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

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TPMKstandardizationoffice【TPMK5AB-TPMK08-TPMK2C-TPMK18】請?zhí)顚懝久Q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"天線軸向單脈沖自動測角屬于同時波瓣測角法，在一個角平面內(nèi)，兩個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€波束同時接收到回波，故單脈沖測角獲得目標(biāo)角誤差信息的時間可以很短，理論上只要分析一個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。"天線軸向J天線軸白由于取出角度誤差信號的具體方法不同，單脈沖雷達(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)際上是利用兩個偏置天線方向圖的和差波束。J天線軸白和差脈沖法測角的基本原理為：①角誤差信號。雷達(dá)天線在一個角平面內(nèi)有兩個部分重疊的波束如圖所示：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波束同時收到的信號進(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)的和差波束如圖(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，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)。②和差波束形成原理：（2）雙丁接頭；（b）和差比較器示意圖形成和差波束。以圖端和1、2端，這四個端口形成和差波束。以圖端和1、2端，這四個端口發(fā)射時，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，兩個饋源同相激勵，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，回波脈沖同時被兩個波束饋源所接收。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，在￡(和)端，完成兩信號同相相加，輸出和信號。設(shè)和信號為E^，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)。假定兩個波束的方向性函數(shù)完全相同，設(shè)為F(6)，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￡端時保持不變，兩波束相對天線軸線的偏角為5，則對于6方向的目標(biāo)，和信號振幅為：式中F(6)=F(5-6)+F(5+6)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E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Ea，若到達(dá)4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F(6)=F(S-6)-F(S+6)。即和差比較器的△端對應(yīng)的接收方向性函數(shù)為原來兩A方向性函數(shù)之差?，F(xiàn)假定目標(biāo)的誤差角為自，則差信號振幅為Ea=kq&)q&)，在跟蹤狀態(tài)下，自很小，將F(^)展開成泰勒級數(shù)并忽略高次項，則有：A因?yàn)樗杂忠驗(yàn)樽院苄?，上式中F(占hF(0)因此有：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W端,分別從1、2端輸出同相激勵兩個饋源。接收時,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，2端輸出和信號，A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、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。檢被器自耳，增主控制自動距離跟蹤系統(tǒng)振幅和差單脈沖雷達(dá)簡化方框圖顯示軍伺服襄波富本振收發(fā)/美中放混頻器檢被器自耳，增主控制自動距離跟蹤系統(tǒng)振幅和差單脈沖雷達(dá)簡化方框圖顯示軍伺服襄波富本振收發(fā)/美中放混頻器發(fā)射相單平面為了消除目標(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,需要用四個饋源照射一個反射體,以形成四個對稱的相互部分重疊的波束。在接收機(jī)中,有四個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)定向的一個重要方法。所謂“單脈沖”，是指使用這種方法時，只需要一個目標(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。

等強(qiáng)信哥方向圖單脈沖振幅定向法圖單脈沖相位定向法振幅法測角等強(qiáng)信哥方向圖單脈沖振幅定向法圖單脈沖相位定向法振幅法測角是用天線收到的回波信號幅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，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)，確定該時刻波束軸線指向即為目標(biāo)所在方向，如圖的(a)所示。如天線轉(zhuǎn)動角速度為wr/min,脈沖雷達(dá)a重復(fù)頻率為7,則兩脈沖間的天線轉(zhuǎn)角r為s攻X360° 1AU=一 x——。s60fr這樣,天線軸線（最大值）掃過目標(biāo)方向（U,）時,不一定有回波脈沖，就是說，AU將產(chǎn)生相應(yīng)的“量化”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,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，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,其振幅超過門限時取“1”,否則取“0”,如果測量時沒有噪聲和其它干擾,就可根據(jù)出現(xiàn)“1”和消失“1”的時刻,方便且精確地找出回波脈沖串“開始”和“結(jié)束”時的角度,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,如圖中的實(shí)線所示,積累后的輸出將產(chǎn)生一個固定遲延,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，K為誤差響應(yīng)曲線的斜率,U為天線波束pB寬度，L為波束形狀損失，（S/N）是中心脈沖的信噪比；n=txf為單程半功率點(diǎn)波束寬p m 0r度內(nèi)的脈沖數(shù)。在最佳積分處理條件下可得到Kp/杷=1.4。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)是直接測量時測量精度不很高，約為波束半功率寬度(*5)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。假定兩個波束的方向性函數(shù)完全相同，設(shè)為F(9)，等信號軸指向?yàn)?，則波束1、20的方向性函數(shù)可分別寫成：9為9與波束最大值方向的偏角。k0設(shè)波束1，2接收到的回波信號分別表示為式中，9為目標(biāo)方向偏離等信號軸9的角度，對u，u信號進(jìn)行處理，就可以獲t 0 12得目標(biāo)方向9的信息。t①比幅法：求兩信號的幅度比值吸=%?[?)，(9=0。時)根據(jù)比值大小可以判斷u(9)F(9+9)2 kt目標(biāo)偏離的方向，查找預(yù)先制定的表格就可以估計出目標(biāo)偏離的角度數(shù)值。②和差法：由u1和u2可求得其差值A(chǔ)(9)及和值￡(9)。tt和差法測角△(9)u(9)-u(9)=K[F(9-9)-F(9+9)] (4-20)1 2 kt kt現(xiàn)假定目標(biāo)的誤差角為￡，在等信號軸9=90附近，差值A(chǔ)(9)可以近似表示為:A(9A(9)。2￡嘿k9=90(4-21)而和信號為：(4-22)E(9) u(9)+u(9)=K[F(9-9)+F(9+9