西安电子科技大学雷达原理大作业

雷达原理大作业

指导老师：魏青

班级： 021231

振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的应用

摘要：

对目标的定向，是雷达的主要任务之一，单脉冲定向是雷达定向的一个重要方法。单脉冲探测技术的作用就是首先选择一个具体的目标，然后在角度、距离，有时还在频率（或者速度）坐标上跟随目标的路线。其中，角度跟踪，即测角可分为最大信号法和等信号法两大类。本文重点对等信号法的基本原理进行分析，基于MATLAB进行仿真和应用。

关键词：振幅法测角等信号法MATLAB

目录

0 引言 (2)

1 振幅和差单脉冲雷达基本原理 (2)

1.1 和差法测角 (2)

1.2 单脉冲自动测角系统 (4)

1.3 公式推导 (6)

1.4 系统组成 (8)

2 主要优缺点 (9)

3 MATLAB实现

4 振幅和差单脉冲雷达的应用

5 结论

参考文献

0 引言

单脉冲雷达测角体制已有几十年历史，迄今仍然是精度较高的雷达测角方法。单脉冲是指在目标回波一个探测脉冲周期内能够完整分离目标角度信息，而不同于锥扫（线扫）体制，通过多个脉冲周期扫描得到回波幅度调制信息，再从中提取角度信息。

单脉冲雷达测角体制有四种类型，振幅和差、振幅-振幅、相位和差、相位-相位。其中应用最广泛的是振幅和差及振幅-振幅，又叫比幅单脉冲。单脉冲测角的基本原理是运用指向目标（或发射机）的有方向性的天线波束，测量接收信号的到达角。单脉冲雷达系统中，目标的角位置信息是将回波信号加以成对比较得到的，在进行这种比较时，系统输出电压只取决于信号的到达角。在一个平面内，两个相同的波束部分重叠，其交叠方向即为等信号轴。将这两个波束同时接收到的回波信号进行和差处理，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，理论上只需分析一个回波脉冲就可以确定角误差。近年来，测角效率和测角精度不断提高。本文主要研究振幅和差单脉冲雷达的基本原理及其应用。

1 振幅和差单脉冲雷达基本原理

1.1 和差法测角

振幅法测角是用天线收到的回波信号幅度值来做角度测量，该幅度值的变化规律取决于天线方向图函数以及天线扫描方式。振幅法测角可分为最大信号法和等信号法两大类。

等信号法测角采用两个相同且彼此部分重叠的波束，其方向图如图1.1.1所示。如果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。故常常称OA为等信号轴。

图1.1.1

（图中右天线信号>左天线信号）如图所示，δ为天线最大方向与等信号轴间夹角。

当偏角θ>0，

即波束2的回波比回波1的强，右天线信号 > 左天线信号，目标处在OB方向，即如图1.1.1中所示；

当偏角θ<0，

即波束2的回波波束1的弱，右天线信号 < 左天线信号，目标处在OC方向；

当偏角θ=0，

即两个波束收到的回波信号相等时，右天线信号 = 左天线信号；即最理想情况，等信号轴所指方向即为目标方向。

因此，比较两个波束回波的强弱就可以判断目标偏离等信号轴的方向，并可以查表的办法估计出偏离等信号轴的大小。

1.2 单脉冲自动测角系统

和差比较器是单脉冲雷达的重要部件，用的较多的是双T 接头，框架如图1.2.1所示。

图1.2.1

四个端口：∑（和）端、∆（差）端和1、2端。

首先，将雷达发射机与∑端联通，∆端则无输出。1、2端输出等幅同相信号，如下图所示。（假设天线原本最大方向为0°）

图1.2.2

图中，302

dB

θδ>≈

，为与波束最大值方向的偏角，是常数。

和信号天线方向图函数为：

()()()F F F θθδθδ∑=-++ 式（1.2.1）

如下图所示：

图1.2.3

差天线方向图函数为：

()()()F F F θθδθδ∑=--+ 式（1.2.2）

如下图所示：

图1.2.4

然后，雷达接收机接收回波信号，分别从1、2端进入。∑（和）端输出和信号，∆（差）端输出两者的差信号。

1.3 公式推导

发射端：

和信号天线方向图函数，即上式（1.2.1），

()()()F F F θθδθδ∑=-++

差天线方向图函数，即上式（1.2.2），

()()()F F F θθδθδ∑=--+

接收端： ∑端场强：

2()()()()()()E k F F k F F k F θθθδθθδθ∑∑∑∑=⋅⋅++⋅⋅-=⋅ 式（1.2.3）

∆端场强：

()()()()()()()E k F F k F F k F F θθθδθθδθθ∆∑∑∑∆=⋅⋅--⋅⋅+=⋅⋅ 式（1.2.4）

对左右天线方向图函数，即式（1.2.1）和式（1.2.2），在δ处泰勒展开（000()()()()f x f x f x x x '=+-），即： 右天线方向图函数：

()()()F F F θδδδθ'+=+⋅ 式（1.2.5）

左天线方向图函数：

()()()()F F F F θδδθδδθ'-=-=-⋅ 式（1.2.6）

图1.2.5

将上式（1.2.5）和式（1.2.6）代入式（1.2.3）和（1.2.4），得：

2

22()()[()()]4()E k F k F F k F θθθδθδδ∑∑=⋅=⋅++-=⋅ 式（1.2.7）

()4()()E k F F θδδθ∆'=-⋅⋅⋅ 式（1.2.8）

所以归一化的和差值：

()

(0)()

E F E F δθηθηδ∆∑'=-⋅=⋅> 式（1.2.9） 式（1.2.9）中，()F δ是一个大于零的常数，()F θ'是一个小于零的常数，()

()

F F δδ'-

，即η为一个大于零的常数。因为

E E ∆

∑

正比于目标偏离的角度，故用它来判断角度的大小及方向。

1.4 系统组成

图1.4.1

例：

和信号 差信号