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雷达大作业
单脉冲雷达在测角方面的应用
姓名:刘万康
班级:1302031
一、自动测角系统简介
在火控系统中使用的雷达,必定快速连续地供应单个目标(飞机、导弹等)坐标的精确数值,其他在靶场测量、卫星追踪、宇宙航行等方面应用时,雷达也是察看一个目标,而且必定正确地供应目标坐标的测量数据。
为了快速地供应目标的精确坐标值,要采用自动测角的方法。自动测角时,天线能自动追踪目标,同时将目标的坐标数据经数据传达系统送到计算机数据办理系统。
和自动测距需要有一个时间鉴别器相同,自动测角也必定要有一个角误差鉴别
器。当目标方向偏离天线轴线(即出现了误角差ε)时,就能产生误差电压。误差
电压的大小正比于误角差ε,其极性随偏离方向不相同而改变。次误差电压经追踪系
统变换、放大、办理后,控制天线向减小误差角的方向运动,使天线轴线对准目标。
用等信号法测角时,在一个角平面内需要两个波束。这两个波束能够交替出现
(序次波瓣法),也能够同时存在(同时波瓣法)。前一种方式以圆锥扫描雷达为
典型,后一种是单脉冲雷达。
二、单脉冲雷达简介
单脉冲雷达是一种精美追踪雷达。它每发射一个脉冲,天线能同时形成若干个
波束,将各波束回波信号的振幅和相位经行比较,当目标位于天线轴线上时,各波
束回波信号的振幅和相位相等,信号差为零;当目标不在天线轴线上时,个波束回
波信号的振幅和相位不等,产生信号差,驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标,
这样即可测出目标的高低角和方向角,从各波束接收的信号之和,可测出目标的距
离。从而实现目标的测量和追踪。
三、单脉冲雷达的自动测角系统中的优势
1、角度追踪精度
与圆锥扫描雷达对照,单脉冲雷达的角度追踪精度要高得多。其主要原因有以下两点:
第一,圆锥扫描雷达最少要经过一个圆锥扫描周期后才能获得角误差信息,在此时期,目标振幅起伏噪声也叠加在圆锥扫描调制信号(角误差信号)上形成搅乱,而自动增益控制电路的带宽又不能够太宽,省得将频率为圆锥扫描频率的角误差信号也圆滑掉,所以不能够除掉目标振幅起伏噪声的影响,在锥扫频率周边必然带宽内的振幅起伏噪声能够进入角追踪系统,引起测角误差。而单脉冲雷达是在同一个脉冲内获得角误差信息,且自动增益控制电路的带宽能够较宽,故目标振幅起伏噪声的影响基本能够除掉。
第二、圆锥扫描雷达的角误差信号以调制包络的形式出现,它的能量存在于上、下边频的两个频带内,而单脉冲雷达的角误差信息只存在于一个频带内。故圆锥扫描
雷达接收机热噪声的影响比单脉冲雷达大一倍。单脉冲雷达的角追踪精度比圆锥扫
描雷达的要高一个量级,约为密位。
2、天线增益和作用距离
单脉冲雷达在增益利用方面比圆锥扫描雷达好。单脉冲用和波束测距,差波束测角,
合理设计馈源可使和波束的增益与差波束的增益同时最大,所以使测距测角性能最
佳。在相同天线增益、发射功率、接收机噪声系数情况下,单脉冲雷达比圆锥扫描
雷达作用距离更远、测距精度更高。而且,圆锥扫描雷达的角追踪矫捷度的作用距
离不能够同时最大,兼顾两者性能,权衡选择波束参数,只能做到角追踪矫捷度和作
用距离约为最大值的88%。
3、角度信息的数据率
单脉冲雷达比圆锥扫描雷达高。单脉冲雷达理论上只要一个脉冲就可以获得一次角
信息,数据率为fr(脉冲重复频率)。而圆锥扫描雷达必定经过一个圆锥扫描周期才
能获得一次角信息。圆锥扫描一周内最少需要四个脉冲,所以理论数据率是fr4,考
虑到调制包络信号不失真,平时需要10个脉冲以上,所以实质数据率小于fr10。
4、抗搅乱能力
圆锥扫描雷达易受敌方回答式搅乱。因为敌方接收到的圆锥扫描雷达发射信号也是
正弦调制信号,进行倒相放大,尔后去调制高频信号再发射回来,圆锥扫描雷达接
收此信号后,天线轴线就追踪到错误的方向上,而单脉冲雷达没有回答式搅乱的影
响。
5、复杂程度
单脉冲雷达在结构和技术上比较复杂,需要多个性能完满的宽频带馈源和高频
和差比较器,多路接收机要求性能一致,若是各路相位和振幅不平衡,会使测角灵
敏度降低并加大测角误差,所以单脉冲雷达技术复杂,加工工艺要求高。
因此可知,要求精美追踪特别是远程精美追踪雷达,常用单脉冲系统。
四、单脉冲雷达系统
多路接收是实现单脉冲定向的技术方法,单脉冲定向的要点就在于用几个独立的接出入路同时接收目标的回波信号,尔后再将这些信号加以办理比较,最后计算获得目标信号的到达角。平时,在三维空间对一个目标定向要采用四个独立的接出入路:方向面两个支路,俯仰面两个支路。
依照角度鉴别器和测角方法的不相同,单脉冲雷达系一致般能够分为九各种类,以下表所示。以下图给出了两维角坐标(方向和俯仰)振幅和-差式单脉冲雷达系统框图。
五、
冲定
理
对
定向,
目标的

测角方法(角
三种定向方法的基本单脉冲雷达
度鉴别器的
种类)
振幅法
相位法
综合法
振幅法
振幅——振幅
相位——振幅
综合振幅
相位法
振幅——相位
相位——相位
综合相位
和差式
振幅和——差
相位和——差
综合和——差

单脉
向原
目标的
即测定
方向,
是雷达的主要任务之一。单脉冲定向是雷达定向的一个重要方法。所谓“单脉冲”,
是指派用这种方法时,只要要一个目标回波脉冲,就可以给出目标角地址的全部信
息。依照从回波信号中提取目标角信息的特点,能够将单脉冲定向分为两种基本的
方法:振幅定向法和相位定向法,分别见于以下图。除了上述两种方法外,由它们合
成的振幅—相位定向法(或称为综合法)也获得了广泛的应用。
1、振幅定向法
振幅定向法是用天线接收到的回波信号幅度值来进行角度测量的,该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线的扫描方式。振幅定向法能够分为最大信号法和等信号法两大类,其中等信号法又能够分为比幅法和和差法。
以以下图,平面两波束相互部分交叠,其等强信号轴的方向已知,两波束中心轴
与等强信号轴的偏角0也已知。假设目标回波信号来向与等强信号轴向的夹角为θ,
天线波束方向图函数为F(θ),则两个子波束的方向图函数可分别写成
F1( )
F
0
F2
F
0
u1
KaF1
两波束接收到的目标回波信号能够表示成:
u2
KaF2

KaF
0
KaF
0
其中Ka为回波信号的幅度系数。
对于比幅法,直接计算两回波信号的幅度比值有:

u1F
u2F

0
0
依照上式比值的大小能够判断目标回波信号偏角θ的方向,再经过查表就可以估
计出θ的大小。
对于和差法,由u1和u2可计算获得其和值u及差值u分别以下:
其中F( )F
F( )F

0
0

F
F

0
0

称为和波束方向图;
称为差波束方向图。
若θ很小(在等强信号轴周边),依照泰勒公式能够将F0和F0张开近
似为:
进一步能够获得:
归一化和差信号值可得:
uF
uF
F0

0
(2-6)
0
其中F0是天线方向图在波束偏转角0处的归一化斜率系数。
即可计算获得目标回波信号偏角θ为:
对于振幅定向法来说,其优点是测向精度较高,便于自动测角,缺点是系统较复杂,作用距离较小等。
2、相位定向法
相位定向法是将两个天线接收到的信号相位加以比较以确定目标在一个座标平面内方向。如上图所示,对于遥远地域内的点目标,目标回波可近似看作是两列平行波分别入射到两天线上,所以两天线接收到的目标回波信号振幅相同而相位不相同。
两天线接收到的目标回波信号时差为:
其中C为电磁波在空气介质中的流传速度。
则对应的相位差为:
若是我们能测出信号到达天线1和2的相位差,那么,我们就能获守信号到达的方向θ为:
相位定向法简单获得较高的精度,这是它突出的优点,其缺点是简单引起相位差的测量模糊,并需要对信号频率进行测量。
六、MATLAB仿真
1、程序代码
k=;
d=;
labda=2*pi/k;
theta_3db=*labda/d;
theta_k=theta_3db/3;
theta=-*theta_3db::*theta_3db;
f1=exp(-*(theta-theta_k).^2/theta_3db^2);
f2=exp(-*(theta+theta_k).^2/theta_3db^2);
sigma=f1+f2;
delta=f1-f2;
figure,subplot(221),plot(theta,f1,'g-'),gridon
holdon,plot(theta,f2),xlabel('\theta'),ylabel('两馈源形成的波束');
subplot(222),plot(theta,sigma),xlabel('\theta'),ylabel('和波束
\Sigma'),gridon
subplot(223),plot(theta,delta),xlabel('\theta'),ylabel('差波束
\Delta'),gridon
subplot(224),plot(theta,(delta./sigma)),gridon
xlabel('\theta'),ylabel('归一化\Delta/\Sigma')
2、仿真结果
3、