解疑 | 距离门（range gate）和距离仓(range bin)的区别？

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【正文】

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在学习雷达信号处理时，调皮哥经常会看到距离门（range gate）和距离仓(range bin)这两个不同的术语，有时候我个人觉得这两个术语似乎是指的是同一个东西，而且很多文献资料都认为这两个东西是指同一个东西。

但仔细思考却发现：既然指代的是同一个东西，那为什么还要采用两个词语，这不是显得复杂了吗？科学一贯讲究简单美，那么是否是这两个术语代表不同的含义、存在细微的区别呢？

带着上述的疑问，我开始查阅各种资料，但国内外大家对于这两个概念似乎都没有一个比较清晰的说明，而且很多资料都默认距离门和距离仓都代表同一个东西，但我个人头铁、强行认为这两个概念还是有一些区别的，非要找到一些蛛丝马迹来论证我自己的想法，即使是论证失败了，那也能够促进我自己的理解。

1. 距离门（距离波门、波门）：range gate

2. 距离仓(距离箱、距离单元）：range bin

距离门的概念，最早来源于模拟电路。

在模拟电路中定义：距离门是在规定时间内选择信号的电子电路，“门”的含义就是指：在这段规定的时间内允许信号通过，在其他时间“门”不允许信号通过，处于关闭状态，故而称为“门”，其实通俗理解就是一个开关，也可以和门函数的模型辅助理解。

在今天，我们可以利用“信号的采样模型”来理解“距离门”的概念，以及搞明白我们为什么要采用距离门这种电路。

其实，在早期的军用雷达中，大部分雷达采用脉冲体制，测距原理也十分简单，即利用时延法测距，距离等于时间乘以光速除以2，因此只要知道时间，就能知道目标的距离。但是在当时，还没有ADC芯片，电路也无法精确捕捉到脉冲回波信号的时间。

但是，聪明的雷达工程师们采用了一种独特的电路，即距离门或者称为距离波门的开合电路实现了对目标回波时间的采样，距离波门结构如下图所示。

其具体工作原理为：距离波门电路按照特定的时间顺序开合，这样相当于自动形成一个对时间采样的电路，每个开关对应一个特定的距离。当存在有目标回波信号时，如果正好该信号在某个距离波门闭合时通过，得到该距离波门的序号就可以确定目标的距离信息，在后面的信号处理器中显示目标的信息。

假如一共有100个开关，每间隔0.01ms的时间依次按照顺序开合，则理想条件下，可以检测到的最远距离为： 

最小距离为：

其中，最小探测距离1.5Km即为距离分辨率。若第49个距离波门捕捉到回波信号，则其代表的距离为：

因此，距离波门相当于是一个对时间进行采样的ADC，其采样间隔（采样频率）和距离范围由雷达工程师根据雷达系统的探测的需求自主设定，当然这种方式会存在一定的缺陷，因为开关闭合的时间间隔对目标的距离分辨率有很大的影响，但是在当时二战时期，这种方法已经足够用于探测敌人的飞机了。

随着雷达的数字化发展，当采用数字信号处理（DSP）时，距离的测量本质上使用了和距离波门模拟电路同样的方法，接收机回波信号的幅度被距离波门（ADC芯片）周期性地采样，如下图所示。

在这段采样的时间里，信号的幅度被量化为数字信号，存储到被称为距离仓”的缓存区中（ADC_BUFF），然后再由DSP处理器进行下一步的处理，如距离维FFT、速度维FFT等。

根据《机载雷达导论》中论述，我们可以得出结论：距离门和距离仓本质上其实是同一个东西，只是距离门是早期提出来的方法和概念，其具体是模拟电路；而距离仓是因为数字技术的发展后采用的另一种在本质上和距离波门同样的方法，其具体是数字量化后的结果，距离仓也叫做距离单元。

随着时代的进步，人们对于这两个词语的使用没有做过多的区分，距离门的概念其实是继承了早期雷达的叫法，现在应该所有的雷达都应该叫做距离仓，只是因为大家习惯了以前的叫法，便遗留下来了，因此才会对今天的初学者造成一定的困惑，以为这两个概念是不同的东西。

不过，关于距离门的概念还有一点需要注意区分。

在现代雷达系统中，跟踪是通过数字方式完成的，在这里，“距离门”可以指包括但不限于：

（1）脉冲压缩/DFT （FFT）后的采样数据中的一个采样点，这是最常见的定义之一。关于这个概念，上述文章已经做了很多说明，相信读者都应该能够理解。

（2）根据第（1）条中的定义，每个采样点都是自己的距离门，可以用来定义距离跨度。

（3）在限制检测/跟踪算法中，距离门用来表示搜索空间的特定值，是一个实时的变量。

上面三条基本上全部概括了距离门概念的使用领域，这里距离门和距离仓还有一些小小的区别，希望读者注意区分。下面还有几个比较容易混淆的概念在这里一并给读者列举出来，希望帮助大家理解。

（1）距离选通（range gating）：雷达的距离计算由所谓的距离门（距离波门）控制，这意味着接收到的回波信号在给定的时间间隔进行采样，并且这些时间点中的每一个都对应于距离上的距离门。距离选通可以认为是一个过程量，即距离门开关闭合这段时间内，对某一个特定的距离表示接受或者选择。

（2）距离像（一维）：一维距离像的概念是针对距离分辨率较高的雷达，目标在雷达看来是可分辨的，不再是低分辩雷达视角下的一个点目标。顾名思义，一维距离，指的是距离维度，“像”指的是目标在雷达的采集波门中的多个距离单元呈现分布。

高分辨率一维距离像(HRRP)不仅提供了目标的几何形状和结构特点, 还包含了目标识别所需的更多相关信息，一维距离像实际为目标上各距离单元的散射强度分布图。这个概念可以在《雷达成像技术》一书中得到更多的了解。

（4）距离维：距离维度，也称为快时间维，因为距离维度是对同一个脉冲内的信号进行采样，采样率比较高，因此称为快时间维。速度维的数据的采样时间是脉冲重复周期，采样率比较低，因此称为慢时间维。距离维和速度维这两个概念是用得非常多，读者需要谨记。

（5）距离向：距离向和方位向一般是针对SAR成像而言的,SAR成像是斜距成像，沿着轨道的方向称为方位向，沿着雷达波发射的方向为距离向。

总结：本文讨论了距离门和距离仓之间的来源和区别，还分别论述了距离波门、距离门、距离仓、距离箱、距离单元、距离选通、距离像、距离维、距离向等概念，希望读者不要混淆。

你看通过对这些基本概念的分析，我们又能了解到雷达的发展历史，以及窥探早期的雷达工程技术人员解决问题的思路，即使当初没有ADC采样芯片，他们也能想到利用这种“门”电路来实现时间的采样，不得不佩服前人的智慧。

加油，雷达er们！

参考文献

1.《机载雷达导论》 George W.Stimson

2.《雷达成像技术》 保铮 等

3. 《雷达原理》丁鹭飞 等

【进群方式】

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