单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真_张艳花
雷达大作业---振幅和差角度测量及仿真
雷达原理大作业单脉冲自动测角的原理及应用学院：电子工程学院作者：2016年5月21日单脉冲自动测角的原理及应用一．摘要单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种，其测角精度高，抗干扰能力强，在现实中得到了广泛的应用。
而其中对于接收支路要求不太严格的双平面振幅和差式单脉冲雷达，更是备受青睐。
本文首先讲述了单平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的原理，再简述了双平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的结构框图，接着简述了本文仿真所用的一些原理和公式推导，包括天线方向图函数及其导数的推导，最后做了基于高斯形天线方向图函数的单脉冲自动测角，基于辛克函数形天线方向图函数的单脉冲自动测角，和基于高斯形天线方向图函数的双平面单脉冲自动测角。
源代码在附录里。
二．重要的符号说明三．单平面振幅和差式单脉冲自动测角原理单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种。
在单平面内，两个相同的波束部分重叠，交叠方向即为等信号轴的方向。
将这两个波束接收到的回波信号进行比较就可以在一定范围内，一定精度要求下测到目标的所在角度。
因为两个波束同时接到回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只要分析一个回波脉冲即可，所以称之为“单脉冲”。
因取出角误差的具体方式不同，单脉冲雷达种类很多，其中应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，其基本原理说明如下：1.角误差信号雷达天线在一个平面内有两个重叠的部分，如下图1所示：图1.振幅和差式单脉冲雷达波束图(a)两馈源形成的波束 (b)和波束 (c)差波束振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。
其中差信号即为该角平面内角误差信号。
若目标处在天线轴方向（等信号轴），误差角0ε=，则两波束收到的回波信号振幅相同，差信号等于0。
目标偏离等信号轴而有一个误差角ε时，差信号输出振幅与ε成正比而其符号则由偏离方向决定。
2.和差比较器这里主要使用双T 插头，示意图如下图2（a ）所示。
单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真
『 竺 ！ Ｈ竺 Ｉ － Ｈ 竺 １ 竺
＼
空 塑由
图 ｌ 在 一 个 平 面 内 的振 幅一 幅 式 振
单 脉 冲 雷 达 组 成 框 图
如 果加 在 天线 系统 输 入端 的 目标 回波 信 号
Ｚ ＡＮＧ ｎ ｈ ａ Ｈ Ｙａ － ｕ ．ＺＡＮ Ｂ ｏ．Ｗ ＡＮＧ ｉ ｎ ＣＨＡＮＧ ｎ Ｊａ ． Ｈｏ ｇ （ ｙ Ｌ ｂ ｏ ｎ ｔ ｕ ｅ ｔ ｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｄｙ ａ ｃ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ（ ｉ ｉ ｔｙ ｏ ｕ ａ ｉ ｎ ， Ｋｅ ａ ｆ Ｉ ｓ ｒ ｍ ｎ ａ ｉ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｍｉ ａ ｕ ｅ ｎ Ｍ ｎ ｓ ｒ ｆＥｄ ｃ ｔｏ ） ｏ Ｓ ｈ ｏ ｆＩ ｆ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ Ｃｏ ｃ ｏ ｌ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｍｍｕ ｉａ ｉ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ． ｒ ｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＣｈ ｎ ・Ｔａ ｙ ａ ３ ０ ・Ｃ ｉ ａ ｏ ｏ ｎ ｃ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｏ ｎ Ｎｏ ｔ ｉｅ ｓｔ ｏ ｉ ａ ｙ ｉｕ ｎ ０ ０ ５ ｌ ｈｎ）
维普资讯
・
３ ８ ３ ・
弹 箭 与 制 导 学 报
２０ ０ ７矩
单脉冲雷 达主动测 角与被动测 角的建模 与仿真
张艳 花 ， 簪 波 ， 王 鉴 ， 常 虹
（ 中北 大 学 信 息 与 通 信 工 程 学 院 仪 器 科 学 与 动 态 测 试 教 育 部 重点 实 验 室 ． 原 太 ００５） ３ ０ １ ［ 要］ 文 中 通 过 对 回 波 信 号 、 摘 噪声 调 频 干 扰 信 号 、 噪 声信 号 以 及 单 脉 冲 雷 达 角 跟 踪 系统 各 电 路 模 块 的 数 学 热
主瓣干扰下多点约束自适应单脉冲测角方法
主瓣干扰下多点约束自适应单脉冲测角方法饶灿;李荣锋【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2011(9)3【摘要】当存在主瓣干扰的情况下，采用常规的自适应波束形成技术会使单脉冲曲线严重失真，从而导致无法对感兴趣的目标正常测角及跟踪。
为了在抑制主瓣干扰的同时能基本保持自适应单脉冲比曲线不失真，提出了一种基于多点约束的自适应单脉冲测角方法，该方法采用约束自适应波束形成技术，即在自适应抑制干扰的同时选取多个约束点对用于测角的单脉冲比进行约束，从而大大提高了存在主瓣干扰下单脉冲测角的性能。
计算机仿真实验证明了该方法的有效性。
%The conventional adaptive beamforming leads to a serious distortion of monopulse ratio curve in the presence of mainlobe jamming, which results in a failure of angle estimation and tracking of a target. A multipoint constraint adaptive monopulse algorithm is presented in this paper. This adaptive beamforming approach is capable of suppressing mainlobe jamming while maintaining monopulse ratio undistorted, which greatly improves the performance of angle estimation. The simulation proves the validity of the proposed method.【总页数】5页(P232-236)【作者】饶灿;李荣锋【作者单位】空军雷达学院雷达兵器运用工程重点实验室，湖北武汉430019;空军雷达学院雷达兵器运用工程重点实验室，湖北武汉430019【正文语种】中文【中图分类】TN957；TN958【相关文献】1.主瓣干扰下平面阵自适应波束优化方法 [J], 杨勰;张明敏;袁骏2.主瓣干扰下宽带圆阵自适应波束形成方法 [J], 覃岭;黄茜;李会勇;何子述3.一种在主瓣干扰条件下稳健的自适应波束形成方法 [J], 李荣锋;王永良;万山虎4.基于干扰分类的自适应抗主瓣干扰方法 [J], 宋建强;张振标;全刚;唐和根;孔阁5.GSC结构相控阵在主瓣干扰下的自适应单脉冲方法 [J], 陈子昂;杨嘉伟;陶琛琛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于数字阵列雷达的单脉冲测角技术研究
… ｅ
］ ｅ
展 开式 （ １ ） ， 接 收信 号 是 一个 Ⅳ×１ 维 的矩 阵 ， 即
ｍ
… ｅ
一
ｒ ．因此 ， 和
（ Ｓ ｉ ｎ ０ ＿ ｓ ｉ ｎ ） （ ３ ）
系统 结 构 出发 ， 给 出了２ 种 数 字 和 差 单 脉 冲 的 测
角原理 ， 比较 了 白噪声 和 阵元 通 道 幅 相误 差 对 ２
． ． ．
．．．
．
．
．
．
．
．
．
．
．
．
．
．
—
—
－ｊ ２ ￣Ｎ
． ． ． ． 。
－
１ ０ ） ｄ ｓ ｉ ｎ
．
．
—
—
－ｊ Ｎ ｎ （
， ． ． ，
－
ｄｓｉ １ ） ｎ ０
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． — —，．ຫໍສະໝຸດ ．．．．．．．．．
∑ ： ［ １ ｅ
１ 阵列信号模型
如图１ 所示 ， Ⅳ 单 元 均 匀 线 阵模 型 ， 天 线 阵
元间隔 ｄ， 经 过 数 字 下 变 频 和 中频 Ａ Ｄ采 样 后 接
， ，
ｌ ｓ ｉ ｎ （
（ ｓ ｉ ｎ ０ 一 ｓ ｉ ｎ ０ ） ） ／ ｓ ｉ ｎ （ （ ｓ ｉ ｎ ０ 一ｓ ｉ ｎ ０ ） ） ｌ
价值．
关键词： 数 字阵 列 雷达 ； 数 字波 束 形成 ； 单 脉 冲测 角 中图 分类 号 ： Ｔ Ｎ ９ ５ ７ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： ２ ０ ９ ５ － ５ ８ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ １ ８ ４ ． ０ ４
单脉冲自动测角系统在导引头中的应用
雷达原理大作业——单脉冲自动测角系统在导引头中的应用学院：电子工程学院完成人及学号：杨超（）王东旭（）韩孟洲（）程荣（）谭宗欣（）于振浩（）任课教师：饶鲜目录：一、单脉冲自动测角系统简介- 4 -1.单脉冲雷达- 4 -2.自动测角系统- 4 -3.单脉冲自动测角系统- 4 -二、单脉冲自动测角原理- 5 -1.振幅定向法- 5 -2.相位定向法- 7 -三、单脉冲自动测角系统的特点- 7 -1.角度跟踪精度- 7 -2.天线增益和作用距离- 8 -3.角度信息的数据率- 8 -4.抗干扰能力- 8 -5.复杂程度- 8 -四、单脉冲自动测角系统的仿真- 9 -五、单脉冲雷达的应用- 12 -六、总结- 13 -一、单脉冲自动测角系统简介1.单脉冲雷达单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。
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进行比较，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，各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，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。
2.自动测角系统在火控系统中使用的雷达，必须快速连续地提供单个目标(飞机、导弹等)坐标的精确数值，此外在靶场测量、卫星跟踪、宇宙航行等方面应用时，雷达也是观测一个目标，而且必须精确地提供目标坐标的测量数据。
为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。
自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据经数据传递系统送到计算机数据处理系统。
和自动测距需要有一个时间鉴别器一样，自动测角也必须要有一个角误差鉴别器。
当目标方向偏离天线轴线(即出现了误差角ε)时，就能产生一误差电压。
误差电压的大小正比于误差角，其极性随偏离方向不同而改变。
此误差电压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小误差角的方向运动，使天线轴线对准目标。
单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真
单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真
张艳花;簪波;王鉴;常虹
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的数学建模,在Matlab下对主动测角与被动测角情况进行了仿真和比较,得出被动测角误差大于主动测角误差的结论.该结论为进一步提高单脉冲雷达跟踪噪声源测角精度提供依据.
【总页数】4页(P338-341)
【作者】张艳花;簪波;王鉴;常虹
【作者单位】中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TN974
【相关文献】
1.角运动测量及校准方法 [J], 彭军
2.粮食群仓的环境振动测试和角仓边仓振动响应分析 [J], 张大英;张帅枫;孙庆珍;
梁醒培
3.基于UG二次开发的雨刮攻击角自动测量方法 [J], 刘宗健;林学理;李玉璋
4.抑制闭环光纤陀螺高动态角运动测量误差的校正回路设计 [J], 张桂才;冯菁;宋凝芳;林毅;罗巍;杨晔
5.无线电罗盘自动测试系统航向角信号仿真设计 [J], 崔健;谈展中;潘涌泽
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法
宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法
李强;张守宏;张焕颖;刘峥
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2006(34)12
【摘要】为抑制单脉冲雷达的测角闪烁,本文提出宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法.文中分析了由于差波束方向图调制引起的回波谱展宽现象,证明了目标角运动中心与谱展宽程度和波形熵之间的关系,提出基于最大波形熵搜索的目标角度估计方法,并给出了改进的最大熵测角步骤以降低计算量.与现有的高分辨体制下的角度估计方法相比,本方法具有更强的角闪烁抑制能力.仿真结果说明了本方法的有效性.
【总页数】5页(P2180-2184)
【作者】李强;张守宏;张焕颖;刘峥
【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.一种宽带单脉冲雷达测角方法 [J], 高磊;许人灿;陈曾平
2.雷达诱饵干扰对单脉冲雷达测角输出随机性的影响 [J], 刘庆云;黄海涛;杨新国
3.单脉冲雷达四通道联合的高分辨测角新方法 [J], 戴幻尧;王建路;韩慧;周波;汪连栋
4.宽带相控阵系统单脉冲测角及校正方法研究 [J], 苏小桅
5.天线不对称对宽带单脉冲测角的影响及补偿 [J], 张超峰;刘丹;程臻
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种低副瓣自适应单脉冲测角方法
卿
卜輕 jn^ a (0)
= jWvaC d〇+86)
(13)
式 中 :舶 = 0 - 0 。为目 标 角 度 0 相 对 于 和 波 束 指 向 ^
的偏差。
498
2021年第5 期
3 仿真实例
这一节通过仿真实例考察上述低副瓣自适应测 角方法的效果。设均匀线阵有3 0 个阵元，阵元间距 为半波长，和 波 束 指 向 为 阵 列 法 向 0°,两个副瓣干 扰分别位于45 ° 和 _ 36°方 向 上 ，干 噪 比 都 是 50 dB。 自适应和波束方向图如图1 所 示 ，图中采用了 30 clB 泰勒权。利 用 第 1 节的方法可以得到低副瓣自适应 差波束方向图和单脉冲比，分别 如 图 2 和 3 所 示 ，作 为比较，图 中 还 给 出 了 利 用 文 献 [ 4 ] 中方法得到的 结果。
得 差 波 束 输 出 的 干 扰 功 率 最 小 ，此 问 题 的 数 学 描
述为
min
“
（6)
s. t. C \ {w ^ = p {
利 用 拉 格 朗 日乘子法求解式（6 ) ，得到自适应
差波束权矢量为
= R 'C , (C^R -'C^-'p ,
(7)
1 三点约束下的自适应差波束权矢量 2 低副瓣的自适应差波束权矢量
前一节在三点线性约束条件下给出了自适应差 波 束 权 矢 量 ，但 是 由 于 只 对 差 波 束 方 向 图 的 主 瓣 形 状 施 加 约 束 ，因 此 副 瓣 较 高 。本 节 将 通 过 适 当 增 加 差 波 束 副 瓣 约 束 以 降 低 副 瓣 电 平 ，从 而 给 出 低 副 瓣 的自适应差波束权矢量。
摘 要 ：三点线性约束单脉冲方法是雷达中应用较多的自适应和差测角方法， 但是由于只对差波束
单脉冲和差测角(详细介绍“信号”共9张)
第1页，共9页。
பைடு நூலகம்
★单脉冲和差测角原理
1、雷达测角的基础：
电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的 方向性 2、分类：
振幅法
等信号法 最大信号法
测角方法
相位法
第2页，共9页。
★单脉冲和差测角原理
3、原理
（1） 如图所示，若目标处在两波束 的交叠轴OA方向，则两波束收到的信 号强度相等，否则一个波束收到的信号 强度高于另一个，故常称OA为等信号
★单脉冲和差测角原理
（3）设天线电压方向性函数为F(θ) ，等信号轴OA的指
向为0，则波束1、2的方向性函数可分别写为
θk为与波束最大值方向的倾角 用等信号法测量时，波束1和波束2收到的回波信号为
θt为目标偏离等信号轴的角度
第5页，共9页。
★单脉冲和差测角原理
对信号进行和差法处理，可获得目标信号的差值及 和值，即
雷达测角的基础是电波在均匀介质中传播的 直线性和雷达天线的方向性。天线的方向性可用 其方向性函数或根据方向性函数画出的方向图表 示。但方向图的准确表达式往往很复杂，因而常 采用简单函数来近似，常用的有余弦函数、高斯 函数、辛克函数。方向图的主要技术指标是半功 率波束宽度θ以及副瓣电平。
第4页，共9页。
由于最大0单.8 值测角范围为有限，因此只选择在[-20，20]范围内的数据
0.6
（用3等）信设号天0法.7线测电量压时方，向波性束函1数和为波F束(θ2)收，到等的信回号波轴信O号A为的指向为0，则波束1、2的方向性0函.4 数可分别写为 由当于两最 个大波单束值收测到角的范回围波为信有号限相，等因时此，只等选信择号在轴所[-2指0，的2方0]向范即围为内目的标数方据向。 （1） 如图0.6所示，若目标处在两波束的交叠轴OA方向，则两波束收到的信号强度相等0.2，否则一个波束收到的信号强度高于另一个，故常称OA为等信号轴。
雷达大作业-振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的应用
雷达原理大作业振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的应用指导老师：魏青振幅和差脉冲测角基本原理单脉冲自动测角属于同时波瓣测角法，在一个角平面内，两个相同的波束部分重叠，交叠方向即为等信号轴的方向。
将这两个波束接收到的回波信号进行比较，就可取得目标在这个平面上的角误差信号，然后将此误差电压放大变换后加到驱动电动机控制天线向减小误差的方向运动。
因为两个波束同时接收到回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只要分析一个回波脉冲就可以确定角误差，所以叫“单脉冲”。
这种方法可以获得很高的测角精度，故精密跟踪雷达通常采用它。
由于取出角度误差信号的具体方法不同，单脉冲雷达的种类很多，应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，该方法的实质实际上是利用两个偏置天线方向图的和差波束。
和差脉冲法测角的基本原理为：①角误差信号。
雷达天线在一个角平面内有两个部分重叠的波束如错误!未找到引用源。
所示：振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号的基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。
与和差信号相应的和差波束如错误!未找到引用源。
(b) (c)。
振幅和差式单脉冲波束图（a）两波束；（b）和波束；（c）差波束其中差信号即为该角平面内的角误差信号。
若目标处在天线轴向方向（等信号轴），误差角为零，则两波束收到的回波信号幅度相同，差信号等于零。
目标偏离等信号轴而有一误差角时，差信号输出振幅与误差角成正比，而其符号（相位）则由偏离的方向决定。
和信号除用作目标检测和距离跟踪外，还用作角误差信号的相位基准。
②和差波束形成原理：和差比较器是单脉冲雷达的重要部件，由它完成和差处理，形成和差波束。
以错误!未找到引用源。
（a ）中的双T 接头为例,它有四个端口,∑（和）端、△（差）端和1、2端，这四个端口是匹配的。
发射时，从发射机来的信号加到和差比较器的∑端，1、2端输出等幅同相信号，△端无输出，两个馈源同相激励，并辐射相同功率，结果两波束在空间各点产生的场强同相相加，形成发射和波束。
MIMO雷达非严格正交信号单脉冲测角方法
找 出 了误 差 产 生 的原 因 ， 并 提 出 了相 应 的 解 决 方 法 ， 实现 了这 种 方 法 下 发 射 角 的 高 精 度 测 量 ， 最 后 通 过 仿 真
Ｍｏ ｎ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ Ａｎ ｇ ｌ ｅ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｎｏ ｎ 。 Ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｌ ｙ Ｏｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｆ ０ ｒ ＭＩ Ｍ Ｏ Ｒａ ｄ ａ ｒ
Ｉ Ｉ Ｕ Ｚ ｈ ｏ ｕ ，Ｉ １ Ｊ ｕ ｎ ，Ｉ Ｉ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ — ｍｉ ｎ ｇ ，Ｚ ＨＡＮＧ Ｊ ｕ ａ ｎ ｊ ｕ ａ ｎ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ＭＩ ＭＯ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｃ ａ ｎ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ Байду номын сангаас ｍｏ ｎ ｏ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕ ｍ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ａ ｍｓ ｂ ｅ ｈ ｉ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ （ ＤＯＤ）ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ —
ＭＩ ＭＯ 雷达非严 格正 交信 号单脉 冲测角 方法
刘 周 ，李 军 ，刘红 明 ，张娟 娟
单脉冲自动测角系统在导引头中的应用
雷达原理大作业——单脉冲自动测角系统在导引头中的应用学院：电子工程学院完成人及学号：超（）王东旭（）孟洲（）程荣（）谭宗欣（）于振浩（）任课教师：饶鲜目录：一、单脉冲自动测角系统简介................................................................... - 4 -1.单脉冲雷达 ................................................................................ - 4 -2.自动测角系统.............................................................................. - 4 -3.单脉冲自动测角系统...................................................................... - 4 -二、单脉冲自动测角原理........................................................................ - 5 -1.振幅定向法 ................................................................................ - 5 -2.相位定向法 ................................................................................ - 6 -三、单脉冲自动测角系统的特点................................................................ - 7 -1.角度跟踪精度.............................................................................. - 7 -2.天线增益和作用距离...................................................................... - 7 -3.角度信息的数据率 ........................................................................ - 8 -4.抗干扰能力 ................................................................................ - 8 -5.复杂程度 ................................................................................... - 8 -四、单脉冲自动测角系统的仿真................................................................ - 8 -五、单脉冲雷达的应用.......................................................................... - 10 -六、总结 .......................................................................................... - 11 -一、单脉冲自动测角系统简介1.单脉冲雷达单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。
单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真_张艳花
弹箭与制导学报2007年 单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真*张艳花,簪 波,王 鉴,常 虹(中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051) [摘要]文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的数学建模,在M a tlab下对主动测角与被动测角情况进行了仿真和比较,得出被动测角误差大于主动测角误差的结论。
该结论为进一步提高单脉冲雷达跟踪噪声源测角精度提供依据。
[关键词]单脉冲雷达;测角;噪声干扰;建模[中图分类号]TN974 [文献标志码]AModeling and Simulation on Active Angle Measuring and Passive Angle Measuring with Monopulse RadarZ HA NG Y an-hua,ZA N Bo,W A NG Jian,CHA N G H ong(K ey Lab of Instrumentatio n Science and Dynamic M easurement(M inistr y of Educa tion), School of Info rmatio n and Co mmunicatio n Engineering,No r th Univ ersity of China,T aiyuan030051,China)A bstract:In this paper,mathema tic mo dels o f echo sig nal,no ise F m jamming sig nal,ther ma l no ise signal as w ell as v a-rious cir cuits in ang le tracking system of monopulse rada r are se t up.Simulatio n and comparing on activ e a ng le measur-ing and passive ang le measuring are made under M a tlab.T he conclusion tha t active ang le measuring er ror is g reater tha n passive ang le measuring e rro r is o btained.T his co nclusio n pro vides the basis on increa sing angula r accur acy w hen mo-nopulse radar is tracking noise source fur ther.Key words:mo no pulse rada r;ang le measuring;no ise jamming;mo deling1 引言单脉冲是一种先进的雷达角跟踪体制,它在跟踪目标时,往往受到来自目标的自卫噪声干扰。
一种多目标情况下的单脉冲测角方法_赵永波
收稿日期:2004-06-30基金项目:/十五0预研基金资助项目(413070403)作者简介:赵永波(1972-),男,副教授.一种多目标情况下的单脉冲测角方法赵永波1,谷 泓2,张守宏1(11西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西西安 710071;21西安机电信息研究所,陕西西安 710065)摘要:为了提高多目标情况下雷达的角度测量性能,在常规单脉冲测角方法的基础上,提出一种改进的测角方法.该方法根据事先估计得到的各个目标的多普勒频率来设计特殊的多普勒滤波器,然后再对各多普勒滤波器的输出进行角度测量.由于特殊设计的多普勒滤波器能消除目标之间的相互影响,实现目标之间的完全分离,与常规单脉冲测角方法相比,该方法具有较好的测角性能.关键词:角度测量;单脉冲方法;多普勒滤波中图分类号:TN957152 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2005)03-0383-04A monopulse angle m easure m entm ethod for m ulti ple targetsZ HAO Yong-bo 1,GU H ong 2,Z HANG Shou-hong 1(1.State K ey L ab .of R adar S i gnal P rocessi ng ,X idian U niv .,X i c an 710071,Ch i na ;2.X i c an Instit u te of E lectro m echan i ca l Infor m a tion T echnology ,X i c an 710065,Ch i na )A bstrac t : Fo r the purpose o f i m prov i ng t he ang le m easurement perfor m ance i n the case o fm ulti p l e targe ts ,am od ifi ed m onopu lse m ethod is proposed .Instead of usi ng the d i screte Four i er transf o r m (DFT )filters ,theproposed m ethod uses som e spec ial D oppler filters to process the rece ived data acco rd i ng to targe t p Dopplerfrqeuency .T hen t he pro cessed data a re used by the m onopu lse m et hod to m easure the angle .Because thespec i a l Doppler filte rs can g reatly reduce the i nfl uences be t w een targ ets ,t he proposed m ethod perfor m ssi gnificantly be tter than t he conventi ona lm onpu lse me t hod .Si m ulati on results sho w its m er its .K ey W ords : ang l e m easurement ;m onopu l se m ethod ;Dopp ler filter i ng在雷达的各种测角方法中,单脉冲测角方法因实现简单、稳健性好等优点而在实际系统中得到了广泛的应用[1].常规单脉冲测角方法是根据雷达探测到目标后得到的目标距离和多普勒信息,对目标所在的距离单元信号进行多普勒滤波,然后再进行比幅(或比相)测角[2].当同一距离单元内只有一个目标时,常规单脉冲测角方法能得到较好的测角性能.而在实际情况中,在同一距离单元内往往存在多个目标.尽管常规单脉冲测角方法采用离散傅里叶变换(DFT)滤波器组进行多普勒滤波时能把各目标信号分离,然后再分别进行测角.但这种滤波方法是通过DFT 滤波器组来分离目标信号的,容易造成目标信号之间的互相影响,从而使目标的测角精度下降.尤其是在目标信号之间的强度差异较大时,大目标信号在小目标信号多普勒通道中的泄漏会严重影响小目标信号的测角效果.笔者提出一种改进的单脉冲测角方法,根据事先估计得到的各目标信号的多普勒频率来设计特殊的多普勒滤波器,然后再对各多普勒滤波器的输出进行单脉冲测角.由于特殊设计的多普勒滤波器能消除目标之间的相互影响,实现目标之间的完全分离,因此具有较好的测角性能.1 常规单脉冲测角方法设2(H )和$(H )分别为雷达的和、差波束方向图,假设在同一距离单元内有p 个目标,其角度分别为H 1,2005年6月第32卷 第3期 西安电子科技大学学报(自然科学版)J OURNA L O F X I D IAN UN I VER SI TY J un .2005Vo.l 32 N o .3H2,,,H p(都在和波束的主瓣之内),则雷达和、差通道的信号为S2(t)=E p k=1S k(t)2(H k)+n2(t),(1)S$(t)=E p k=1S k(t)$(H k)+n$(t),(2)其中S k(t)=S k exp(j2P f k t)为第k个目标回波信号的复包络,S k和f k分别为其初始复振幅和多普勒频率.对和、差通道的信号进行等周期相干采样,采样点为有限的M次采样(即时域快拍数为M),得S2(m)=E p k=1S k(m)2(H k)+n2(m),m=0,1,,,M-1,(3)S$(m)=E p k=1S k(m)$(H k)+n$(m),m=0,1,,,M-1,(4)式中S k(m)=S k exp(j2P f k m$t),n2(m)=n2(m$t),n$(m)=n$(m$t),$t为采样周期.假设不同的目标具有不同的多普勒频率,且可以用M点DFT处理区分开,这符合实际情况.常规单脉冲测角方法的过程如下:第1步:根据雷达探测得到的目标信息分别得到目标个数p和各目标的多普勒频率f^k,这里f^k为f k的估计值(在实际雷达系统中,单脉冲测角都是在雷达探测到目标后才进行的);第2步:对和、差通道输出数据作DFT,分别提取出各目标所在多普勒通道的和、差数据,即S2(f^k)=E M-1m=0S2(m)exp(-j2P f^k m$t),S$(f^k)=E M-1m=0S$(m)exp(-j2P f^k m$t);第3步:利用S2(f^k)和S$(f^k),并根据单脉冲比幅(或比相)测角方法得到第k个目标的角度.需要说明,上述过程得到的是目标偏离基准角(即和波束中心指向)的角度,即偏轴角,而目标真实角度为偏轴角与基准角之和.为了论述方便,假设偏轴角为目标角度.可以看出,常规单脉冲测角方法是先利用DFT把各目标信号进行分离,然后再分别进行测角,但是它是通过DFT滤波器的主瓣和副瓣电平来分离目标信号的,容易产生目标的不完全分离,造成目标信号之间的互相影响,从而使目标的测角精度下降.为了弥补这种缺陷,下面提出一种改进的单脉冲测角方法.2改进的单脉冲测角方法和常规单脉冲测角方法一样,先对和通道的数据作DFT处理来估计各目标的多普勒频率f^k,但在分离各目标时,不采用DFT滤波器,而是根据f^k来设计特殊的滤波器,使S2(f^k)和S$(f^k)中只含有第k个目标的成分.假设用于提取第k个目标信号的滤波器的权矢量w f^k =[w f^k(0),w f^k(1),,,w f^k(M-1)]T,则有S2(f^k)=E M-1m=0S2(m)w f^k(m),(5) S$(f^k)=E M-1m=0S$(m)w f^k(m),(6)定义w f^k 的频率响应为Y f^k(f)=E M-1m=0w f^k(m)exp(j2P f m$t).如果设计滤波器使其频率响应的主瓣位于f^k,而在f^l(l X k)处具有宽而深的/凹口0,这样即使有多普勒频率估计误差(即f^l X f l,但f^l在f l附近),所设计滤波器也能够很好地滤除其他目标信号,仅保留第k个目标信号,从而消除目标间的互相影响.所以改进方法的关键在于设计特殊滤波器.文[3]给出了一种有效的在空域天线阵列方向图中产生宽/凹口0的方法,根据时域滤波器频率响应与空域天线阵列方向图的对偶特性,很容易将这种方法用于设计笔者所需的滤波器.令w f^k 为w f^k=con j((R+I M)-1a(f^k)),(7)其中con j{#}为复数共轭,a(f^k)=[1,exp(j2P f^k$t),,,exp(j2P f^k(M-1)$t)]T,I M为M@M的单位矩阵, R为M@M的矩阵,其第m行第i列的元素384西安电子科技大学学报(自然科学版)第32卷r mi =D 2exp(-2P 2R 2(i-m )2$t 2-j 2P f 0(i-m )$t) ,(8)式中D 和R 为影响w f ^k 的频率响应的两个参数.研究表明[3],由式(7)和式(8)得到的w f ^k 的频率响应主瓣位于f ^k 处,而在f 0处具有宽而深的/凹口0,/凹口0的深度和宽度分别由D 和R 决定.一般情况下,/凹口0的深度和宽度可根据实际系统的需求来决定.式(8)可以重写为 r mi =E pl=1l X k D 2exp(-2P 2R 2(i -m )2$t 2-j2P f ^l (i -m )$t) .(9)合并式(7)和式(9)可得到新的w f ^k .以w f ^k 为权系数的滤波器的频率响应主瓣位于f ^k 处,在f ^l (l X k )的地方具有宽而深的/凹口0,达到设计要求.综上所述,改进的单脉冲测角方法如下:第1步:与常规单脉冲测角方法相同.第2步:根据各目标信号多普勒频率的估计值,利用式(7)和式(9)得到提取第k 个目标信号的特殊滤波器的权矢量w f ^k .第3步:由w f ^k 和式(5),式(6)得到S 2(f ^k )和S $(f ^k ).第4步:由S 2(f ^k )和S $(f ^k )并根据单脉冲比幅(或比相)测角方法得到第k 个目标的角度.通常情况下,同一距离单元的目标个数p 不会很大.所以,改进的单脉冲测角方法是很容易实现的.需要说明,上述常规单脉冲测角方法和改进方法都是根据DFT 来估计各目标的多普勒频率,这样会造成较大的多普勒频率估计误差,使多普勒滤波提取目标时对信噪比的改善略有下降,从而会在一定程度上影响测角精度.如果采用自适应算法来估计多普勒频率,如C apon 算法[4]和Re lax 算法[5],则会大大降低多普勒频率估计误差,使测角精度进一步提高.但是常规单脉冲测角方法对目标之间的影响仍会存在.图1 和、差波束方向图3 计算机仿真实验为了验证笔者所提方法的有效性,给出一些计算机仿真结果,并对常规单脉冲测角方法和笔者提出的改进方法进行性能比较.假设雷达的和、差波束方向图如图1所示.两个等功率的目标信号角度分别为H 1=-1b 和H 2=1b,两者的多普勒频率分别为f 1=500H z 和f 2=450H z ,采样周期$t =1m s ,采样点数M =32,采用32点DFT 得到两个目标信号的多普勒频率估计值分别为f ^1=500H z 和f ^2=437.5H z .在计算机仿真所得结果中,虚线和实线分别为常规单脉冲测角方法和改进方法的结果,这两种方法的均方根误差值由200次独立实验结果统计得到.每次独立实验时,两目标信号的初始复振幅相位为互不相关的、在(0~2P )上均匀分布的随机变量.常规单脉冲测角方法和改进方法用于对第1个目标信号进行多普勒滤波的滤波器频率响应如图2所示.由图可见,改进方法设计的特殊滤波器在第2个目标信号处有宽而深的/凹口0,而常规单脉冲测角方法的滤波器仅是副瓣区域.图3为两种方法对第2个目标信号的滤波器频率响应.两种方法测角的均方根误差随信噪比变化的曲线如图4和图5所示.图4为第1个目标,图5为第2个目标.这里的信噪比是指单次快拍和通道的信噪比.为了便于比较,在图中也给出了单目标时单脉冲方法测角的理论均方根误差值(具体公式见[6]).常规单脉冲测角方法对第1个目标测角的均方根误差因受第2个目标的影响而较大,第2个目标多普勒滤波器的输出正好没有第1个目标的成分,所以第2个目标测角的均方根误差较小.改进方法由于能有效消除目标之间的相互影响,所得两个目标测角的均方根误差都较小.这里还需要说明的是,两种方法对第2个目标测角的均方根误差值稍大于理论均方根误差值,这是由DFT 造成的多普勒频率估计误差使第2个目标不在多普勒滤波器的主瓣最大值处,使信噪比略有下降造成的.385第3期 赵永波等:一种多目标情况下的单脉冲测角方法图2第1个目标信号的多普勒滤波器频率响应图3第2个目标信号的多普勒滤波器频率响应图4第1个目标角度均方根误差随信噪比变化曲线图5第2个目标角度均方根误差随信噪比变化曲线当采用Capon算法来估计多普勒频率时,两种方法测角的结果如图4和图5所示.可以看出,由于降低了多普勒频率估计误差,改进方法的测角精度进一步提高.但是常规单脉冲测角方法受目标之间的影响测角精度较差.当采用Relax算法来估计多普勒频率时,两种方法的结果分别与采用C apon算法时的结果相同.4结论在常规单脉冲测角方法的基础上,笔者提出一种改进的测角方法.该方法根据事先估计得到的各个目标的多普勒频率来设计特殊的多普勒滤波器,然后再对各多普勒滤波器的输出进行角度测量.由于特殊设计的多普勒滤波器能消除目标之间的相互影响,实现目标之间的完全分离,该方法具有较好的测角性能.参考文献:[1]丁鹭飞,耿富录1雷达原理[M]1西安:西安电子科技大学出版社,2002.[2]K li g er I,O l enberger C F.M u lti ple T arget E ffec ts onM onopu lse S i gna l Processi ng[J].IEEE T rans on A erospace and E lectron icSyste m s,1975,11(5):795-804.[3]Zat m an M.Producti on of A dapti ve A rray P atte rn T roughs by D ispersi on Syn t hesis[J].E lec tron i cs L etters,1995,31(25):2141-2142.[4]M arzetta T L.A N ew Inte rpretati on f o r Capon p s M ax i m u m L i keli hood M ethod of F requency-w avenu m ber Spectra l Esti m ati on[J].IEEE T rans on A coustics,Speech and Signa l P rocessi ng,1983,31(4):445-449.[5]邵朝,保铮1RELAX算法的相关域分析[J]1西安电子科技大学学报,1997,24(2):164-171.[6]张光义1相控阵雷达系统[M]1北京:国防工业出版社,1994.(编辑:郭华)386西安电子科技大学学报(自然科学版)第32卷。
一种航天器单脉冲差模角跟踪系统的标定及测试方法
一种航天器单脉冲差模角跟踪系统的标定及测试方法杨显强;侯芬;陈小群;苗常青【摘要】介绍了航天器单脉冲差模角跟踪系统的组成和基本原理;针对捕获跟踪系统性能与射频通道相位特性的相关性,提出了在无线状态下通过用户目标在一定范围内按一定轨迹运动进行射频通道相位标定及跟踪性能测试的方法;在此基础上进一步提出了利用信号源模拟用户目标在角跟踪系统天线坐标系下不同位置时天线输出的射频信号,进行有线状态下射频通道性能的测试方法.标定及测试方法通过地面试验验证了可行性和有效性,可用于航天器单脉冲差模角跟踪系统在地面的通道相位标定、跟踪性能测试和射频通道性能测试,以实现角跟踪系统对用户目标高精度、稳定的跟踪.【期刊名称】《航天器工程》【年(卷),期】2015(024)003【总页数】7页(P131-137)【关键词】航天器;单脉冲差模角跟踪系统测试;相位标定;射频通道【作者】杨显强;侯芬;陈小群;苗常青【作者单位】中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V416捕获跟踪系统是具有星间高速数据传输能力的航天器重要组成部分，其主要功能是控制星间链路天线指向并跟踪用户目标，其性能直接影响星间链路的数据传输能力。
受平台能力限制，国际上大部分具有自跟踪功能的航天器的捕获跟踪系统均采用单脉冲、单通道差模角跟踪技术体制［1-2］（即单脉冲差模角跟踪系统，以下简称角跟踪系统）。
角跟踪系统工作时，星间链路天线接收用户目标发来的射频信号，在馈源内激励起和信号的同时，还激励起与用户目标位置相关的星间天线指向误差信号。
角跟踪系统实现误差信号的获取与分离，驱动执行机构按照角跟踪系统输出的误差信号完成天线指向控制，实现用户目标捕获及持续自跟踪。
由于航天器自身结构设计及系统布局的原因，天线及射频通道设备连接组成角跟踪系统后，和、差通道路径电长度不一致，从而导致和、差通道间设备存在相位不一致性，此时和、差通道的相位相对关系是未知的。
一种单脉冲雷达天线的波瓣设计
一种单脉冲雷达天线的波瓣设计
张实华
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2007(023)029
【摘要】针对我国机场对空中交通管制单脉冲雷达的需求,在剖析国外资料的基础上,提出了一种单脉冲交通管制雷达天线波瓣设计方案.
【总页数】2页(P291-292)
【作者】张实华
【作者单位】643000,四川自贡,四川理工学院物理系
【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.一种单脉冲雷达天线多模馈源计算与设计 [J], 孔令峰;高红友
2.一种空管单脉冲雷达天线的波瓣设计 [J], 张实华;张远威
3.雷达天线波瓣测量系统平台的设计与实现 [J], 邓斌;王晶晶;林强;夏亮
4.一种波瓣等化的多波束龙伯透镜天线 [J], 袁大力;张冰;黄卡玛
5.一种波瓣等化的多波束龙伯透镜天线 [J], 袁大力;张冰;黄卡玛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微机雷达测角系统
微机雷达测角系统
安力键
【期刊名称】《贵州大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1994(011)004
【摘要】本文介绍了用微机构成的雷达测角系统来替代某连续波雷达测角系统,该系统的主要功能是:根据雷达对卫星的跟踪,测量出卫星飞行的角度信息,并且将测量信息进行显示,记录和打印,本文从系统产生背景、总体设计、硬件设计和软件设计等几部分进行阐述。
【总页数】6页(P225-230)
【作者】安力键
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN953.5
【相关文献】
1.某型弹载雷达测角系统误差模型辨识方法 [J], 王文君;段晓君;朱炬波;张强
2.检测精密测角仪精度的微机数据采集处理系统 [J], 范天泉;蒋先豪
3.雷达伺服中双通道旋变测角系统的设计 [J], 曹晖;胡卫鹏
4.GFE(L)1型二次测风雷达测角分系统故障分析与处理 [J], 王健
5.L波段探空雷达测角系统故障案例分析与排查 [J], 王志伟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
弹箭与制导学报2007年 单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真*张艳花,簪 波,王 鉴,常 虹(中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051) [摘要]文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的数学建模,在M a tlab下对主动测角与被动测角情况进行了仿真和比较,得出被动测角误差大于主动测角误差的结论。
该结论为进一步提高单脉冲雷达跟踪噪声源测角精度提供依据。
[关键词]单脉冲雷达;测角;噪声干扰;建模[中图分类号]TN974 [文献标志码]AModeling and Simulation on Active Angle Measuring and Passive Angle Measuring with Monopulse RadarZ HA NG Y an-hua,ZA N Bo,W A NG Jian,CHA N G H ong(K ey Lab of Instrumentatio n Science and Dynamic M easurement(M inistr y of Educa tion), School of Info rmatio n and Co mmunicatio n Engineering,No r th Univ ersity of China,T aiyuan030051,China)A bstract:In this paper,mathema tic mo dels o f echo sig nal,no ise F m jamming sig nal,ther ma l no ise signal as w ell as v a-rious cir cuits in ang le tracking system of monopulse rada r are se t up.Simulatio n and comparing on activ e a ng le measur-ing and passive ang le measuring are made under M a tlab.T he conclusion tha t active ang le measuring er ror is g reater tha n passive ang le measuring e rro r is o btained.T his co nclusio n pro vides the basis on increa sing angula r accur acy w hen mo-nopulse radar is tracking noise source fur ther.Key words:mo no pulse rada r;ang le measuring;no ise jamming;mo deling1 引言单脉冲是一种先进的雷达角跟踪体制,它在跟踪目标时,往往受到来自目标的自卫噪声干扰。
在自卫噪声干扰下,单脉冲雷达丢失了距离信息,但由于噪声干扰与目标来自同一方向,即使噪声干扰将回波信号完全压制掉,单脉冲雷达仍然可以通过跟踪噪声干扰源来继续跟踪目标方向[1-2]。
文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的建模,在MA TLAB下,对主动测角与被动测角进行了仿真和比较,得出一些有益的结论。
2 单脉冲角跟踪原理在一个平面内定向的振幅-振幅式单脉冲雷达的简化方框图如图1所示。
图1 在一个平面内的振幅-振幅式单脉冲雷达组成框图如果加在天线系统输入端的目标回波信号为E(t)=E m e iωτ,则当目标偏离等强信号方向为θ时,可以推得减法电路的输出为[3]:Δu(θ)=ln k A F(θ0-θ)k B F(θ0+θ)(1)其中,k A、k B分别为A、B两个接收支路的传输系数;F(θ0-θ)、F(θ0+θ)分别为目标偏离等强信号方向为θ时两路天线的增益系数。
当A、B两个接收支路相同(k A=k B=k)并338*收稿日期:2006-08-07; 修回日期:2006-11-01作者简介:张艳花(1969-),女,山西交城人,副教授,博士研究生,研究方向:电子对抗技术。
DOI牶牨牥牣牨牭牳牴牪牤j牣cn ki牣djzd xb牣牪牥牥牱牣牥牫牣牥牱牱 第27卷第3期单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真 张艳花等且角误差很小时,式(1)可写成:Δu(θ)=ln F(θ0-θ)F(θ0+θ)=ln F(θ0)(1+μθ)F(θ0)(1-μθ)=ln(1+μθ)(1-μθ)≈2μθ(2)式中:F(θ0)为天线在等强信号方向的增益系数;μ为天线方向图在工作部分的斜率。
由式(2)可以看出,Δu(θ)的大小就代表了目标偏离等强信号方向的角度θ。
当目标偏离等强信号方向时,误差信号Δu(θ)从减法电路输出端加到放大器上,经处理后将驱动电机转动,直到误差电压为零,跟踪天线对准目标,就实现了角跟踪。
3 模型的建立3.1 回波信号模型发射功率为P t的发射信号数学模型可以表示为:s(t)=Au1(t)sin(ωc t)其中:A=P t R A,R A为接收机特性阻抗;u1(t)为脉冲调制信号,脉冲宽度取决于跟踪距离误差,而脉冲重复频率由最大探测距离不模糊来决定,文中采用脉冲宽度τ=1μs,重复频率f= 1kH z的脉冲信号;sin(ωc t)为载波信号,其中ωc 为雷达发射工作频率。
根据雷达方程,天线接收到的目标回波信号模型则为:R(t)=G t G rσλ2(4π)3R4t L rs(t)式中:G t为雷达发射机的天线增益;G r为接收机的天线增益;σ为目标散射截面积;λ为发射波波长;R t为目标到雷达的距离;L r为雷达系统损耗。
3.2 噪声调频干扰信号模型为了使用宽频带的噪声干扰,采用噪声调频干扰方式,噪声调频干扰的数学模型为:J(t)=U j co s[ωj t+2πK FM∫t0u(τ)dτ+φ]其中:调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程,φ为[0,2π]均匀分布,且与u(t)相互独立的随机变量,U j为噪声调频信号的幅度,ωj为噪声调频信号的中心频率,K FM为调频斜率。
U j=2P j,P j为噪声调频信号的功率,噪声调频信号的干扰带宽(半功率带宽)为:Δf j=22ln2f fe=22ln2K FMσn根据侦察方程,天线接收到的噪声调频信号为:J R(t)=G j G rλ2(4π)2R2L jJ(t)在仿真中选用的参数有:干扰机发射功率200W,天线增益13dB,综合损耗7dB,工作频率10GH z,噪声信号带宽10MH z。
3.3 接收机热噪声模型接收机热噪声可以用一个白噪声过程来模拟。
理想白噪声的自相关函数具有冲击函数的形式,功率谱密度在整个频域为常数。
理想白噪声的平均功率是无限的,这在实际的模拟系统中根本不可能存在。
尽管接收机热噪声带宽很宽,但只有处于接收机带宽范围内的部分才能进入接收机,因此,文中首先在M atlab下产生一个期望为0、方差为1的理想白噪声信号,然后滤波为接收机中频带宽的带限白噪声来模拟接收机热噪声。
而接收机热噪声功率(σ2)应由下式得出:σ2=kT0B r F式中:k为波尔兹曼常数;T0为噪声温度;B r为接收机带宽(H z);F为噪声系数。
3.4 天线模型天线是测角系统的一个主要组成部件,在很大程度上决定了测角系统的性能。
假设单脉冲雷达的天线为辛克函数型,则波束天线的方向图为:图2 雷达天线方向图F(θ)=sin2bθ(bθ)2式中b为一常数。
设两个天线方向图中心线对等强信号方向偏离的角度为θ0,则F A(θ)=F(θ+θ0),F B(θ)=F(θ-θ0),得到如图2所示的方向图,图中3dB带宽为2°,此时b取20。
3.5 高频放大器、混频电路模型接收机中的高频放大器是线性系统,而混频器本身是非线性器件,但由于中放的选择性,混339弹箭与制导学报2007年 频器不会改变输入信号的时间特性以及频谱间的相对关系,它只是把射频信号变成中频,所以就有用信息的传输上来说,也可以看成是线性的。
由于接收机带宽决定于接收机中放的带宽,接收机对信号的选择性,主要由中频放大器的带宽决定,因此对高频放大器、混频电路作仿真时,用乘以一增益,且将载频频率变为中频频率的模型,而不考虑其对信号带宽的影响。
仿真中,假设高频放大器功率增益为40dB,混频器功率损耗为10dB,即高频放大器、混频电路的总电压增益约30倍。
3.6 对数中频放大器模型3.6.1 对数中频放大器基本模型为了对信号振幅进行归一化,振幅-振幅式单脉冲雷达采用对数中频放大器,仿真中对数中频放大器采用线性谐振放大器与对数放大器两级串联的模型。
线性谐振放大器采用四阶Butte rw o rth滤波器模型;对数放大器是一种非线性放大器,当输入电压较小时,对数放大器按线性特性放大;当输入电压较大时,对数放大器按对数特性放大。
因此对数放大器可以表示为:当u i≤U iH时,u o1=k0u i;当u i>U iH时,u o1=U oH(lnu iU iH-1)。
其中,u i、u o1分别为对数放大器的输入电压和输出电压;U iH、U oH分别为特性曲线开始出现对数特性时的输入电压和输出电压;k0为特性曲线线性部分的放大倍数。
3.6.2 带宽的确定文中假设雷达工作频率为10G H z,属于厘米波段,所以对数中频放大器中频中心频率选60M H z。
而带宽的选择遵循灵敏度最大准则,并考虑发射信号频率与接收机本振频率存在的漂移,选择带宽B t=2M H z。
由于采用的对数中频放大器模型中频率选择网络位于对数单元之前,频率选择网络的带宽不能正确反映对数中频放大器的带宽。
这是因为信号经过对数单元放大后要发生幅值压缩效应,从而引起信号带宽的展宽。
设输入动态范围为100dB,按照对数单元输入动态范围与输出动态范围的比例来算,则对数中频放大器3dB带宽,相应于按频率选择网络相应的13.6dB决定的带宽[4]。
3.6.3 不一致模型通过设计四阶Butterw o rth滤波器不同的过渡带宽参数来构造A、B两支路线性谐振放大器的不一致,A、B两支路的线性谐振放大器幅频特性和相频特性如图3所示。
图3 雷达接收机对数中频放大器幅频特性和相频特性若u o1作为振幅-振幅单脉冲雷达A支路的对数放大器输出,为了得到与A支路具有不一致的B路对数放大器,B路对数放大器输出u o2可以由下式得出:u o2=(1+Δu)u o1式中,Δu为不一致分贝值决定的小幅值随机量。