雷达原理大作业
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单脉冲自动测角的原理及应用
学院：电子工程学院
作者：
2016年5月21日 单脉冲自动测角的原理及应用
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单脉冲自动测角的原理及应用
一．摘要
单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种，其测角精度高，抗干扰能力强，在现实中得到了广泛的应用。而其中对于接收支路要求不太严格的双平面振幅和差式单脉冲雷达，更是备受青睐。
本文首先讲述了单平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的原理，再简述了双平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的结构框图，接着简述了本文仿真所用的一些原理和公式推导，包括天线方向图函数及其导数的推导，最后做了基于高斯形天线方向图函数的单脉冲自动测角，基于辛克函数形天线方向图函数的单脉冲自动测角，和基于高斯形天线方向图函数的双平面单脉冲自动测角。源代码在附录里。
二．重要的符号说明
符号 含义
误差角
0.5 天线方向图函数半功率波瓣宽度，也就是归一化幅度值为0.707时对应的角度值
0 天线方向图函数零功率波瓣宽度
单平面内，两波束相对天线轴线的偏角
p 双平面内，子波束在方位面相对天线轴线的偏角
p 双平面内，子波束在俯仰面相对天线轴线的偏角
三．单平面振幅和差式单脉冲自动测角原理
单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种。在单平面内，两个相同的波束部分重叠，交叠方向即为等信号轴的方向。将这两个波束接收到的回波信号进行比较就可以在一定范围内，一定精度要求下测到目标的所在角度。因为两个波束同时接到回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只要分析一个回波脉冲即可，所以称之为“单脉冲”。
因取出角误差的具体方式不同，单脉冲雷达种类很多，其中应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，其基本原理说明如下：
1.角误差信号
雷达天线在一个平面内有两个重叠的部分，如下图1所示：
图1.振幅和差式单脉冲雷达波束图 单脉冲自动测角的原理及应用
第２７卷第１Ｏ期 ２００７年１Ｏ月 物 理 实 验 ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴ１０Ｎ Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．，２００７
叠栅条纹和ＣＣＤ用于位移和角度的测量
汪 涛 ，石海泉 ，陶纯匡 ，文汝红
（１．重庆大学数理学院，重庆４０００４５；
２．宜春学院物理科学与工程技术学院，江西宜春３３６０００）
摘要：将叠栅条纹测量技术和ＣＣＤ器件结合应用于角度和位移的智能测量系统，该系统利用光栅的衍射自成像 现象产生虚拟光栅，与另一光栅形成叠栅条纹，并用ＣＣＤ光电转换系统，测量叠栅条纹的距离，可得到两光栅间的夹角． 当任意一片光栅沿垂直于栅线方向移动时，通过数出移过叠栅条纹数目，即可得到相应光栅移动的位移．本文还分析和 讨论了误差来源及给实验带来的影响． 关键词：泰伯效应；叠栅条纹；位移测量；角度测量；ＣＣＤ 中图分类号：０４３６．１；ＴＮ３８６．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０ｏ５—４６４２（２０ｏ７）１０－０００３—０４
１ 引 言
叠栅条纹测量技术作为现代精密测量技术，
已广泛应用于各个领域，如机床行业、计量测试部 门、航空航海、科研教育以及国防等各个行业部 门，且其应用领域还在不断地扩大［１］．位移和角
度的测量是叠栅条纹测量技术的主要应用之一，
利用纳米计量光栅，已使叠栅条纹位移测量技术 的精度提高到纳米量级和亚纳米量级瞳］，这对于
纳米科技具有非常大的意义［３］．角度是机械、仪
器仪表和电子制造业中的重要几何参量之一，它
的准确度直接影响着产品的质量与寿命．叠栅条 纹角度测量技术作为一种小角度光学测量技术， 具有精确度高、非接触、测量片小等优点 ］．目前
高校还较少开设叠栅条纹测量技术方面的实 验［５］，我们设计了相关的实验系统，提出了实验方
案，这对于一般理工科院校学生掌握该技术的基
本原理及基本测量方法，提高其学习兴趣，具有一 定的积极意义．
２位移和角度测量原理
用Photoshop测量长度和角度
电镜配备的图像处理软件有测量长度和角度的功能，但在实际操作过程中往往没有时间对每一个物体进行测量。只要照片中有标尺，就可以应用Photoshop软件的测量功能对长度和角度进行测量，方便有效，简单易于操作，本章着重讲述Photoshop测量长度和角度的方法。
1、用Photoshop CS5打开一张图片。
2、在工具箱中长按吸管工具，弹出一工具条，并在其中单击标尺工具，如图所示，即可将标尺工具作为当前工具。
3、移动鼠标指针到要测量的起点上按住鼠标左键并向终点拖动，松开左键后即可在起点和终点之间创建一条直线，如图所示。
此时，在选项栏中显示起点到终点之间的距离L1：310.58像素，相对于水平轴测量的角度：A=-3.5°，起点位置为：X：372，Y：185，在X轴和Y轴上水平（W）距离为310，垂直距离（H）为19。此时，的测量单位为像素。
如果希望直接测量出单位为mm或cm的长度，将标尺区域放大，用度量工具量取标尺长度，如，图中标尺逻辑长度为200nm，此时执行菜单栏中“分析——设置测量比例——自定义”命令，弹出“测量比例”对话框，在像素长度和逻辑长度处输入数值，选择逻辑单位，如图。在选项栏中勾选“”，此时测量结果为逻辑长度。
5、如果要从现有的测量线创建量角器，则按住Alt键，当指针旁有个+号时，以一个角度从测量线的一端开始拖移，如图，到达适当位置时松开鼠标左键，即可以测量出该角的角度和两条直线的长度。
此时选项栏中信息发生变化，两条直线之间的角度为86.5°。
目录
1.技术要求 ...................................................................................................................................... 1
2.基本原理 ...................................................................................................................................... 1
2.1菲涅耳公式 ........................................................................................................................ 1
2.2布儒斯特定律测量法的原理 ............................................................................................ 4
2.3 小角度测量法的原理 ........................................................................................................ 4
3.建立模型描述 .............................................................................................................................. 5
5. 实验，调试过程及结论 ............................................................................................................. 7
