单脉冲压缩雷达原理

单脉冲角度跟踪技术研究

学生尤阳

班级 0209991班

学号 02099043

专业电子信息工程

学院电子工程学院

西安电子科技大学

2012年5月

一、引言

单脉冲角跟踪系统的方案包括三通道、双通道、单通道单脉冲等。在跟踪系统精度要求不高的系统中，采用单通道单脉冲跟踪系统的设备越来越多，例如业务测控站、遥感地面站、卫星侦察信号接收站、遥测地面站等。较常用的实现方案是在常规双通道的基础上，用低频调制信号对差信号进行四相调制后再与和信号合并，变成一个通道输出，其合成信号只需经包络检波即可得到误差电压。由于进行了通道合并，这种体制不存在和、差通道合并后的相位和增益不一致问题不需要调整通道的相位除低噪放大器（LNA）外所有的设备可以安装在机房，大大提高了设备的可靠性、使用性和维护性，同时减少了设备，造价也大大降低。

二、系统工作原理及误差电压的提取

为了确保系统的G / T 值，应考虑在LNA后进行和、差信号的合成。为了阐明其物理概念，将双通道单脉冲合成为单通道单脉冲的跟踪系统方框图进行简化。简化后的框图如图 1 所示。

图1 跟踪系统框图

设从天馈来的信号为单频信号，在分析时假定天线和、差信道在接收频带内辐射特性保持不变，而且和、差信道及从天线的来波均为理想圆极化波。馈源端口输出和信号的瞬时值为

差信号由方位与俯仰差信号相位正交合成得到为

式中µ为差斜率，A为目标在方位上偏离电轴的角度，E 为目标在俯仰上偏离电轴的角度。

差信号的矢量关系为A = θcosФE = θs i nФ

图 2 双通道单脉冲合成矢量图

由图2，可将ed 变换为

式中Am µθ 为差信号的幅度，其中θ =B

A+

22；φ = tg -1 E / A为差路合成载波的相位，它与A、E 的比例大小有关，可见误差信号包含在幅度Am µθ 和相位φ 之中。

1. 单通道单脉冲的合成跟踪接收系统采用单通道时，和、差信号必须以适当的方式合成，目的是合成后的信号能在终端解调出角误差信息。通常在和、差信号合成前，先对差信号进行四相调制，再与和信号合成。

和、差信号分别经低噪声放大K

E 、K

∆

后为

差信号经四相调制后为

其中，φ为和、

差信号的相对相位差β（t）周期为 t4 =1/ Ω的信号调相，

在四相调制时有

～t

调制后的差信号经一定向耦合器与和信号合成，其合成信号为

式中 M 为定向耦合器的耦合系数，一般取 6 ～ 9 dB。

2. 合成信号的解调和误差电压的提取

合成信号经下变频和放大后，频率仍记作ω，将合成信号变换后得：

式子中

角误差电压的提取只与 u（c t）的振幅 c（ t）有关，对 u（c t）进行包络检波取出 c(t):

经检波滤去直流分量得：

在四相调制的一个周期内，根据β（ t）的不同取值有：

设备调试时，调整和、差信号合成前的相对相位差接近为零，即φ≈0，因为 A = θcosφ，E = θsinφ（参见图 2），则上式变为

经cos（Ωt）的本地信号鉴相后可得

经与 sin（Ωt）的本地信号鉴相后可得:

该值就是系统完成闭环所需的方位和俯仰角误差电压。

三、采用 6 位移相器实现四相调制和角跟踪解调的方法

通常情况下，在微波上直接实现四相调制难度比较大。一方面该调制器必须放在天线上，环境条件比较恶劣；另一方面调制器本身的的性能指标也不容易做好；其次是调制信号要从地面传输到天线上，其传输本身就是一件难事，长线传输可能引入干扰，导致调制信号失真等。目前一种应用较为广泛的方法就是通过连续改变 6 位移相器的相位值，以达到改变载波相位的目的，从而实现四相调制。

1. 6 位移相器的基本工作原理

6 位移相器，就是可以对其进行 6 位相位的控制，每位按 2n 进行相位的控制，其中 n = 1 ～ 6，最小一位的相位移为 5. 625º，最大的一位是 180º。通常情况下，移相值的变化是通过对 6 位相位的控制来实现的，通过 6 位不同组合完成不同的相位控制。控制信号一般采用常用的 TTL 高、低电平进行控制。

2. 采用 6 位移相器实现四相调制的方法根据移相器的基本原理我们知道，其中的一位

是 90º，还有一位是 180º，通过时间同步的方法，可分别对 90º和 180º的移相值进行连续控制，以达到最终实现来波相位 90º、180º、270º、360º的连续变化，从而实现四相调

制。通常的方法是，由终端产生一组频率为Ω和 2Ω的低频 TTL 方波信号，使其组

合成复合控制信号，在时间为Ω的周期内，控制 6位移相器，在控制信号时间同步的情况下，满足表 1所示的关系。

表 1 时间、电平、相位的关系

该信号以Ω为周期，连续可变即可实现四相调制，方波1 控制90º位，方波2 控制180º位。

3. 信号的合成与解调

经LNA 放大后的差信号送入 6 位移相器，完成调制后，通过一定向耦合器与和信号相加，完成信号的合成，生成信号 u c(t)一分为二后与频率为Ω的调制控制信号和移相90º

合成后的信号通过变频放大后送入接收机进行载波的锁定和检波后即可得到频率为Ω并含有方位和俯仰信息的合成信号，即

将其一分为二后与频率为Ω的调制控制信号和移相 90º的控制信号进行相干检波，即可得到我们所需的方位和俯仰电压，将该电压送 ACU，完成系统角跟踪任务。

四、研制中的主要技术问题

1. 通道合并前和、差信号相位不一致带来的问题通道合并为单通道以前，仍然是双通道单脉冲系统，因此和、差 LNA 间的相位不一致，也会产生交叉耦合。分析如下：

根据式（15）将 co（s φ - φ）和 sin（φ - φ）展开

由上式知道，由于有φ的存在，即和、差信号合成前存在相对相位差，则会造成方位、俯仰误差电压中存在交叉耦合，相对相位差越大，交叉耦合越大，同时还会造成角误差灵敏度的降低。直观地从 70MHz 上观察载波，其调幅信号的波形会发生畸形，检波输出的幅度下降。解决交叉耦合的最简方法就是在和或差的合成信号前加一可调移相器，通过改变移相器的相位，确保和、差合成信号的相位相对一致，此时差信号的输出幅度为最大。

6 位移相器不仅具有四相调制的功能，而且通过对前几位移相值的调整，以达到调整差信