西安电子科技大学雷达原理大作业

西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术雷达原理大作业指导老师：魏青班级：021231西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-1-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西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-2-目录0引言....................................................21振幅和差单脉冲雷达基本原理..............................21.1和差法测角..........................................21.2单脉冲自动测角系统..................................41.3公式推导............................................61.4系统组成............................................82主要优缺点..............................................93MATLAB实现4振幅和差单脉冲雷达的应用5结论参考文献西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-3-0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。西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-4-图1.1.1（图中右天线信号左天线信号）如图所示，为天线最大方向与等信号轴间夹角。当偏角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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=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西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-5-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，302dB，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：()()()FFF式（1.2.1）如下图所示：西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-6-图1.2.3差天线方向图函数为：()()()FFF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公式推导西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-7-发射端：和信号天线方向图函数，即上式（1.2.1），()()()FFF差天线方向图函数，即上式（1.2.2），()()()FFF接收端：端场强：2()()()()()()EkFFkFFkF式（1.2.3）端场强：()()()()()()()EkFFkFFkFF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处泰勒展开（000()()()()fxfxfxxx），即：右天线方向图函数：()()()FFF式（1.2.5）左天线方向图函数：()()()()FFFF式（1.2.6）图1.2.5西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-8-将上式（1.2.5）和式（1.2.6）代入式（1.2.3）和（1.2.4），得：222()()[()()]4()EkFkFFkF式（1.2.7）()4()()EkFF式（1.2.8）所以归一化的和差值：()(0)()EFEF式（1.2.9）式（1.2.9）中，()F是一个大于零的常数，()F是一个小于零的常数，()()FF，即为一个大于零的常数。因为EE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：和信号差信号西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-9-010cos(2)ft05cos(2)ft同相005cos(2)ft反相02主要优缺点等信号法中，两个波束可以同时存在，若用两套相同的接收系统同时工作，则称同时波瓣法；两波束也可以交替出现，或只要其中一个波束，使它绕OA轴旋转，波束便按时间顺序在1、2位置交替出现，只要用一套接收系统工作，则称顺序波瓣法。等信号法的主要优点：（1）测角精度比最大信号法高。因为等信号轴附近方向图斜率较大，目标略微偏离等信号轴时，两信号强度变化较显著。由理论分析可知，对收发共用天线的雷达，精度约为波束半功率宽度的2%，比最大信号法高约一个量级。（2）根据两个波束收到的信号的强弱可判别目标偏离等信号轴的方向，便于自动测角。等信号法的主要缺点：（1）测角系统较复杂；（2）等信号轴方向不是方向图的最大值方向，故在发射功率相同的条件下，作用距离比最大信号法小一些。若两波束交点选择在最大值的0.7~0.8处，则对收发共用天线的雷达，作用距离比最大信号法减小越20%~30%。3MTALAB实现4振幅和差单脉冲雷达的应用脉冲雷达早在60年代就已广泛应用。美国、英国、法国和日本等国军队大量装备单脉冲雷达，主要用于目标识别、靶场精密跟踪测量、弹道导弹预警和跟踪、导弹再入弹道测量、火箭和卫星跟踪、武器火力控制、炮位侦察、地形跟随、导航、地图测绘等；在民用上主要用于中交通管制。单脉冲技术由于其良好的测角、角跟踪性能和抗干扰能力，因此除了在跟踪雷达中应用西安电子科技大学电子工程学院信息对抗技术-10-之外，还广泛应用到各种武器平台的控制雷达当中。由于无人机卓越的作战效能，其在军事领域中的引用越来越广泛。然而无人机的回收的精确制导却一直是无人机研制过程中的一个难点和重点。无人机回收过程中，测角是一个非常重要的参数，而单脉冲测角，只要一个脉冲信号，就可以给目标角位置（方向）的全部信息，较之过去常采用的圆锥扫描法，精度更高，抗干扰能力也更强。目前使用的单脉冲雷达基本上都实现了模块化、系列化和通用化，具有多目标跟踪、动目标显示、故障自检、维修方便等特点。5结论本文基于MATLAB对振幅和差单脉冲雷达进行了仿真，根据两个波束收到的信号的强弱可判别目标偏离等信号轴的方向，证明了和差法可以自动的比较准确的测试出角度。但是测角系统较复杂，仍有些方面需要改善。参考文献[1]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安电子科技大学出版社;2002年6月第3版[2]胡体玲,李兴国.双平面振幅和差式单脉冲雷达[J].现代雷达，2006,8：11-21.[3]I.Skolnik.雷达系统导论[M].3版.左群声、徐国良、马林、王德等，译.北京：电子工业出版社，2006：162-169.[4]朱鸿熙.振幅和差单脉冲雷达幅相一致性及校准分析[J].信息化研究.2011年8月.第37卷第4期