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雷达原理大作业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(a)两馈源形成的波束 (b)和波束 (c)差波束振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。
其中差信号即为该角平面内角误差信号。
若目标处在天线轴方向（等信号轴），误差角0ε=，则两波束收到的回波信号振幅相同，差信号等于0。
目标偏离等信号轴而有一个误差角ε时，差信号输出振幅与ε成正比而其符号则由偏离方向决定。
2.和差比较器这里主要使用双T 插头，示意图如下图2（a ）所示。
主瓣干扰下多点约束自适应单脉冲测角方法饶灿;李荣锋【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2011(9)3【摘要】当存在主瓣干扰的情况下，采用常规的自适应波束形成技术会使单脉冲曲线严重失真，从而导致无法对感兴趣的目标正常测角及跟踪。
为了在抑制主瓣干扰的同时能基本保持自适应单脉冲比曲线不失真，提出了一种基于多点约束的自适应单脉冲测角方法，该方法采用约束自适应波束形成技术，即在自适应抑制干扰的同时选取多个约束点对用于测角的单脉冲比进行约束，从而大大提高了存在主瓣干扰下单脉冲测角的性能。
计算机仿真实验证明了该方法的有效性。
%The conventional adaptive beamforming leads to a serious distortion of monopulse ratio curve in the presence of mainlobe jamming, which results in a failure of angle estimation and tracking of a target. A multipoint constraint adaptive monopulse algorithm is presented in this paper. This adaptive beamforming approach is capable of suppressing mainlobe jamming while maintaining monopulse ratio undistorted, which greatly improves the performance of angle estimation. The simulation proves the validity of the proposed method.【总页数】5页(P232-236)【作者】饶灿;李荣锋【作者单位】空军雷达学院雷达兵器运用工程重点实验室，湖北武汉430019;空军雷达学院雷达兵器运用工程重点实验室，湖北武汉430019【正文语种】中文【中图分类】TN957；TN958【相关文献】1.主瓣干扰下平面阵自适应波束优化方法 [J], 杨勰;张明敏;袁骏2.主瓣干扰下宽带圆阵自适应波束形成方法 [J], 覃岭;黄茜;李会勇;何子述3.一种在主瓣干扰条件下稳健的自适应波束形成方法 [J], 李荣锋;王永良;万山虎4.基于干扰分类的自适应抗主瓣干扰方法 [J], 宋建强;张振标;全刚;唐和根;孔阁5.GSC结构相控阵在主瓣干扰下的自适应单脉冲方法 [J], 陈子昂;杨嘉伟;陶琛琛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
雷达原理大作业——单脉冲自动测角系统在导引头中的应用学院：电子工程学院完成人及学号：杨超（）王东旭（）韩孟洲（）程荣（）谭宗欣（）于振浩（）任课教师：饶鲜目录：一、单脉冲自动测角系统简介- 4 -1.单脉冲雷达- 4 -2.自动测角系统- 4 -3.单脉冲自动测角系统- 4 -二、单脉冲自动测角原理- 5 -1.振幅定向法- 5 -2.相位定向法- 7 -三、单脉冲自动测角系统的特点- 7 -1.角度跟踪精度- 7 -2.天线增益和作用距离- 8 -3.角度信息的数据率- 8 -4.抗干扰能力- 8 -5.复杂程度- 8 -四、单脉冲自动测角系统的仿真- 9 -五、单脉冲雷达的应用- 12 -六、总结- 13 -一、单脉冲自动测角系统简介1.单脉冲雷达单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。
它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。
2.自动测角系统在火控系统中使用的雷达，必须快速连续地提供单个目标(飞机、导弹等)坐标的精确数值，此外在靶场测量、卫星跟踪、宇宙航行等方面应用时，雷达也是观测一个目标，而且必须精确地提供目标坐标的测量数据。
为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。
自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据经数据传递系统送到计算机数据处理系统。
和自动测距需要有一个时间鉴别器一样，自动测角也必须要有一个角误差鉴别器。
当目标方向偏离天线轴线(即出现了误差角ε)时，就能产生一误差电压。
误差电压的大小正比于误差角，其极性随偏离方向不同而改变。
此误差电压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小误差角的方向运动，使天线轴线对准目标。
单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真
张艳花;簪波;王鉴;常虹
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的数学建模,在Matlab下对主动测角与被动测角情况进行了仿真和比较,得出被动测角误差大于主动测角误差的结论.该结论为进一步提高单脉冲雷达跟踪噪声源测角精度提供依据.
【总页数】4页(P338-341)
【作者】张艳花;簪波;王鉴;常虹
【作者单位】中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051;中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TN974
【相关文献】
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梁醒培
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宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法
李强;张守宏;张焕颖;刘峥
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2006(34)12
【摘要】为抑制单脉冲雷达的测角闪烁,本文提出宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法.文中分析了由于差波束方向图调制引起的回波谱展宽现象,证明了目标角运动中心与谱展宽程度和波形熵之间的关系,提出基于最大波形熵搜索的目标角度估计方法,并给出了改进的最大熵测角步骤以降低计算量.与现有的高分辨体制下的角度估计方法相比,本方法具有更强的角闪烁抑制能力.仿真结果说明了本方法的有效性.
【总页数】5页(P2180-2184)
【作者】李强;张守宏;张焕颖;刘峥
【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.一种宽带单脉冲雷达测角方法 [J], 高磊;许人灿;陈曾平
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雷达原理大作业振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的应用指导老师：魏青振幅和差脉冲测角基本原理单脉冲自动测角属于同时波瓣测角法，在一个角平面内，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后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就可以确定角误差，所以叫“单脉冲”。
这种方法可以获得很高的测角精度，故精密跟踪雷达通常采用它。
由于取出角度误差信号的具体方法不同，单脉冲雷达的种类很多，应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，该方法的实质实际上是利用两个偏置天线方向图的和差波束。
和差脉冲法测角的基本原理为：①角误差信号。
雷达天线在一个角平面内有两个部分重叠的波束如错误!未找到引用源。
所示：振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号的基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。
与和差信号相应的和差波束如错误!未找到引用源。
(b) (c)。
振幅和差式单脉冲波束图（a）两波束；（b）和波束；（c）差波束其中差信号即为该角平面内的角误差信号。
若目标处在天线轴向方向（等信号轴），误差角为零，则两波束收到的回波信号幅度相同，差信号等于零。
目标偏离等信号轴而有一误差角时，差信号输出振幅与误差角成正比，而其符号（相位）则由偏离的方向决定。
和信号除用作目标检测和距离跟踪外，还用作角误差信号的相位基准。
②和差波束形成原理：和差比较器是单脉冲雷达的重要部件，由它完成和差处理，形成和差波束。
以错误!未找到引用源。
（a ）中的双T 接头为例,它有四个端口,∑（和）端、△（差）端和1、2端，这四个端口是匹配的。
发射时，从发射机来的信号加到和差比较器的∑端，1、2端输出等幅同相信号，△端无输出，两个馈源同相激励，并辐射相同功率，结果两波束在空间各点产生的场强同相相加，形成发射和波束。
弹箭与制导学报2007年 单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真*张艳花,簪 波,王 鉴,常 虹(中北大学信息与通信工程学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051) [摘要]文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的数学建模,在M a tlab下对主动测角与被动测角情况进行了仿真和比较,得出被动测角误差大于主动测角误差的结论。
该结论为进一步提高单脉冲雷达跟踪噪声源测角精度提供依据。
[关键词]单脉冲雷达;测角;噪声干扰;建模[中图分类号]TN974 [文献标志码]AModeling and Simulation on Active Angle Measuring and Passive Angle Measuring with Monopulse RadarZ HA NG Y an-hua,ZA N Bo,W A NG Jian,CHA N G H ong(K ey Lab of Instrumentatio n Science and Dynamic M easurement(M inistr y of Educa tion), School of Info rmatio n and Co mmunicatio n Engineering,No r th Univ ersity of China,T aiyuan030051,China)A bstract:In this paper,mathema tic mo dels o f echo sig nal,no ise F m jamming sig nal,ther ma l no ise signal as w ell as v a-rious cir cuits in ang le tracking system of monopulse rada r are se t up.Simulatio n and comparing on activ e a ng le measur-ing and passive ang le measuring are made under M a tlab.T he conclusion tha t active ang le measuring er ror is g reater tha n passive ang le measuring e rro r is o btained.T his co nclusio n pro vides the basis on increa sing angula r accur acy w hen mo-nopulse radar is tracking noise source fur ther.Key words:mo no pulse rada r;ang le measuring;no ise jamming;mo deling1 引言单脉冲是一种先进的雷达角跟踪体制,它在跟踪目标时,往往受到来自目标的自卫噪声干扰。
在自卫噪声干扰下,单脉冲雷达丢失了距离信息,但由于噪声干扰与目标来自同一方向,即使噪声干扰将回波信号完全压制掉,单脉冲雷达仍然可以通过跟踪噪声干扰源来继续跟踪目标方向[1-2]。
文中通过对回波信号、噪声调频干扰信号、热噪声信号以及单脉冲雷达角跟踪系统各电路模块的建模,在MA TLAB下,对主动测角与被动测角进行了仿真和比较,得出一些有益的结论。
2 单脉冲角跟踪原理在一个平面内定向的振幅-振幅式单脉冲雷达的简化方框图如图1所示。
图1 在一个平面内的振幅-振幅式单脉冲雷达组成框图如果加在天线系统输入端的目标回波信号为E(t)=E m e iωτ,则当目标偏离等强信号方向为θ时,可以推得减法电路的输出为[3]:Δu(θ)=ln k A F(θ0-θ)k B F(θ0+θ)(1)其中,k A、k B分别为A、B两个接收支路的传输系数;F(θ0-θ)、F(θ0+θ)分别为目标偏离等强信号方向为θ时两路天线的增益系数。
当A、B两个接收支路相同(k A=k B=k)并338*收稿日期:2006-08-07; 修回日期:2006-11-01作者简介:张艳花(1969-),女,山西交城人,副教授,博士研究生,研究方向:电子对抗技术。
DOI牶牨牥牣牨牭牳牴牪牤j牣cn ki牣djzd xb牣牪牥牥牱牣牥牫牣牥牱牱 第27卷第3期单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真 张艳花等且角误差很小时,式(1)可写成:Δu(θ)=ln F(θ0-θ)F(θ0+θ)=ln F(θ0)(1+μθ)F(θ0)(1-μθ)=ln(1+μθ)(1-μθ)≈2μθ(2)式中:F(θ0)为天线在等强信号方向的增益系数;μ为天线方向图在工作部分的斜率。
由式(2)可以看出,Δu(θ)的大小就代表了目标偏离等强信号方向的角度θ。
当目标偏离等强信号方向时,误差信号Δu(θ)从减法电路输出端加到放大器上,经处理后将驱动电机转动,直到误差电压为零,跟踪天线对准目标,就实现了角跟踪。
3 模型的建立3.1 回波信号模型发射功率为P t的发射信号数学模型可以表示为:s(t)=Au1(t)sin(ωc t)其中:A=P t R A,R A为接收机特性阻抗;u1(t)为脉冲调制信号,脉冲宽度取决于跟踪距离误差,而脉冲重复频率由最大探测距离不模糊来决定,文中采用脉冲宽度τ=1μs,重复频率f= 1kH z的脉冲信号;sin(ωc t)为载波信号,其中ωc 为雷达发射工作频率。
根据雷达方程,天线接收到的目标回波信号模型则为:R(t)=G t G rσλ2(4π)3R4t L rs(t)式中:G t为雷达发射机的天线增益;G r为接收机的天线增益;σ为目标散射截面积;λ为发射波波长;R t为目标到雷达的距离;L r为雷达系统损耗。
3.2 噪声调频干扰信号模型为了使用宽频带的噪声干扰,采用噪声调频干扰方式,噪声调频干扰的数学模型为:J(t)=U j co s[ωj t+2πK FM∫t0u(τ)dτ+φ]其中:调制噪声u(t)为零均值、广义平稳的随机过程,φ为[0,2π]均匀分布,且与u(t)相互独立的随机变量,U j为噪声调频信号的幅度,ωj为噪声调频信号的中心频率,K FM为调频斜率。
U j=2P j,P j为噪声调频信号的功率,噪声调频信号的干扰带宽(半功率带宽)为:Δf j=22ln2f fe=22ln2K FMσn根据侦察方程,天线接收到的噪声调频信号为:J R(t)=G j G rλ2(4π)2R2L jJ(t)在仿真中选用的参数有:干扰机发射功率200W,天线增益13dB,综合损耗7dB,工作频率10GH z,噪声信号带宽10MH z。
3.3 接收机热噪声模型接收机热噪声可以用一个白噪声过程来模拟。
理想白噪声的自相关函数具有冲击函数的形式,功率谱密度在整个频域为常数。
理想白噪声的平均功率是无限的,这在实际的模拟系统中根本不可能存在。
尽管接收机热噪声带宽很宽,但只有处于接收机带宽范围内的部分才能进入接收机,因此,文中首先在M atlab下产生一个期望为0、方差为1的理想白噪声信号,然后滤波为接收机中频带宽的带限白噪声来模拟接收机热噪声。
而接收机热噪声功率(σ2)应由下式得出:σ2=kT0B r F式中:k为波尔兹曼常数;T0为噪声温度;B r为接收机带宽(H z);F为噪声系数。
3.4 天线模型天线是测角系统的一个主要组成部件,在很大程度上决定了测角系统的性能。
假设单脉冲雷达的天线为辛克函数型,则波束天线的方向图为:图2 雷达天线方向图F(θ)=sin2bθ(bθ)2式中b为一常数。
设两个天线方向图中心线对等强信号方向偏离的角度为θ0,则F A(θ)=F(θ+θ0),F B(θ)=F(θ-θ0),得到如图2所示的方向图,图中3dB带宽为2°,此时b取20。
3.5 高频放大器、混频电路模型接收机中的高频放大器是线性系统,而混频器本身是非线性器件,但由于中放的选择性,混339弹箭与制导学报2007年 频器不会改变输入信号的时间特性以及频谱间的相对关系,它只是把射频信号变成中频,所以就有用信息的传输上来说,也可以看成是线性的。
由于接收机带宽决定于接收机中放的带宽,接收机对信号的选择性,主要由中频放大器的带宽决定,因此对高频放大器、混频电路作仿真时,用乘以一增益,且将载频频率变为中频频率的模型,而不考虑其对信号带宽的影响。
仿真中,假设高频放大器功率增益为40dB,混频器功率损耗为10dB,即高频放大器、混频电路的总电压增益约30倍。
3.6 对数中频放大器模型3.6.1 对数中频放大器基本模型为了对信号振幅进行归一化,振幅-振幅式单脉冲雷达采用对数中频放大器,仿真中对数中频放大器采用线性谐振放大器与对数放大器两级串联的模型。
线性谐振放大器采用四阶Butte rw o rth滤波器模型;对数放大器是一种非线性放大器,当输入电压较小时,对数放大器按线性特性放大;当输入电压较大时,对数放大器按对数特性放大。
因此对数放大器可以表示为:当u i≤U iH时,u o1=k0u i;当u i>U iH时,u o1=U oH(lnu iU iH-1)。
其中,u i、u o1分别为对数放大器的输入电压和输出电压;U iH、U oH分别为特性曲线开始出现对数特性时的输入电压和输出电压;k0为特性曲线线性部分的放大倍数。
3.6.2 带宽的确定文中假设雷达工作频率为10G H z,属于厘米波段,所以对数中频放大器中频中心频率选60M H z。
而带宽的选择遵循灵敏度最大准则,并考虑发射信号频率与接收机本振频率存在的漂移,选择带宽B t=2M H z。
由于采用的对数中频放大器模型中频率选择网络位于对数单元之前,频率选择网络的带宽不能正确反映对数中频放大器的带宽。
这是因为信号经过对数单元放大后要发生幅值压缩效应,从而引起信号带宽的展宽。
设输入动态范围为100dB,按照对数单元输入动态范围与输出动态范围的比例来算,则对数中频放大器3dB带宽,相应于按频率选择网络相应的13.6dB决定的带宽[4]。
3.6.3 不一致模型通过设计四阶Butterw o rth滤波器不同的过渡带宽参数来构造A、B两支路线性谐振放大器的不一致,A、B两支路的线性谐振放大器幅频特性和相频特性如图3所示。
图3 雷达接收机对数中频放大器幅频特性和相频特性若u o1作为振幅-振幅单脉冲雷达A支路的对数放大器输出,为了得到与A支路具有不一致的B路对数放大器,B路对数放大器输出u o2可以由下式得出:u o2=(1+Δu)u o1式中,Δu为不一致分贝值决定的小幅值随机量。
