第5章相控阵雷达概要讲解学习

比特率
线性调频扫描 非线性调频扫描
噪声
|f2-f1| |f2-f1|
B
分辨率 1/比特率
1/|f2-f1| 1/|f2-f1|
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y ( t) s ( t)* h ( t) s ( ) s * ( t t0 ) d
N1
E() E ejk k0
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
FaN ssiniN nddssii n n
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。
常用的按两个相位变化，在0o和－180o两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。
另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。
海明函数为：
w (t) 0 .0 8 0 .9c22 o ( ts ) T
加权以后的失配滤波器的冲激响应为：
t T 2
h(t)s(t0t)w(t)
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。
12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。
F F a F e
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。
不出现栅瓣的条件：
πd λ
sinθ
，或
d/λ≤1
波阵面
dd ej0 e-jψ0 e-j2ψ0
d e-j(N-1)ψ0
图5.3阵列天线扫描示意图
此时，天线方向图为。
F aN ssi iN n d n d ssi i n n ssi i 0 n n 0
无栅瓣的条件：
d
1Leabharlann 1 sin0(5-7)
结论：
1． 相控阵天线一维主瓣方向由阵元馈电相位差决定。 0 2dsin0 2． 当阵元间距d太大时，将出现与主瓣等幅度的栅瓣。有两个克
四相码应用较少。
习题：线性调频信号的带宽B为1MHz，时宽T为100μs，零中频，t0=0。采 样频率fs=B。 1． 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2． 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3． 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4． 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
当t=t0时，y(t)达到最大，实现了脉冲压缩。
10.线性调频脉冲压缩
线性调频信号为
s' t Reej2 [f02B Ttt ]
t T 2
式中幅度已经归一化，f0中心频率，T为脉冲宽度，B为带宽。其零
中频信号为：
jBt2
st e T
t T
2
jBt2
ht e T
t T 2
11.失配加权
线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号 的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为－13分贝。在实际 应用中，要求副瓣电平低于－30dB至－45dB。
第5章相控阵雷达概要
6.脉冲压缩的实现：
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络，
脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常
用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
带宽
伪随机二进制序列
相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类：
1.有源相控阵列雷达
每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器
显示 控制
激励器 数据处理 波控计算机
发射 天线 接收 阵列 阵列
相控阵雷达的特点：
波束捷变 多目标跟踪 远作用距离 高数据率 自适应抗干扰 快速识别目标 高可靠性 天线共形
§5.2相控阵列的基本原理
相控阵天线的阵元一般在100-10000 个，每个阵元后接一个可控移相器。改 变每个移相器的移相量就改变了阵元间 的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁 波的波阵面指向。
第五章 相控阵雷达
§5.1概述
相控阵：
相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排 列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波 阵面。
相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术 有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈 变化的时期。
相控阵采用的高技术：
计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展
结论：
1.
阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。∑
2Ndsin
2.
πd
阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。λ
s
inθ
二、相控阵天线扫描
在图5.3中，阵列天线馈电相位按ψ0递减，则波束指向为θ0。改 变ψ0，就能实现相控阵扫描。馈电相位差与等价波程差关系：
0 2dsin0
主瓣方向
θ0
dsin(θ0)
θ
dsin(θ)
波阵面
dd 0 12
d N-1
图5.1阵列天线示意图
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
2dsin
考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布， 等幅馈电，在θ方向某点辐射场矢量和：
服方法：
限制阵元间距，
。 d 1
1 sin0
限制阵元天线方向图，使阵元主瓣内不出现栅瓣。
3． 天线扫描时，θ0增大，波束要展宽。 4． 天线扫描时，θ0增大，天线增益要下降。
可以采用非均匀分布的阵列天线，见P156 表5－1。
以上分析的是相控阵一维阵列天线分析，二维天线的分析方法相 同。
§5.3相控阵雷达的组成