雷達對抗技術

1、2021/2/1111/40 第第3章章 雷達的方向測量和定位雷達的方向測量和定位 3.1 3.1 概述概述 3.2 3.2 振幅法測向振幅法測向 3.3 3.3 相位法測向相位法測向 3.4 3.4 對雷達的定位對雷達的定位 3.1 3.1 概述概述 測向的目的測向的目的 測向的方法測向的方法 測向系統(tǒng)的主要技術指標測向系統(tǒng)的主要技術指標 2021/2/1122/40 3.1.1 測向的目的測向的目的 v 信號分選和識別 v 引導干擾方向 v 引導武器系統(tǒng)輔助攻擊 v 提供威脅告警,指明威脅方向 v 輔助實現(xiàn)對輻射源定位 2021/2/1133/40 3.1.2 測向的方法測向的方法 1.

2、根據(jù)測向原理測向方法分為: a）振幅法測向）振幅法測向: 利用信號的相對幅度大小,確定信號的到達方向。 主要方法有: 最大信號法 等信號法 比較信號法 b) 相位法測向相位法測向 利用測向天線偵收同一信號的相對相位差,確定信號的 到達方向。 2021/2/1144/40 2. 根據(jù)波束掃描測向方法分為 a) 順序波束法順序波束法 利用窄波束天線連續(xù)搜索實現(xiàn) 優(yōu)點:設備簡單,體積小,重量輕。 缺點:瞬時視野小,截獲概率低,截獲時間長。 b) 同時波束法同時波束法 利用多個獨立天線實現(xiàn) 優(yōu)點:瞬時視野寬,截獲概率高,截獲時間短。 缺點:設備較復雜。 2021/2/1155/40 3.1.3 測向系

3、統(tǒng)的測向系統(tǒng)的主要技術指標主要技術指標 1) 測角精度和角度分辨力 2) 測角范圍、瞬時視野、角度搜索概率和搜索時間 3) 測向系統(tǒng)靈敏度 2021/2/1166/40 32 振幅法測向振幅法測向 波束搜索法測向技術波束搜索法測向技術 全向振幅單脈沖測向技術全向振幅單脈沖測向技術 多波束測向技術多波束測向技術 2021/2/1177/40 3.2.1 波束搜索法測向技術波束搜索法測向技術 2021/2/1188/40 2021/2/1199/40 1.慢速可靠搜索慢速可靠搜索 雷達天線雷達天線: 波束寬度波束寬度: a , 掃描速度掃描速度:va , 掃描范圍掃描范圍:a 掃描周期掃描周期:T

4、a , Ta = a/ va 偵察天線偵察天線: 波束寬度波束寬度: r , 掃描速度掃描速度:vr , 角度搜索范圍角度搜索范圍:AOA 掃描周期掃描周期:TR , TR = AOA/ vr 慢速可靠搜索需同時滿足的條件慢速可靠搜索需同時滿足的條件: 1）（）（慢速條件慢速條件）在雷達天線掃描一周的時間）在雷達天線掃描一周的時間Ta內內,偵察天線最多只掃描一個波束偵察天線最多只掃描一個波束 寬度寬度 r 2）（）（可靠條件可靠條件）在雷達天線指向偵察機的時間）在雷達天線指向偵察機的時間Ts內內,至少接收到至少接收到 Z 個連續(xù)的雷達個連續(xù)的雷達 發(fā)射脈沖發(fā)射脈沖 Tr為雷達的脈沖重復周期。為

5、雷達的脈沖重復周期。 rr Ra rAOA TT v a sar a TTZT 2021/2/111010/40 2.快速可靠搜索快速可靠搜索 雷達天線雷達天線: 波束寬度波束寬度: a , 掃描速度掃描速度:va , 掃描范圍掃描范圍:a 掃描周期掃描周期:Ta , Ta = a/ va 偵察天線偵察天線: 波束寬度波束寬度: r , 掃描速度掃描速度:vr , 角度搜索范圍角度搜索范圍:AOA 掃描周期掃描周期:TR , TR = AOA/ vr 快速可靠搜索需同時滿足的條件快速可靠搜索需同時滿足的條件: 1）（）（快速條件快速條件）在雷達天線掃描一個波束寬度）在雷達天線掃描一個波束寬度

6、a的時間內的時間內,偵察天線至少掃描偵察天線至少掃描 一周一周 2）（）（可靠條件可靠條件）在偵察天線指向雷達的時間）在偵察天線指向雷達的時間Ts內內,至少接收到至少接收到 Z 個連續(xù)的雷達個連續(xù)的雷達 發(fā)射脈沖發(fā)射脈沖 Tr為雷達的脈沖重復周期。為雷達的脈沖重復周期。 aa aR aa TT v r sRr AOA TTZT 2021/2/111111/40 3.測角精度和角度分辨力測角精度和角度分辨力 角度測量均值角度測量均值: 無偏無偏 測角方差測角方差: 波束寬度越小越好波束寬度越小越好,信噪比越大越好信噪比越大越好 輔助支路輔助支路:采用全向天線采用全向天線,消除由于雷達天線掃描、發(fā)

7、消除由于雷達天線掃描、發(fā) 射射 信號起伏、電波傳播起伏等對測向的影響信號起伏、電波傳播起伏等對測向的影響; 還能夠用于旁瓣匿影。還能夠用于旁瓣匿影。 角度分辨力角度分辨力: 70 /, r dd為天線口徑， 為波長 2021/2/111212/40 3.2.2 3.2.2 全向振幅單脈沖測向技術全向振幅單脈沖測向技術 全向振幅單脈沖系統(tǒng)使用N個相同方向圖函數(shù)的天 線,均勻分布到360度方向。四天線全向振幅單脈沖原理 如圖 帶通濾波器 帶通濾波器 帶通濾波器 帶通濾波器 射頻放大 射頻放大 射頻放大 射頻放大 檢波 檢波 檢波 檢波 對數(shù)放大 對數(shù)放大 對數(shù)放大 對數(shù)放大 信 號 處 理 202

8、1/2/111313/40 基本特點基本特點: N個同方向圖天線均勻分布在0,2方位內,天 線方向圖函數(shù)為: 每個天線接收的信號經過各自振幅響應為 的 接收通道,輸出脈沖的對數(shù)包絡信號 為雷達信號的振幅調制。 信號處理方法有相鄰比幅和全方向比幅兩種。 ( ),0,.1,2 iss FFiiNN i K ( )lg() ( ) ,0,.,1 iis s tK FiA tiN ( )A t 2021/2/111414/40 1 1相鄰比幅法相鄰比幅法 信號方向位于兩相鄰天線間: 如圖示 2,2 ss FF 2/ s 2/ s 2021/2/111515/40 相鄰比幅法（續(xù)）相鄰比幅法（續(xù)） 系統(tǒng)

9、輸出對數(shù)電壓比 由R反解可以得到,若天線方向圖 為高斯函數(shù)時 為 的半功率波束寬度。 k=1時得到 dB F F kR s s 2 2 lg10 2 2 3863. 1 r eF dBR r s 2 12 F r F 2021/2/111616/40 相鄰比幅法（續(xù)）相鄰比幅法（續(xù)） 反解得到 對 求全微分,得到系統(tǒng)測向誤差為 可見,波束越窄( 小),誤差越小。 R s r 12 2 s s r r s r s r d R d R dRd 2 22 12612 , rs R r 2021/2/111717/40 相鄰波束的交點方向（等信號方向）增益 與最大信號方向增益 的功率比稱為波束交點 損

10、失L: 波束越窄（ ?。┙稽c損失L越大,影響測向靈 敏度。波束需折中選擇。 給定的交點損失L(dB),波束寬度為: L sr 3 (/ 2) s F (0)F (/ 2) 20lg (0) s F LdB F 當天線方向圖為高斯函數(shù)時 22 0 (/ 2)360 20lg33 1 ss rr F LdB N r 2021/2/111818/40 2. 2. 全方向比幅法（全方向比幅法（NABDNABD） 對各天線的輸出取加權和 其中, ,超過此范圍時按照2取模。 當天線數(shù)量較大時,天線函數(shù)傅氏級數(shù)展開的高次系數(shù)很 小,簡化為: 無模糊方向估計 全方向比幅測向法的主要優(yōu)點是,對各種天線函數(shù)的適應

11、 性強,測向誤差小,沒有強信號造成的虛假測向,但信號處理 復雜,不能同時進行多信號測向和分辨。 1 0 1 0 cos sin N i ss N i ss iiFC iiFS ii s , arctan SC 1 1 sin 2 cos 2 N Sa N Ca 2021/2/111919/40 3.2.3 3.2.3 多波束測向技術多波束測向技術 多波束測向系統(tǒng)由N個同時的窄波束覆蓋測向范 圍AOA, 它有兩種形成方法: 集中參數(shù)微波饋電網絡構成的多波束天線陣; 空間分布的饋電構成的多波束天線陣。 典型的集中參數(shù)的微波饋電網絡構成的多波束 天線陣是羅特曼透鏡。 2021/2/112020/40

12、 多波束測向技術多波束測向技術( (續(xù)）續(xù)） 如圖示 )( 0 F)( 1 F )( 1 N F )(F 測 向 接 收 機 )( 0 F )( 1 F )( 2 F )( 1 N F 0 l 1 l 2 l 1N l 2021/2/112121/40 多波束測向技術多波束測向技術( (續(xù)）續(xù)） 當平面電磁波由方向到達天線陣時,各天線陣元的輸出 相位差為: ,d為相鄰天線間距 經過li長度的傳輸線,引起傳輸相差: 由聚焦區(qū)口i到輸出口j的等效路徑長度為 ,相移量為 ( ) ( )( ),0,1 ji i S tS t eiN 2 sin d 1, 0, 2 Ni li i , i j d ,

13、, 2 ,0,1 i j i j d i jN 2021/2/112222/40 多波束測向技術多波束測向技術( (續(xù)）續(xù)） 羅特曼透鏡通過對測向系統(tǒng)參數(shù) 的設計和 調整,使j輸出口的天線振幅方向圖函數(shù)近似為 ,j=0,1,N-1 從而使N個輸出口具有N個不同的波束指向 。 難點:寬帶特性,即要求波束指向盡可能不受頻率的影響（寬 帶聚焦）。 , 1 0 sin ii j N j j i j i j N Fe 1 1 , 0 ,0 , N N ii j i i j d Nld 1 0 N j j 2021/2/112323/40 3.3 3.3 相位法測向相位法測向 v 數(shù)字式相位干涉儀測向技術

14、數(shù)字式相位干涉儀測向技術 v 線性相位多模圓陣測向技術線性相位多模圓陣測向技術 2021/2/112424/40 3.3.1 數(shù)字式相位干涉儀測向數(shù)字式相位干涉儀測向 1. 單基線相位干涉儀測向的基本原理單基線相位干涉儀測向的基本原理 在原理上相位干涉儀可以實現(xiàn)對單個脈沖的測向,因此又 稱為相位單脈沖測向。下面利用單基線的相位干涉儀說 明其原理,如圖 接收機接收機鑒相器 角度變換 l 角度信息 2021/2/112525/40 天線陣輸出信號相位差 正交相位檢波輸出 測向輸出 因為鑒相器無模糊范圍為-,）,因此系統(tǒng)無模糊測角范 圍max,max）: 求全微分 l/ 越大精度越高,但無模糊測角范

15、圍越小。 sin 2 l sin ,cos SC UKUK arctan(),arcsin 2 SC UU l max arcsin2l 2 22 cossin,tan 2 cos ll l 2021/2/112626/40 2. 一維多基線相位干涉儀測向一維多基線相位干涉儀測向 在多基線相位干涉儀中,利用長基線保證精度,短基線保證 測角范圍。3基線相位干涉儀原理圖如下: 2021/2/112727/40 一維多基線相位干涉儀測向（續(xù)）一維多基線相位干涉儀測向（續(xù)） 其中0天線為基準天線,它與其它天線的間距分別為l1、 l2、l3, 經過鑒相得到6個輸出信號: 其中: 112233 sin,

16、cos,sin, cos,sin, cos 2 2 3 1 2 2 1 1 4sin 4sin 2 sin 2 3 l l l 21 32 4 4 ll ll 2021/2/112828/40 一維多基線相位干涉儀測向（續(xù)）一維多基線相位干涉儀測向（續(xù)） 這6路信號經過加減電路,極性量化器,校正編碼器產生 8bit方向碼輸出,其方法與比相法瞬時測頻接收機類似。 設基線數(shù)為k, 相鄰基線長度比為n,最長基線編碼器的 量化位數(shù)為m,則測向精度為 相位干涉儀測向具有較高的測向精度,但測向范圍不 能覆蓋全方位,而且沒有同時信號分辨能力。同時必須先 對信號進行頻率測量,才能進行方向測量。 11 max

17、2 mk n 2021/2/112929/40 3.2.2 線性相位多模圓陣測向技術線性相位多模圓陣測向技術 線性相位多模圓陣是全方位測向系統(tǒng),其原理如圖示: R 1 0 N-1 N r2 信號方向 圓陣 天線 饋電 網絡 Bulter 矩陣 鑒相 器組 加減 極性 量化 編碼 校正 電路 0 U 1 U 1N U 方向碼 輸出 2021/2/113030/40 線性相位多模圓陣測向技術（續(xù)）線性相位多模圓陣測向技術（續(xù)） 當信號從方向得到天線陣面時,在各陣元上的激勵電 壓為 其中U為接收的復信號,對天線輸出信號進行加權合成, 得到圓陣天線輸出為: 22 ,cos(),0,1,1 r j rr Rr UUerN N 222 11 (cos() 00 ( )1, 22 rrr NN jKjK W NNN Kr rr NN FU eUeK 其中W=2R/。 2021/2/113131/40 線性相位多模圓陣測向技術（續(xù)）線性相位多模圓陣測向技術（續(xù)） 陣元數(shù)為N,鑒相器量化位數(shù)為m,則測向精度 總結: 多模圓陣是一種寬帶測向技術,信號的頻率不影響測向。 工作帶寬取決與圓陣天線和饋電網絡的帶寬。 它沒有同時多信號分辨能力。 1 2 2 m N 2021/2/113232/40 3.4 3.4 對雷達的定位對雷達的定位 單點定位單點定位 多點定位多點定位