雷達(dá)大作業(yè)-振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上雷達(dá)原理大作業(yè)振幅和差單脈沖雷達(dá)在自動測角系統(tǒng)中的應(yīng)用指導(dǎo)老師：魏青振幅和差脈沖測角基本原理單脈沖自動測角屬于同時(shí)波瓣測角法，在一個(gè)角平面內(nèi)，兩個(gè)相同的波束部分重疊，交疊方向即為等信號軸的方向。將這兩個(gè)波束接收到的回波信號進(jìn)行比較，就可取得目標(biāo)在這個(gè)平面上的角誤差信號，然后將此誤差電壓放大變換后加到驅(qū)動電動機(jī)控制天線向減小誤差的方向運(yùn)動。因?yàn)閮蓚€(gè)波束同時(shí)接收到回波，故單脈沖測角獲得目標(biāo)角誤差信息的時(shí)間可以很短，理論上只要分析一個(gè)回波脈沖就可以確定角誤差，所以叫“單脈沖”。這種方法可以獲得很高的測角精度，故精密跟蹤雷達(dá)通常采用它。由于取出角度誤差信號的具體方法不同，單脈

2、沖雷達(dá)的種類很多，應(yīng)用最廣的是振幅和差式單脈沖雷達(dá)，該方法的實(shí)質(zhì)實(shí)際上是利用兩個(gè)偏置天線方向圖的和差波束。和差脈沖法測角的基本原理為：角誤差信號。雷達(dá)天線在一個(gè)角平面內(nèi)有兩個(gè)部分重疊的波束如Error! Reference source not found.所示：振幅和差式單脈沖雷達(dá)取得角誤差信號的基本方法是將這兩個(gè)波束同時(shí)收到的信號進(jìn)行和差處理，分別得到和信號和差信號。與和差信號相應(yīng)的和差波束如Error! Reference source not found.(b) (c)。振幅和差式單脈沖波束圖（a）兩波束；（b）和波束；（c）差波束其中差信號即為該角平面內(nèi)的角誤差信號。若目標(biāo)處在天線軸

3、向方向（等信號軸），誤差角為零，則兩波束收到的回波信號幅度相同，差信號等于零。目標(biāo)偏離等信號軸而有一誤差角時(shí)，差信號輸出振幅與誤差角成正比，而其符號（相位）則由偏離的方向決定。和信號除用作目標(biāo)檢測和距離跟蹤外，還用作角誤差信號的相位基準(zhǔn)。和差波束形成原理：和差比較器是單脈沖雷達(dá)的重要部件，由它完成和差處理，形成和差波束。以Error! Reference source not found.（a）中的雙T接頭為例,它有四個(gè)端口,（和）端、（差）端和1、2端，這四個(gè)端口是匹配的。（a）雙T接頭; (b)和差比較器示意圖發(fā)射時(shí)，從發(fā)射機(jī)來的信號加到和差比較器的端，1、2端輸出等幅同相信號，端無輸出，

4、兩個(gè)饋源同相激勵(lì)，并輻射相同功率，結(jié)果兩波束在空間各點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)同相相加，形成發(fā)射和波束。和方向圖用來發(fā)射，和方向圖和差方向圖用來接收，差方向圖接收的信號提供角度誤差信號的幅度。接收時(shí)，回波脈沖同時(shí)被兩個(gè)波束饋源所接收。兩波束接收到的信號振幅有差異，但相位相同，即信號從1、2端輸入同相信號，則端輸出兩者的差信號，端輸出兩者的和信號。這時(shí)，在（和）端，完成兩信號同相相加，輸出和信號。設(shè)和信號為，其振幅為兩信號振幅之和，相位與到達(dá)和端的兩信號相位相同，且與目標(biāo)偏離天線軸線的方向有關(guān)。假定兩個(gè)波束的方向性函數(shù)完全相同，設(shè)為F（），兩波束接收到的信號電壓振幅為E1、E2，并且到達(dá)和差比較器端時(shí)保持不變

5、，兩波束相對天線軸線的偏角為，則對于方向的目標(biāo)，和信號振幅為：式中為接收和波束方向性函數(shù)，與發(fā)射和波束的方向性函數(shù)完全相同；k為比例系數(shù)，它與雷達(dá)參數(shù)、目標(biāo)距離、目標(biāo)特性等因素有關(guān)。在和差比較器的（差）端，兩信號反向相加，輸出差信號，設(shè)為，若到達(dá)端的兩信號用E1、E2表示，他們的振幅仍為E1、E2，但相位相反，故差信號的振幅為:其中。即和差比較器的端對應(yīng)的接收方向性函數(shù)為原來兩方向性函數(shù)之差。現(xiàn)假定目標(biāo)的誤差角為，則差信號振幅為，在跟蹤狀態(tài)下，很小，將展開成泰勒級數(shù)并忽略高次項(xiàng)，則有：因?yàn)樗?又因?yàn)楹苄。鲜街幸虼擞校?由上式可知，在一定的誤差角范圍內(nèi)，差信號的振幅與誤差角成正比。同理，對于

6、和信號振幅：將兩式相除，得： 所以，角誤差信號與和差信號的振幅比成正比，即單平面振幅和差單脈沖測角根據(jù)比幅和差單脈沖測角原理,可畫出單平面振幅和差單脈沖雷達(dá)的基本組成方框圖，如圖所示。系統(tǒng)的簡單工作過程為:發(fā)射信號加到和差比較器的端,分別從1、2端輸出同相激勵(lì)兩個(gè)饋源。接收時(shí), 兩波束的饋源接收到的信號分別加到和差比較器的1、2端,端輸出和信號,端輸出差信號(高頻角誤差信號)。和、差兩路信號分別經(jīng)過各自的接收系統(tǒng)(稱為和、差支路)。中放后,差信號作為相位檢波器的一個(gè)輸入信號,和信號分三路:一路經(jīng)檢波視放后作為測距和顯示用;另一路用作和、差兩支路的自動增益控制,再一路作為相位檢波器的基準(zhǔn)信號。和

7、、差兩中頻信號在相位檢波器進(jìn)行相位檢波,輸出就是視頻角誤差信號,變成相應(yīng)的直流誤差電壓后, 加到伺服系統(tǒng)控制天線跟蹤目標(biāo)。和圓錐掃描雷達(dá)一樣, 進(jìn)入角跟蹤之前,必須先進(jìn)行距離跟蹤,并由距離跟蹤系統(tǒng)輸出一距離選通波門加到差支路中放,只讓被選目標(biāo)的角誤差信號通過。單平面振幅和差單脈沖雷達(dá)簡化方框圖為了消除目標(biāo)回波信號振幅變化(由目標(biāo)大小、距離、有效散射面積變化引起)對自動跟蹤系統(tǒng)的影響,必須采用自動增益控制。由和支路輸出的和信號產(chǎn)生自動增益控制電壓。該電壓同時(shí)去控制和差支路的中放增益,這等效于用和信號對差信號進(jìn)行歸一化處理,同時(shí)又能保持和差通道的特性一致。由和支路信號作自動增益控制后,和支路輸出基

8、本保持常量,而差支路輸出經(jīng)歸一化處理后其誤差電壓只與誤差角有關(guān)而與回波幅度變化無關(guān)。雙平面振幅和差單脈沖測角 為了對空中目標(biāo)進(jìn)行自動方向跟蹤,必須在方位和高低角兩個(gè)平面上進(jìn)行角跟蹤,因而必須獲得方位和高低角誤差信號。為此,需要用四個(gè)饋源照射一個(gè)反射體,以形成四個(gè)對稱的相互部分重疊的波束。在接收機(jī)中,有四個(gè)和差比較器和三路接收機(jī)，即和支路、方位差支路、俯仰差支路,兩個(gè)相位鑒別器和兩路天線控制系統(tǒng)等。雙平面振幅和差單脈沖雷達(dá)的原理框圖已經(jīng)給出，其工作原理與單平面雷達(dá)原理是一致的，只是獲取和差信號的數(shù)目不相同。雙平面脈沖雷達(dá)采用三路接收機(jī)同時(shí)工作，將差信號與和信號做幅度比較后，去多誤差信號，包括誤差

9、信號的大小和方向。因此工作中要求三路接收機(jī)的工作特性嚴(yán)格一致，各路接收機(jī)幅相特性不一致的后果是測角靈敏度境地并產(chǎn)生測角誤差。單脈沖定向原理對目標(biāo)的定向，即測定目標(biāo)的方向，是雷達(dá)的主要任務(wù)之一。單脈沖定向是雷達(dá)定向的一個(gè)重要方法。所謂“單脈沖”，是指使用這種方法時(shí)，只需要一個(gè)目標(biāo)回波脈沖，就可以給出目標(biāo)角位置的全部信息。根據(jù)從回波信號中提取目標(biāo)角信息的特點(diǎn)，可以將單脈沖定向分為兩種基本的方法：振幅定向法和相位定向法，分別見于下圖。除了上述兩種方法外，由它們合成的振幅相位定向法（或稱為綜合法）也得到了廣泛的應(yīng)用。圖單脈沖振幅定向法 圖 單脈沖相位定向法振幅法測角 振幅法測角是用天線收到的回波信號幅

10、度值來做角度測量的，該幅度值的變化規(guī)律取決于天線方向圖以及天線掃描方式。振幅法測角可分為最大信號法和等信號法兩大類。 最大信號法 當(dāng)天線波束作圓周掃描或在一定扇形范圍內(nèi)作勻角速掃描時(shí), 對收發(fā)共用天線的單基地脈沖雷達(dá)而言, 接收機(jī)輸出的脈沖串幅度值被天線雙程方向圖函數(shù)所調(diào)制。找出脈沖串的最大值(中心值), 確定該時(shí)刻波束軸線指向即為目標(biāo)所在方向, 如Error! Reference source not found.的（a）所示。如天線轉(zhuǎn)動角速度為r/min, 脈沖雷達(dá)重復(fù)頻率為, 則兩脈沖間的天線轉(zhuǎn)角為。這樣,天線軸線(最大值)掃過目標(biāo)方向()時(shí),不一定有回波脈沖,就是說,將產(chǎn)生相應(yīng)的“量化

11、”測角誤差。在人工錄取的雷達(dá)里, 操縱員在顯示器畫面上看到回波最大值的同時(shí),讀出目 最大信號法掃描圖標(biāo)的角度數(shù)據(jù)。采用平面位置顯示(PPI)二度空間顯示器時(shí),掃描線與波束同步轉(zhuǎn)動,根據(jù)回波標(biāo)志中心(相當(dāng)于最大值)相應(yīng)的掃描線位置,借助顯示器上的機(jī)械角刻度或電子角刻度讀出目標(biāo)的角坐標(biāo)。 在自動錄取的雷達(dá)中,可以采用以下辦法讀出回波信號最大值的方向:一般情況下,天線方向圖是對稱的,因此回波脈沖串的中心位置就是其最大值的方向。測讀時(shí)可先將回波脈沖串進(jìn)行二進(jìn)制量化,其振幅超過門限時(shí)取“1”,否則取“0”,如果測量時(shí)沒有噪聲和其它干擾,就可根據(jù)出現(xiàn)“1”和消失“1”的時(shí)刻,方便且精確地找出回波脈沖串“開

12、始”和“結(jié)束”時(shí)的角度,兩者的中間值就是目標(biāo)的方向。通常,回波信號中總是混雜著噪聲和干擾,為減弱噪聲的影響, 脈沖串在二進(jìn)制量化前先進(jìn)行積累, 如Error! Reference source not found.中的實(shí)線所示,積累后的輸出將產(chǎn)生一個(gè)固定遲延,但可以提高測角精度。最大信號法測角波形圖最大信號法測角也可采用閉環(huán)的角度波門跟蹤進(jìn)行, 如圖所示, 它的基本原理和距離門做距離跟蹤相同。用角波門技術(shù)作角度測量時(shí)的精度(受噪聲影響)為 式中, E/N0為脈沖串能量和噪聲譜密度之比, 為誤差響應(yīng)曲線的斜率,為天線波束寬度,為波束形狀損失,是中心脈沖的信噪比;為單程半功率點(diǎn)波束寬度內(nèi)的脈沖數(shù)。

13、在最佳積分處理?xiàng)l件下可得到 。最大信號法測角的優(yōu)點(diǎn)一是簡單;二是用天線方向圖的最大值方向測角,此時(shí)回波最強(qiáng), 故信噪比最大,對檢測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是有利的。 其主要缺點(diǎn)是直接測量時(shí)測量精度不很高,約為波束半功率寬度()的 20%左右。因?yàn)榉较驁D最大值附近比較平坦, 最強(qiáng)點(diǎn)不易判別,測量方法改進(jìn)后可提高精度。另一缺點(diǎn)是不能判別目標(biāo)偏離波束軸線的方向,故不能用于自動測角。最大信號法測角廣泛應(yīng)用于搜索、引導(dǎo)雷達(dá)中。 假定兩個(gè)波束的方向性函數(shù)完全相同，設(shè)為，等信號軸指向?yàn)椋瑒t波束1、2的方向性函數(shù)可分別寫成：為與波束最大值方向的偏角。設(shè)波束1，2接收到的回波信號分別表示為式中，為目標(biāo)方向偏離等信號軸的角度，對， 信號進(jìn)行處理，就可以獲得目標(biāo)方向的信息。 比幅法：求兩信號的幅度比值，（時(shí)）根據(jù)比值大小可以判斷目標(biāo)偏離的方向，查找預(yù)先制定的表格就可以估計(jì)出目標(biāo)偏離的角度數(shù)值。 和差法：由u1和u2可求得其差值及和值。和差法測角現(xiàn)假定