雷达原理角度测量.

等信号法 利用两个相同且部分重叠的波束。当目标位
于两波束交叠轴处时，两波束收到回波信号 相等，交叠轴方向即为目标方向。
实现方法： 同时波瓣法、顺序波瓣法 特点：精度高(提高一个数量级)，可判别目标偏离方向 和大小；结构复杂、灵敏度有损失
第三节 天线波束的扫描方法
雷达波束按一定方式照射给定空域，完成目标探测和坐标测量
§7.4.4 高度测量

方法 由目标斜距和仰角得到
(ae ht )2 R2 (ae ha )2 2R(ae ha )cos(90 )
R 2 2 R(ae ha )sin ae ht (ae ha ) 1 2 ( a h ) e a ha ae
y 仰角 A D C 等信号轴
B
x 方位
§7.5.2 单脉冲自动测角系统
同时波瓣测角法
利用和差比较器实现和差波束，同时接收目标回波信号
差信号
用于发 射观察 和测距
发射信号
和信号
差
即信号相位差
，反相。
用于测角
思考
测角精度差


d12
接收机 接收机
13

d13 sin 2 N 测角模糊
测角精度高
法线方向
12
13
d13
接收机
13 d13 2 N 12 d12 12
13 arc sin 2 d 13
d13 N INT 12 2 d12
目标位于等信号轴
目标回波信号强度不变
目标偏离等信号轴
A目标回波信号强弱变化规律
2π/ωs
φ0/ωs
目标偏离等信号轴时
回波信号幅度产生强弱变化 回波信号幅度近似为正弦波调 制的脉冲串 调制频率为天线的圆锥扫描频 率ωs，调制深度取决于目标偏 离等信号轴的大小，起始相位 由目标偏离等信号轴的方向来 决定。
余割平方扇形波束 特点：相同高度上目标回波强度相同，可同时测R、α、β
H
R β
PG t t Ar Pr Ar S2 (4 ) 2 R 4
收发同天线
2 2 PG t Pr (4 )3 R 4
同一高度目标回波强度不变 用途：搜索、警戒、地面测绘
§7.3.2 天线扫描方式

机械扫描 电扫描
max arc sin
2d
2 d
测角范围 max ,max

实现方法
将两天线收到的高频信号与同一本振差频后在中频上比相
uI 1 UI 1 cos ( L )t L
u1 U1 cos(t )

方法 圆锥扫描自动测角
单脉冲自动测角
顺序波瓣测角法
§7.5.1 圆锥扫描自动测角系统
目标方向
天线最大辐射方向偏离等信号轴O’O，当波束以一 定角速度ωs绕轴O’O旋转时， O’B在空间画出一个 圆锥，故称圆锥扫描。
垂直于等信号轴的波束截面位置变化示意图
y 方位 波束中心 ωs φ0 x 方位 波束截面 A 波束中心 运动轨迹 等信号轴

d sin
d
2

d cos d
d

2 d cos
d
d
d


2

d sin 可能超出2
实际读数
测相模糊
2 N
提高测相精度要求 尽量小 d 测相不模糊要求 尽量大 d
矛盾！！！
解决方法
12
2
三天线法测角目标方向2d12 sin 2 无测角模糊
目标

相位扫描基本原理

jk ( ) E e j ( k k ) E( ) E0 E1 Ei EN 1 Ek E e k 0 k 0 k 0
N 1
N 1
N 1
2 d

E( ) max
N sin ( ) j N 1( ) ) 2 e 2 E ( ) E 1 sin ( ) 2 NE
机械扫描
整体运动
笨重，扫描速度低
反射面运动
笨重，扫描速度高
馈源变动 更轻，扫描速度更高

电扫描
相位扫描、频率扫描、时间延迟法 特点：扫描速度很高，波速控制灵活 缺点：波束宽度展宽，天线增益减小，系统复杂
§7.3.3 相位扫描法
在阵列天线元采用控制移相器相移量的方法改变激励 相位，从而实现电扫描。
双端 相位 检波器
uL U L cos(Lt L )
u2 U 2 cos t
uI 2 UI 2 cos ( L )t L
UO UO1 UO2 KdUd1 KdU d 2 KdU1 sin

测角误差与多值性问题
测角误差

2
鉴相精度
13
§7.2.2 振幅法测角

测角原理
利用天线收到的回波信号幅度来做角度测量。幅度 变化规律取决于天线方向图以及天线的扫描方式。

测角方法
最大信号法、等信号法

最大信号法
天线扫描过程中收到最强回波时， 天线所在指向为目标方向
优点： 灵敏度高，能充分利用信号能量 缺点： 精度差，20％θ0.5 ，不能判别误差方向
P201，图7.1
第二节 测角方法及其比较
§7.2.1 相位法测角

测角原理



接收机
利用多个天线所接收到的回波信号间的相位差测角
目标方向
2
R d sin

R
法线方向 R d sin
d
接收机


2

d sin
ˆ arc sin
,
§7.3.1 波束形状和扫描方法

针状波束
扫描方式： 螺旋、分行、锯齿
波束形式：
θ0.5
特点：同时测距离、方位、俯仰；精度高 方位、俯仰波束窄；扫描速度慢。
用途：火控

扇形波束
扫描方式：圆周扫、扇扫
θ α 0.5
波束形式：
θβ0.5
0.5
可测 R、α，但β不可测
0.5
特点：方位窄、俯仰宽，或相反； 扫描速度快。 用途：警戒
13 2 N
例：采用三天线的相位法测角设备，已知 d13 / d12 6， 若相位计13 的结构误差 13 是相位计 12 结构误差
12 的两倍，求二者的测角精度之比 13 / 12
解： 2 d sin


2 d cos


13 2 d13 cos 13 d12 13 1 1 2 12 3 12 d13 12 6 2 d12 cos 12
第七章 角度测量
第一节 概述

测角的物理基础
天线对于不同方向到达的电磁波具有 不同的振幅和相位的响应
电波在均匀介质中传播的直线性，雷达天线的方向性。

测角的性能参数：
测角的方法
相位法、振幅法
利用振幅响应进行测角
测角范围、测角速度、测角精度或准确度、角分辨力。

利用相位响应进行测角

天线的方向图
半功率点位置
R2 ht ha R sin 2ae
1 2
ht R sin
第五节 自动测角的原理和方法

作用 目标精确定位 应用 空中交通管制、防空火控、卫星跟踪
自动测距 自动测角 时间鉴别器 角误差鉴别器

原理
目标偏离轴线（即出现误差角ε），产生一个误差电 压，其值正比于ε，极性随偏离方向不同而改变。误差电 压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小ε方 向运动，使天线轴线对准目标。
sin

2 d

sin 0
N sin ( ) E ( ) 1 2 F ( ) E ( ) max N 1 sin ( ) 2 N 2 d sin sin 2 1 N 1 2 d sin sin 2
一般性质
F ( ) F (0), , F ( ) F ( ), , 2 1 , 1,2在主瓣内
F (2 ) F (1 )
1 F (0) 2
半功率宽度0.5
F (0.5/2 )
典型函数
余弦函数、高斯函数、辛克函数、…