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。和方向图用来发射，和方向图和差方向图用来接收，差方向图接收的信号提供角度误差信号的幅度。

接收时，回波脉冲同时被两个波束馈源所接收。两波束接收到的信号振幅有差异，但相位相同，即信号从1、2端输入同相信号，则△端输出两者的差信号，∑端输出两者的和信号。

这时，在∑（和）端，完成两信号同相相加，输出和信号。设和信号为E ∑，其振幅为两信号振幅之和，相位与到达和端的两信号相位相同，且与目标偏离天线轴线的方向有关。假定两个波束的方向性函数完全相同，设为F （θ），两波束接收到的信号电压振幅为E1、E2，并且到达和差比较器∑端时保持不变，两波束相对天线轴线的偏角为δ，则对于θ方向的目标，和信号振幅为： 122()()()()

()[()()]

()E E E E kF F kF F kF F F kF θδθθδθθδθδθθ∑∑∑∑∑∑==+=-++=-++=

式中()()()F F F θδθδθ∑=-++为接收和波束方向性函数，与发射和波束的方向性函数完全相同；k 为比例系数，它与雷达参数、目标距离、目标特性等因素有关。

在和差比较器的△（差）端，两信号反向相加，输出差信号，设为E ∆

，若到

（a ）双T 接头; (b)和差比较器示意图

达△端的两信号用E1、E2表示，他们的振幅仍为E1、E2，但相位相反，故差信号的振幅为: 12

()[()()]

()()E E E E kF F F kF F θδθδθθθ∆∆∑∑∆==-=--+=

其中()()()F F F θδθδθ∆=--+。即和差比较器的△端对应的接收方向性函数为原来两方向性函数之差。

现假定目标的误差角为ξ，则差信号振幅为()()E kF F ξξ∆∑∆=，在跟踪状态下，ξ很小，将()F ξ∆展开成泰勒级数并忽略高次项，则有：

()()()[(0)(0)]E kF F kF F F ξξξξ∆∑∆∑∆∆==+ 因为

(0)()()0F F F δδ∆=-=

所以 ()(0)E kF F ξξ∆∑∆=

又因为ξ很小，上式中()(0)F F ξ∑∑≈

因此有：

()(0)(0)(0)E kF F kF F ξξξ∆∑∆∑∆=≈ 由上式可知，在一定的误差角范围内，差信号的振幅与误差角成正比。 同理，对于和信号振幅：

22E =()(0)k F k F ξ∑∑∑≈ 将两式相除，得： 2(0)(0)(0)E (0)(0)kF F E F F k F ξξ∑∆∆∆∑∑∑≈=

所以，角误差信号与和差信号的振幅比成正比，即 (0)E (0)F E F ξ∑∆∑∆≈

单平面振幅和差单脉冲测角

根据比幅和差单脉冲测角原理,可画出单平面振幅和差单脉冲雷达的基本组成方框图，

如图所示。系统的简单工作过程为:发射信号加到和差比较器的Σ端,分别从1、2端输出同相激励两个馈源。接收时, 两波束的馈源接收到的信号分

别加到和差比较器的1、2端,Σ端输出和信号,Δ端输出差信号(高频角误差信号)。和、差两路信号分别经过各自的接收系统(称为和、差支路)。中放后,差信号作为相位检波器的一个输入信号,和信号分三路:一路经检波视放后作为测距和显示用;另一路用作和、差两支路的自动增益控制,再一路作为相位检波器的基准信号。和、差两中频信号在相位检波器进行相位检波,输出就是视频角误差信号,变成相应的直流误差电压后, 加到伺服系统控制天线跟踪目标。和圆锥扫描雷达一样, 进入角跟踪之前,必须先进行距离跟踪,并由距离跟踪系统输出一距离选通波门加到差支路中放,只让被选目标的角误差信号通过。

单平面振幅和差单脉冲雷达简化方框图

为了消除目标回波信号振幅变化(由目标大小、距离、有效散射面积变化引起)对自动跟踪系统的影响,必须采用自动增益控制。由和支路输出的和信号产生自动增益控制电压。该电压同时去控制和差支路的中放增益,这等效于用和信号对差信号进行归一化处理,同时又能保持和差通道的特性一致。由和支路信号作自动增益控制后,和支路输出基本保持常量,而差支路输出经归一化处理后其误差电压只与误差角ε有关而与回波幅度变化无关。

双平面振幅和差单脉冲测角

为了对空中目标进行自动方向跟踪,必须在方位和高低角两个平面上进行角跟踪,因而必须获得方位和高低角误差信号。为此,需要用四个馈源照射一个反射体,以形成四个对称的相互部分重叠的波束。在接收机中,有四个和差比较器和三路接收机，即和支路、方位差支路、俯仰差支路,两个相位鉴别器和两路天线控制系统等。

双平面振幅和差单脉冲雷达的原理框图已经给出，其工作原理与单平面雷达原理是一致的，只是获取和差信号的数目不相同。双平面脉冲雷达采用三路接收