雷达对抗技术03-2015

1/40第3章雷达的方向测量和定位3.1概述3.2振幅法测向3.3相位法测向3.4对雷达的定位3.1概述测向的目的测向的方法测向系统的主要技术指标2/403.1.1测向的目的信号分选和识别引导干扰方向引导武器系统辅助攻击提供威胁告警，指明威胁方向辅助实现对辐射源定位3/403.1.2测向的方法1.根据测向原理测向方法分为：a）振幅法测向：利用信号的相对幅度大小，确定信号的到达方向。主要方法有：最大信号法等信号法比较信号法b)相位法测向利用测向天线侦收同一信号的相对相位差，确定信号的到达方向。4/402.根据波束扫描测向方法分为a)顺序波束法利用窄波束天线连续搜索实现优点：设备简单，体积小，重量轻。缺点：瞬时视野小，截获概率低，截获时间长。b)同时波束法利用多个独立天线实现优点：瞬时视野宽，截获概率高，截获时间短。缺点：设备较复杂。5/403.1.3测向系统的主要技术指标1)测角精度和角度分辨力2)测角范围、瞬时视野、角度搜索概率和搜索时间3)测向系统灵敏度6/403．2振幅法测向•波束搜索法测向技术•全向振幅单脉冲测向技术•多波束测向技术7/403.2.1波束搜索法测向技术8/409/401.慢速可靠搜索雷达天线：波束宽度：a，扫描速度：va,扫描范围：Ωa扫描周期：Ta,Ta=Ωa/va侦察天线：波束宽度：r，扫描速度：vr,角度搜索范围：ΩAOA扫描周期：TR,TR=ΩAOA/vr慢速可靠搜索需同时满足的条件：1）（慢速条件）在雷达天线扫描一周的时间Ta内，侦察天线最多只扫描一个波束宽度r2）（可靠条件）在雷达天线指向侦察机的时间Ts内，至少接收到Z个连续的雷达发射脉冲Tr为雷达的脉冲重复周期。rrRarAOATTvasaraTTZT10/402.快速可靠搜索雷达天线：波束宽度：a，扫描速度：va,扫描范围：Ωa扫描周期：Ta,Ta=Ωa/va侦察天线：波束宽度：r，扫描速度：vr,角度搜索范围：ΩAOA扫描周期：TR,TR=ΩAOA/vr快速可靠搜索需同时满足的条件：1）（快速条件）在雷达天线扫描一个波束宽度a的时间内，侦察天线至少扫描一周2）（可靠条件）在侦察天线指向雷达的时间Ts内，至少接收到Z个连续的雷达发射脉冲Tr为雷达的脉冲重复周期。aaaRaaTTvrsRrAOATTZT11/403.测角精度和角度分辨力角度测量均值：无偏测角方差：波束宽度越小越好，信噪比越大越好辅助支路：采用全向天线，消除由于雷达天线扫描、发射信号起伏、电波传播起伏等对测向的影响；还能够用于旁瓣匿影。角度分辨力：70/,rdd为天线口径，为波长12/403.2.2全向振幅单脉冲测向技术全向振幅单脉冲系统使用N个相同方向图函数的天线，均匀分布到360度方向。四天线全向振幅单脉冲原理如图带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器射频放大射频放大射频放大射频放大检波检波检波检波对数放大对数放大对数放大对数放大信号处理13/40基本特点：N个同方向图天线均匀分布在[0，2]方位内，天线方向图函数为：每个天线接收的信号经过各自振幅响应为的接收通道，输出脉冲的对数包络信号为雷达信号的振幅调制。信号处理方法有相邻比幅和全方向比幅两种。(),0,......1,2issFFiiNNiK()lg()(),0,...,1iisstKFiAtiN()At14/401．相邻比幅法信号方向位于两相邻天线间：如图示2,2ssFF2/s2/s15/40相邻比幅法（续）系统输出对数电压比由R反解可以得到，若天线方向图为高斯函数时为的半功率波束宽度。k=1时得到dBFFkRss22lg10223863.1reFdBRrs212FrF16/40相邻比幅法（续）反解得到对求全微分，得到系统测向误差为可见，波束越窄(小)，误差越小。Rsr122ssrrsrsrdRdRdRd22212612,,rsRr17/40相邻波束的交点方向（等信号方向）增益与最大信号方向增益的功率比称为波束交点损失L:波束越窄（小）交点损失L越大，影响测向灵敏度。波束需折中选择。给定的交点损失L(dB),波束宽度为：Lsr3(/2)sF(0)F(/2)20lg(0)sFLdBF当天线方向图为高斯函数时220(/2)36020lg331ssrrFLdBNr18/402.全方向比幅法（NABD）对各天线的输出取加权和其中，，超过此范围时按照2取模。当天线数量较大时，天线函数傅氏级数展开的高次系数很小，简化为：无模糊方向估计全方向比幅测向法的主要优点是，对各种天线函数的适应性强，测向误差小，没有强信号造成的虚假测向，但信号处理复杂，不能同时进行多信号测向和分辨。1010cossinNissNissiiFCiiFSiis,ˆarctanSC11sin2cos2NSaNCa19/403.2.3多波束测向技术多波束测向系统由N个同时的窄波束覆盖测向范围AOA，它有两种形成方法：•集中参数微波馈电网络构成的多波束天线阵；•空间分布的馈电构成的多波束天线阵。典型的集中参数的微波馈电网络构成的多波束天线阵是罗特曼透镜。20/40多波束测向技术(续）如图示)(0F)(1F)(1NF)(F测向接收机)(0F)(1F)(2F)(1NF0l1l2l1Nl21/40多波束测向技术(续）当平面电磁波由方向到达天线阵时，各天线阵元的输出相位差为：,d为相邻天线间距经过li长度的传输线，引起传输相差：由聚焦区口i到输出口j的等效路径长度为，相移量为()()(),0,1jiiStSteiN2sind1,0,2Nilii,ijd,,2,,0,1ijijdijN22/40多波束测向技术(续）罗特曼透镜通过对测向系统参数的设计和调整，使j输出口的天线振幅方向图函数近似为，j=0,1,…N-1从而使N个输出口具有N个不同的波束指向。难点：宽带特性，即要求波束指向尽可能不受频率的影响（宽带聚焦）。,10siniijNjjijijNFe11,0,0,,,NNiijiijdNld10Njj23/403.3相位法测向数字式相位干涉仪测向技术线性相位多模圆阵测向技术24/403.3.1数字式相位干涉仪测向1.单基线相位干涉仪测向的基本原理在原理上相位干涉仪可以实现对单个脉冲的测向，因此又称为相位单脉冲测向。下面利用单基线的相位干涉仪说明其原理，如图接收机接收机鉴相器角度变换l角度信息25/40天线阵输出信号相位差正交相位检波输出测向输出因为鉴相器无模糊范围为[-，），因此系统无模糊测角范围[－max,max）：求全微分l/越大精度越高，但无模糊测角范围越小。sin2lsin,cosSCUKUKarctan(),arcsin2SCUUlmaxarcsin2l222cossin,tan2coslll26/402.一维多基线相位干涉仪测向在多基线相位干涉仪中，利用长基线保证精度，短基线保证测角范围。3基线相位干涉仪原理图如下：射频放大混频器限幅放大射频放大混频器限幅放大射频放大混频器限幅放大射频放大混频器限幅放大本振鉴相器鉴相器鉴相器加减、极性量化器编码校正电路方位码输出l1l2l327/40一维多基线相位干涉仪测向（续）其中0天线为基准天线，它与其它天线的间距分别为l1、l2、l3，经过鉴相得到6个输出信号：其中：112233sin,cos,sin,cos,sin,cos223122114sin4sin2sin23lll213244llll28/40一维多基线相位干涉仪测向（续）这6路信号经过加减电路，极性量化器，校正编码器产生8bit方向码输出，其方法与比相法瞬时测频接收机类似。设基线数为k,相邻基线长度比为n，最长基线编码器的量化位数为m，则测向精度为相位干涉仪测向具有较高的测向精度，但测向范围不能覆盖全方位，而且没有同时信号分辨能力。同时必须先对信号进行频率测量，才能进行方向测量。11max2mkn29/403.2.2线性相位多模圆阵测向技术线性相位多模圆阵是全方位测向系统，其原理如图示：R10N-1Nr2信号方向圆阵天线馈电网络Bulter矩阵鉴相器组加减极性量化编码校正电路0U1U1NU方向码输出30/40线性相位多模圆阵测向技术（续）当信号从方向得到天线阵面时，在各阵元上的激励电压为其中U为接收的复信号，对天线输出信号进行加权合成，得到圆阵天线输出为：22,cos(),0,1,1rjrrRrUUerNN22211(cos())00()1,,22rrrNNjKjKWNNNKrrrNNFUeUeK其中W=2R/。31/40线性相位多模圆阵测向技术（续）阵元数为N，鉴相器量化位数为m，则测向精度总结：多模圆阵是一种宽带测向技术，信号的频率不影响测向。工作带宽取决与圆阵天线和馈电网络的带宽。它没有同时多信号分辨能力。122mN32/403.4对雷达的定位•单点定位•多点定位33/403.4.1单点定位1、飞越目标定位法34/402、方位/仰角定位法35/403.4.2多点定位1、测向交叉定位法36/402、测向-时差定位法37/40求出了R1和，便实现了定位。38/403、时差定位法1）平面时差定位2）空间时差定位39/40