单元间距较大的按矩形网格排列的平面相控阵天线组成。
实际应用中，绝大多数阵列都是二维阵列，一维线阵的理论同样能够扩展到二维应用场合。图1.15是一个 M × N 的二维平面阵列阵元位置图，天线阵列的阵元位于 xy 平面上， x , y 方向阵元的间距分别为 d x , d y 。设辐射方向为 z 的正方向，即指向纸面外方向。这种坐标方向通常称为天线阵面坐标系。每个阵元都有一个移相器或时延器，从而能够进行波束扫描，同时阵元后面的功率合成网络能够对阵元的信号进行相干叠加。
图1.15 二维平面阵列阵元位置图
2. 相控阵跟踪测量雷达主要技术 [8]
有关相控阵跟踪测量雷达系统的理论、实现和应用的技术称为相控阵跟踪测量雷达技术，包括相控阵阵列天线（简称相控阵天线）的理论分析，天线波束指向与形状的快速变化，高功率发射信号的产生、放大与多通道接收信号的处理等技术，相控阵跟踪测量雷达信号能量资源与时间资源管理也是相控阵跟踪测量雷达技术中的重要研究内容。
在相控阵跟踪测量雷达技术中，相控阵天线理论是一个重要内容。它主要研究相控阵天线辐射方向图的综合、阵元间互耦的影响及其降低方法、宽角扫描匹配方法、相控阵天线扫描角的扩大、天线副瓣电平的降低、相控阵天线工作带宽的增加、多波束形成方法及自适应天线方向图的形成等。相控阵天线是一种多通道系统，因此有关其中的馈电网络的理论分析与设计技术是相控阵天线技术中的另一个重要内容，损耗低、耐高功率、大带宽与天线阵元匹配良好的馈电网络是实现相控阵天线的一个关键。具有宽的阵元方向图、互耦小、匹配好的宽带天线单元和低损耗、耐高功率、体积小、质量小、成本低、易控制、开关时间短、相位精度高、稳定性好的移相器是实现相控阵天线的关键部件。
随着高功率固态微波器件和单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC）的出现，每个天线单元通道中可以设置一个固态发射/接收组件（T/R组件），使相控阵天线变为有源相控阵天线。与固态T/R组件相关的技术成了相控阵跟踪测量雷达技术发展的一个重要方向。
相控阵技术发展的另一个重要方向，在于相控阵跟踪测量雷达的数字化程度。随着超大规模数字/模拟（Digital/Analog，D/A）集成电路的高速发展，相控阵天线的数字化程度得到提高，出现了数字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）技术，使相控阵接收天线可以自适应形成多个接收波束。相控阵天线理论与信号处理技术的结合，极大地丰富了相控阵雷达的应用范围。
相控阵跟踪测量雷达的多目标搜索、跟踪与多功能一体化能力，是提升相控阵跟踪测量雷达军用价值的重要技术手段。利用波束快速扫描能力，合理安排跟踪测量雷达搜索工作方式、跟踪方式之间的时间交替及其信号能量的分配与转换，可以适用于目标搜索、目标确认、跟踪起始、目标跟踪、跟踪丢失处理等不同的工作状态；可以在维持多目标跟踪的前提下，继续维持对一定空域的搜索能力；有效地解决了对多批、高速、高机动目标的跟踪问题；能按照雷达工作环境的变化，自适应调整工作方式，按照目标RCS的大小、目标距离的远近，以及目标重要性或目标威胁程度等改变跟踪测量雷达工作方式并进行跟踪测量雷达信号的能量分配。
通过测量目标回波到达跟踪测量雷达的角度，跟踪测量雷达可测出目标的方向（角）。
在搜索雷达中，雷达的测角是利用其辐射（和接收）带有方向性的天线来实现的。当接收到的信号最大时，天线所指的方向就是目标的方向。天线孔径越大（相对于工作波长的比值），则其天线波束的方向性越强、波束越窄，即测角精度越高。但一般来说，这种利用波束最大值进行测角的方法，所得到的精度较低。
目标回波入射波的方向也可以通过测量两个分立接收天线信号的相位差来得出。这就是干涉仪测角的原理，也是比相单脉冲测角的基础。同样，入射波的方向也可以通过测量两个分立接收天线（或同一天线两个倾斜波束）信号的幅度差来得到，这是波瓣转换、圆锥扫描及比幅单脉冲测角的基础。同样重要的是，这种反映目标角位置的相位差和幅度差也是跟踪测量雷达能够实施连续跟踪的基础。
跟踪测量雷达对目标角度跟踪的原理同一般自动控制系统功能一样，包括角位置误差提取、误差处理、角伺服系统驱动与角位置数据传感等。跟踪测量雷达通过天线波束提取目标角位置偏离误差的方法大体上分为三种，即波束转换法、圆锥扫描法和单脉冲法。这三种方法通常又叫作波束转换技术、圆锥扫描技术和单脉冲技术。这种不同的角位置误差测量方法决定了跟踪测量雷达的不同体制，因而采用这些不同方法的跟踪测量雷达又分别称为波束转换跟踪测量雷达、圆锥扫描跟踪测量雷达和单脉冲跟踪测量雷达。
跟踪测量雷达对目标进行角度跟踪，最早采用波束转换技术。它是通过快速地把天线波束从天线指向轴的一边转换到另一边来检测目标相对于天线轴的位置偏离量。
该方法的原理可由图1.16来说明。一个可以通过某种控制（例如，相位控制），从天线轴向两边提供两个波束位置的单波束天线，通过控制可以快速地使天线波束在位置A和位置B来回转换。雷达示波器并排地显示出这两个波束位置时的视频回波。当目标位置处在天线轴上时，波束位置A和波束位置B的目标回波视频脉冲幅度相等［如图1.16（a）所示］（这里假定波束形状对称，两个波束位置偏离天线轴线角度相等）；当目标位置偏离天线轴线时，则两个波束位置上的目标回波视频脉冲幅度不等［如图1.16（b）所示］。跟踪测量雷达操作员可根据示波器上观察到的这种差别的大小及其方向，控制天线转动以保持两个位置上的回波视频脉冲近于相等，由此构成一个人工参与的闭合跟踪回路。
最初采用波束转换角跟踪体制的典型例子是美国20世纪40年代的SCR-268雷达。其优点是设备相对简单，但其角跟踪精度较差，且难适应对快速目标的跟踪。
图1.16 在一个坐标中通过转换波束位置测量角度偏移
圆锥扫描技术由波束转换技术发展而来，即由波束来回转换改变为波束围绕天线轴线连续旋转，来获得目标偏离天线轴线的角位置误差信号。由这个误差信号驱动角伺服系统把天线向减小误差的方向转动，从而实现对目标的角跟踪。
圆锥扫描跟踪技术的典型情况如图1.17所示。通过馈源以天线轴线为中心做机械旋转，使得所形成的天线波束环绕天线轴线进行圆锥扫描［如图1.17（a）所示］。当目标处于天线轴线上时，波束旋转一周，目标回波脉冲幅度不变；当目标偏离轴线时，波束旋转一周接收到的目标回波脉冲的幅度大小形成一个周期性的变化［如图1.17（b）所示］。这个输出视频脉冲包络调制则包含了目标角度偏离的误差信息。其包络调制的幅度正比于角偏离的大小，而其相对于波束扫描的相位则表示角偏离的方向。
图1.17 圆锥扫描跟踪技术
在圆锥扫描跟踪测量雷达中，馈源的扫描运动可以是旋动的，也可以是章动的。旋动馈源在做圆周运动时会导致极化的旋转，而章动馈源在扫描时则保持极化面不变。在一些小型圆锥扫描跟踪测量雷达中，也有让反射面（而不是馈源）倾斜并做旋转来实现圆锥扫描的。
圆锥扫描技术的主要局限性在于其跟踪精度受到限制，这其中的原因首先是由于它对回波起伏敏感，其次是其最远跟踪距离受到限制。
波束转换技术和圆锥扫描技术均是建立在单一天线波束的基础上，通过顺序扫描来检测目标角偏离误差的。由于目标角误差的形成至少要经过一个转换或扫描周期，而在一个扫描周期内，目标回波本身的幅度起伏会被计入角偏离误差信息，从而使这种体制的跟踪精度受到较大限制。
为了克服这种目标回波本身的幅度起伏对角误差提取带来的影响，发展了同时多波束体制的角跟踪技术，即单脉冲技术。
典型的单脉冲天线是在一个角平面上的天线轴线两边同时各产生一个偏置波束［如图1.18（a）所示］并且对称于天线轴线，即波瓣A和波瓣B。这样两个天线波束同时接收处于轴线附近目标的回波信号，通过两个波束接收信号的比较，所产生的误差信号即包含了目标的角偏离信号。由于它能在单独一个脉冲内得到完整的角误差信息［如图1.18（b）所示］，因此，人们便称其为单脉冲技术。当然，单脉冲技术也可用于搜索雷达。
图1.18 幅度比较单脉冲
在精密跟踪测量雷达中，特别是在高精度跟踪测量雷达中，均采用单脉冲技术进行跟踪和测量。而圆锥扫描技术一般用于精度要求不高，或者说中等精度的跟踪测量雷达中。
在脉冲跟踪测量雷达中，通过跟踪测量雷达信号往返目标的时间，即可测出跟踪测量雷达到目标的距离。在远距离和不利的气象条件下，其他类型的传感器都很难达到跟踪测量雷达的测距精度。在合适的条件下，跟踪测量雷达的测距精度可以达到厘米量级甚至毫米量级。
为了测量目标距离或者为了提高距离测量的精度，通常采取的方法包括：
（1）脉冲法。利用目标回波脉冲与发射脉冲的包络相对延迟，来测量目标的距离。通常的脉冲跟踪测量雷达采用这种方法。
（2）频率法。利用频率调制信号，比较回波信号频率与发射信号的频率相对变化量来测量目标距离。通常的调频连续波跟踪测量雷达利用这种方法测距。
（3）相位法。相位法测距一般用于连续波跟踪测量雷达，通过比较接收回波与发射信号的相对相位差来测量目标距离。
下面简述跟踪测量雷达目标距离测量与跟踪的方法。
跟踪测量雷达工作时，发射机经天线向空间发射一串有一定重复周期的射频信号。如果在电磁波传播路径上有目标存在，那么跟踪测量雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于跟踪测量雷达与目标之间，目标到雷达站的距离 R 与回波相对于发射信号的延迟时间成正比，即
（1.8）
式（1.8）中， c 为无线电波在均匀介质中的直线传播速度，约等于光速。
求解测量目标到雷达站的距离 R ，实际上是精确测量回波与发射信号的延迟时间 t R ，然后换算成目标距离 R 。
如上所述，根据跟踪测量雷达发射信号的不同，测定延迟时间 t R 通常可以采用脉冲法测距、频率法测距和相位法测距三种方法。
在实际的脉冲跟踪测量雷达系统中，目标检测首先是建立在目标分辨的基础上。在角度上用一个天线波束在角度维上搜索，或者同时多波束搜索。在距离维上用一个时间门（又称距离门）在规定距离范围内搜索，或者同时多波门搜索。一般将波束、波门定为跟踪测量雷达的分辨单元。
跟踪测量雷达目标检测的过程就是在某一波束位置上的某个距离（时间）波门内判定其接收机输出信号是仅为噪声，还是目标回波信号加噪声。若是后者，则判定为发现目标。目标距离测量则是建立在目标检测发现的基础上，一旦在某个时间波门位置被判为目标出现，则认为该目标的距离参数就在该距离（时间）门的尺度之内。该时间门相对于跟踪测量雷达发射时刻的延迟量（在现代跟踪测量雷达中，通常用数字计数来表示），也就作为该目标相应的距离测量值。
显然，这种测量的精度不会太高，与距离门尺寸（脉冲宽度）的量级差不多。通常在测量精度要求不高的搜索雷达中采用这种距离测量方法。
由于距离门方法所能得到的距离测量估计值的精度接近于距离分辨单元，比较差，所以为了进一步精确，系统应当产生一个与上述粗略延迟估计同目标实际延迟之差成比例的响应。为了构造这种响应，人们很直观地想到了前、后波门方法，即在回波脉冲周期内同时产生两个并列的波门，一个前波门，一个后波门。若回波脉冲的时间位置正好处于两个波门的中间，则在两个距离门中输出的信号能量相等。如果将其相减，则为零；若回波脉冲的时间位置偏离两个波门的中间，则两波门输出的信号能量相减不为零，其大小与时间位置偏离的大小成正比。这样就进一步精确了距离测量值，如图1.19所示。
图1.19 前、后波门距离跟踪
从本质上讲，前、后波门相当于单脉冲测角技术中的两个差波束，从而大大提高了测量灵敏度。所以有时又把这种前、后波门法称为测距的单脉冲技术。
这种前、后波门方法不仅构成了一种距离精确测量的方法，而且，也正是利用这种回波与前、后波门中心偏差所得到的误差量构成了距离自动跟踪方法的基础。
在调频连续波跟踪测量雷达中，通过对发射信号进行频率调制，可以使其具备测距能力，这种通过频率测量来测目标距离的原理如图1.20所示。
图1.20（a）表示一个线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号，粗实线代表发射信号频率与时间的关系，虚线表示从固定目标反射的回波信号与时间的关系。如果目标距离为 R ，则回波将在 t R =2 R / c 后到达，当回波信号与发射信号差拍时，则产生差拍频率（差频） f b ，即
（1.9）
图1.20 频率法测距技术
式（1.9）中，
为连续波载频的变化率。因此通过测量收/发信号的差拍频率即可测量出目标距离。
图1.20（b）表示一个实际应用的三角调频信号，调频范围为Δ F 。图1.20（c）表示在这种信号情况下，一个固定目标距离产生的差频 f b ，即
（1.10）
式（1.10）中， f m 为调频重复频率，Δ F 为调频范围。
这样，差拍频率 f b 的测量就确定了目标距离 R ，即
（1.11）
上述调频测距的原理是基于固定目标的。当目标运动时会产生附加的多普勒频率，从而导致差拍频率测量误差。不过，这种情况可以在一定范围内进行修正，如对多个调频周期的差频进行平均。
相位法测距一般用于连续波雷达。假设连续波雷达发射单载频信号
（
f
0
为发射载频，不考虑它的幅度，原理上对结果分析无影响），信号到达一个距离跟踪测量雷达
R
处的目标并经
t
R
=2
R
/
c
时间返回跟踪测量雷达，则返回的回波信号为sin[2π
f
0
（
t
+
t
R
）]。如果发射信号和回波信号在一个检相器里直接比相，输出将是两者的相位差，即
（1.12）
式（1.12）中， c 为光速。由此即可利用此相位差来测距，即
（1.13）
式（1.13）中， λ 为波长。然而，由于测量得到的相位为取模2π 后的数据，所以只有当Δ ϕ 不超过2π 弧度时，相位差才是不模糊的。把Δ ϕ =2π 代入式（1.13），得到最大不模糊距离为 λ /2，对于任何雷达频率来说，这显然都是没有实际用处的。所以式（1.13）还不能直接用来测量距离。下面给出用双频率相位法来消除相位多值性的测距法。
假设发射信号为含有两个频率间隔为 f 1 − f 2 =Δ f 的正弦波，不考虑其幅度大小的表达式为
（1.14）
式（1.14）中， ϕ 1 和 ϕ 2 是任意的（常数）相位，下标T表示发射信号。回波信号的时延将会发生偏移，偏移后的信号可分别写成为
（1.15）
式（1.15）中， R 0 为 t = t 0 时刻目标距离跟踪测量雷达的距离，下标R表示接收信号， f d1 和 f d2 分别为与载频 f 1 和 f 2 相对应的多普勒频率偏移（频移），下标d表示多普勒。由于两个射频频率 f 1 和 f 2 相当接近（ f 1 − f 2 =Δ f ≪ f 2 ），多普勒频移 f d1 和 f d2 接近相等，由此可以写为 f d1 = f d2 = f d 。超外差式接收机可以分别提取这两个频率信号，即
（1.16）
式（1.16）中，下标D表示超外差处理后的信号。两者之间的相位差为
（1.17）
把Δ ϕ =2π 代入式（1.17），此时的最大不模糊距离 R unamb 变为
（1.18）
双频连续波跟踪测量雷达只可以测量单目标，因为每次它只能测量一个相位差。如果出现多个目标，回波信号处理将会变得复杂，测量的相位将是不确定的。
双频连续波跟踪测量雷达存在着提高测距精度与增大最大不模糊距离之间的矛盾。由此又引入了多频连续波测距体制，对此不做过多介绍，本节只对相位测距的原理做阐述。
用跟踪测量雷达对目标运动速度进行测量有以下4种方法。
（1）对目标距离进行连续测量，从而获得的其距离变化率，即是目标的径向速度。这种方法简单且无速度模糊，但其测量精度受测距精度影响，一般测量误差较大。
（2）高重复频率脉冲信号的回波多普勒频移测量。根据多普勒频移计算目标径向速度。该方法测速精度较高，且无速度模糊，但在距离上存在高度模糊。
（3）中、低重复频率脉冲信号的回波多普勒频移测量。该方法一般既存在速度模糊，又存在距离模糊。
（4）连续波信号回波的多普勒频移测量。仅对于测速来讲，这是最理想的方法，因为精度高，无模糊，但存在着距离测量上的难题。
无论哪种方法，速度测量都需要时间。理论上，相干观测目标的时间越长，测速的精度就越高。
同距离的前、后波门跟踪测量方法一样，用多普勒滤波器组前、后滤波器（细谱线测量）的方法可进一步提高速度测量精度，且提供了目标速度自动跟踪的基础。
当目标相对于跟踪测量雷达在径向上运动时，接收回波的频率
与发射波频率
f
0
相比会有变化，这种变化即是多普勒频率，通常以
f
d
表示，并且
（1.19）
式（1.19）中， v 为目标径向速度， c 为光速。式（1.19）的近似情况是假定目标速度远慢于光速，这是符合实际情况的。另外，当目标远离时，多普勒频率为负，反之为正。
可以很容易得到目标的径向速度 v ，即
（1.20）
因而通过对多普勒频率 f d 的测量，即可得到目标的径向速度值。
如前所述，速度数据也可以通过其他方法得到，如通过对距离数据微分来获取目标的速度测量值，但其测量精度远低于多普勒频率测量的精度。当然，在某些精度要求不高的情况下，也采用距离微分的方法，或者用这种距离微分的数据来消除细谱线测量带来的模糊度。
连续波多普勒测速系统具有测速精度高，且无测速模糊的特点，因而是测速的理想方法。但是，通常连续波跟踪测量雷达为了同时实现对目标距离的测量，需要对连续波进行快速调频。为了确保速度的无模糊测量，其调频频率必须比目标可能的最高多普勒频率高1倍以上，否则就会产生盲速和模糊。
连续波多普勒频率（速度）的测量和跟踪通常是由锁相接收机来完成的。
由频谱分析的基本理论可知，脉冲跟踪测量雷达发射信号的频谱由位于载频 f 0 和边带频率 f 0 ± i f r 上的若干离散谱线构成。其中， f r 为脉冲重复频率（简称重频）， i 为正整数。其频谱的包络由脉冲的形状决定。对于常用的矩形脉冲，其频谱的包络为sin（ x ）/ x 。因此，对于脉冲跟踪测量雷达而言，如果目标的最快速度为± v max ，若想在速度上进行无模糊测量，则跟踪测量雷达的 f r min 为
（1.21）
若想在距离上进行无模糊测量，则跟踪测量雷达的 f r min 为
（1.22）
因此，脉冲跟踪测量雷达多普勒速度测量与跟踪可以分为3种情况进行处理。
一是无模糊速度测量情况，即要求
。例如，一部X波段的跟踪测量雷达要无模糊跟踪测量一个300m/s速度的目标，则其
f
r
必须大于40kHz；一部C波段的跟踪测量雷达跟踪测量一个10km/s速度的目标，则其
f
r
必须大于800kHz。这就是说跟踪测量雷达必须是高重频的，因而其距离测量是高度模糊的。跟踪测量雷达需要采取措施消除距离测量的模糊度。
二是无距离模糊测量情况，即要求重频
。例如，一部测量距离为300km的跟踪测量雷达，其
f
r
必须小于500Hz，因而其速度测量是高度模糊的。这是低重频跟踪测量雷达的情况。
三是重频处于上述两者之间的情况，即中重频，可以同时进行距离和速度测量，但均为模糊测量。这种情况下需同时采取措施消除速度模糊和距离模糊。
脉冲多普勒速度的测量与跟踪通常由频谱分析和细谱线跟踪滤波器完成。
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