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雷达原理第7章 角度测量

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雷达测角的原理

雷达测角的原理

雷达测角的原理
雷达测角的原理基于电磁波的反射和干涉现象。

雷达系统发射一束短脉冲的电磁波，如无线电波，沿一定方向传播。

当这束电磁波碰到某个物体时，一部分波会被物体吸收，另一部分波会被物体反射回来。

雷达接收器会接收到被反射回来的电磁波，并测量其到达的时间和方向。

通过测量到达时间，可以计算物体与雷达之间的距离。

通过测量到达方向，可以确定物体的方位角。

雷达测角通常采用天线阵列或旋转天线来接收反射波。

天线阵列中的每个天线都有略微不同的接收时间，通过对这些接收时间进行处理，可以计算出方向角度。

需要注意的是，在雷达测角中，还需要考虑天线的指向误差、干扰和杂波等因素的影响，以提高测量精度。

雷达测距、测角、测速基本原理

雷达测距、测角、测速基本原理

雷达测距、测角、测速基本原理目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。

最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。

在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统.目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。

如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。

在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。

;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下:D=RcosBH=RsinBa=a上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。

现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。

它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。

发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。

雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。

实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。

脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。

目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。

信息来源拓邦汽车电子网 地址：/news/2165.htm。

雷达原理角度测量课件

雷达原理角度测量课件

自动测距 自动测角
时间鉴别器 角误差鉴别器
n原理
目标偏离轴线(即出现误差角ε)， 产生一个误差电 压，其值正比于ε，极性随偏离方向不同而改变。误差电 压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小ε方 向运动，使天线轴线对准目标。
n 方法 圆锥扫描自动测角 单脉冲自动测角
顺序波瓣测角法
冬7.5.1 圆锥扫描自动测角系统
第七章 角度测量
第一节 概述
n 测角的物理基础
天线对于不同方向到达的电磁波具有 不同的振幅和相位的响应
电波在均匀介质中传播的直线性，雷达天线的方向性。
n 测角的性能参数：
测角范围、测角速度、测角精度或准确度、角分辨力。
n 测角的方法 相位法、振幅法
利用相位响应进行测角
利用振幅响应进行测角
n 天线的方向图
利用天线收到的回波信号幅度来做角度测量。幅度 变化规律取决于天线方向图以及天线的扫描方式。
n 测角方法
最大信号法、等信号法
n 最大信号法
天线扫描过程中收到最强回波时， 天线所在指向为目标方向
优点： 灵敏度高，能充分利用信号能量
缺点： 精度差， 20％θ0.5 ，不能判别误差方 向
n 等信号法 利用两个相同且部分重叠的波束。当目标位
鉴相精度
测相模糊
实际读数
提高测相精度要求 尽量小 测相不模糊要求 尽量大
矛盾！！
！
解决方法 三天线法测角
无测角模糊 测角精度差
测角模糊 测角精度高
例：采用三天线的相位法测角设备，已知
，
若相位计 的结构误差 是相位计 结构误差
的两倍，求二者的测角精度之比
解：
§ 7.2.2 振幅法测角

角度测量原理及方法ppt课件

角度测量原理及方法ppt课件
3、观测步骤 一测回 （1）上半测回(盘左)：1、2、3、4、1 （2）下半测回(盘右)：1、4、3、2、1
4、记录与计算
水平角的观测和记录
观测方向 盘左读数 盘右读数
半测回 方向值
一测回 方向值
方向中数
第一测回
33
36
马头山
0 00 00 0 02 36 180 02 36
0 00 00 0 00 00
垂直指标读数与垂直角关系：
α＝90－δ
a
水平面
P
P´
铅垂面
p
§4.2 光学经纬仪
一、J6级光学经纬仪
1、基本结构
（1）脚架
（2）基座 竖 轴
（3）照准部
横 轴 三轴
照准轴 水平度盘
垂直度盘
水准器
照 垂直度盘
准 轴 支 架 水平度盘
竖 轴
读数显微镜
横轴
照
支
准
架
部
基 座
三 脚 架
J6 经纬仪
垂直度盘
时间：下周三下午 下周五上午
J6光学经纬仪
经纬仪三轴
横轴
望远镜赖以俯仰的轴 与水平度盘平行 通过垂直度盘中心并与其正交
竖轴
照准部赖以水平旋转的轴 测角时与地面标志点在同一铅 垂线上
照准轴 望远镜物镜中心与十字丝交 点的连线，照准方向线
三轴关系 横轴与竖轴正交 照准轴与横轴正交
J6经纬仪度盘
例：
水平角读数
213°01′24″
垂直角读数
95°55′30 ″
V
§4.2光学经纬仪
4、J6经纬仪的安平装置 （1）水准器 有管水准器和圆水准器两种。
管水准器：
H

毫米波雷达测角度的原理

毫米波雷达测角度的原理

毫米波雷达测角度的原理
毫米波雷达是一种利用微波信号进行测距和测角度的雷达系统。

它的工作原理是利用毫米波信号穿透障碍物并反射回来，通过接收到的反射信号来计算目标物体的距离和方向。

在进行角度测量时，毫米波雷达会通过发射一束毫米波信号，然后接收目标物体反射的信号来确定目标物体的位置。

利用毫米波信号的短波长和高频率，可以提供高精度的角度测量精度，使得毫米波雷达可以用于定位、测量以及控制应用等各种领域。

此外，毫米波雷达还具有抗干扰能力强，适用范围广等优点，因此在无人驾驶、智能家居、安防等领域都有广泛应用。

- 1 -。

雷达测角度原理

雷达测角度原理

雷达测角度原理
雷达是一种电子设备，通过向外发射微波辐射，探测目标，并通过反射得到目标的位置和速度等信息。

雷达的核心部件是一个小天线，被用来发送和接收电磁波，通过测量反射回来的信号，可以实现目标的定位。

雷达的测角度原理是指通过控制天线的方向，以便获取目标反射信号的方向，从而实现目标的定位。

一、雷达发射器送出微波信号
雷达发射器的作用是产生一定频率的微波信号，将这些信号通过天线发射出去，并且将其传输到天线的方向图范围内。

这些微波信号会像波纹一样向外扩散，以一定的速度传输到遥远的目标物体表面。

二、目标反射回来的微波信号被接收器接收
当微波信号到达目标物体表面时，会反射回来并穿过天线，进入雷达接收器。

接收器会将反射回来的信号放大以便进行处理。

三、天线控制
利用天线控制技术，雷达可以改变天线的一个或多个参数，如方向、倾斜度等，以达到在特定方向上接收微波信号的目的，进而控制雷达的测角度精度。

四、微波信号的运行时间计算
厘米波雷达中微波信号的速度为光速的1/3，通过计算微波信号的运行时间，可以得到目标的距离。

五、“多普勒效应”分析
由于目标相对于雷达具有一定的速度，通过对接收的信号进行分析，可以得到目标的速度信息。

综上所述，雷达测角度原理是在一定方式的微波信号控制下进行的。

通过紧密协调的元件组合和电子信号的处理技术，将微弱的反射信号转化为可用信息。

雷达技术的应用范围十分广泛，例如军事、航空、航海、气象等。

雷达技术的进步促进了人类社会的发展，有着不可替代的作用。

雷达原理(第三版) 丁鹭飞第7章


u2=U2=cos (ωt-90°)
U1、U2为u1、u2的振幅, 通常应保持为常值。现在u1在相位上超 前u2的数值为(90°-φ)。 由图 7.3(a)知：
1 ud 1 u2 u1 2 1 ud 2 u2 u1 2
第 7 章 角度测量
当选取U2>>U1时, 由矢量图 7.3(b)可知
(a)
(b)
图7.4 相位检波器输出特性 (a)U2>>U1; (b)U2=1/2U1
第 7 章 角度测量
2. 测角误差与多值性问题
相位差φ值测量不准, 将产生测角误差, 它们之间的关系如 下［将式(7.2.1)两边取微分］:
d d
2

d cos d

2d cos
d
(7.2.3)
第 7 章 角度测量
天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的 方向图表示。但方向性函数的准确表达式往往很复杂, 为便于工 程计算, 常用一些简单函数来近似, 如表 7.1 所示。 方向图的主 要技术指标是半功率波束宽度θ0.5以及副瓣电平。在角度测量时 θ0.5的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度, 副瓣电平则主 要影响雷达的抗干扰性能。 雷达测角的性能可用测角范围、测角速度、测角准确度或精 度、角分辨力来衡量。准确度用测角误差的大小来表示, 它包括 雷达系统本身调整不良引起的系统误差和由噪声及各种起伏因 素引起的随机误差。而测量精度由随机误差决定。角分辨力指 存在多目标的情况下, 雷达能在角度上把它们分辨开的能力, 通 常用雷达在可分辨条件下, 同距离的两目标间的最小角坐标之差 表示。
第 7 章 角度测量
最大信号法测角也可采用闭环的角度波门跟踪进行, 如图

雷达原理运动目标检测PPT课件

第七章 作业解答
2、解：
理论读数测得的角度应为：
sin 1 60
d 360
sin 1 2 60 360
19.4712
两天线测角应为：ˆ
sin
1
64
d 360
sin
1
2
64 360
20.8275
三天线测角时，长基线无Βιβλιοθήκη 糊相位应为：13int
12 3
d13 d12
0
2
4
0.5
intmod2i 2.5,360 0.5,i
0,1,11，
得到各数字移相器控制数据如下表：
i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
n(i) 0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 1
扫描角为 30时，相邻移相器的相移量 360 0.9 sin 30 162 ，得
即信号角频率的变化值ωd = (2vr/c) ω0 = 2π 2vr/λ, 为多普勒 频移。近似后的结果, 与常用的多普勒频率表达式相同。 对 于窄带发射信号而言, 要严格地讨论运动目标回波的特点, 可将 式代入式后, 得到的结果是:
sr (t)
Rek
'
u
c c
vr vr
t
2R0 c vr
exp
j0
c c
vr vr
t
2R0 c vr
Rek
'
u
c c
vr vr
t
2R0 c vr
exp
j0
c c
vr vr
t
2R0 c vr
第20页/共134页
8.1 多普勒效应及其在雷达中的应用

2009312雷达原理第七章

第七章 角度测量
7.1 概 述
雷达测角的物理基础是电波在均匀介质中传 播的直线性和雷达天线的方向性。 由于电波沿直线传播，目标散射或反射电波 波前到达的方向，即为目标所在方向。 天线的方向性可用它的方向性函数或根据方 向性函数画出方向图表示。 雷达测角的性能可用测角范围、测角速度、 测角准确度或精度、角分辨力来衡量。 测角方法有：振幅法测角和相位法测角两类。
第七章 角度测量
第七章 角度测量
7.5.2单脉冲自动测角系统
②和差比较器与和差波束 和差比较器有四个端口，四个端都是匹配的，从∑ 端输入时，1、2 端输出等幅同相信号，△端无信号输出； 从1、2 端输入同相信号时， △端输出差信号。 和信号振幅为：
E E kF ( )[F ( ) F ( ) kF2 ( )
第七章 角度测量
7.5.1圆锥扫描自动测角系统
7.5.1圆锥扫描自动测角系统 在跟踪状态时,通常误差ε很小而满足ε<<δ,由简 单 的几何关系可以得到角的变化规律为:
cos(st 0 )
U kF ( ) kF ( cos(st 0 ))
2 2
当 12 读数误差不大时 整数部分即为N值。
(
d 13 d 12
来确定N值。 ) 除以 2 所得到商的
12
7.2 测角方法及其比较 7.2.2 振幅法测角 1.最大信号法 2.等信号法
和信号：
( ) K[F(
t
k
t ) F(k t )] 2F 0 K
⑴采用读数精度高的相位计。 ⑵减小值 / d 或增大 d / 。 均可提高测角精度。 增大 d / 虽然可提高测角精度,但在感兴趣的θ范围内,当加大到 一定程度时就出现多值性问题。

2023年大学_《雷达原理》第三版(丁鹭飞耿富录著)课后答案下载

2023年《雷达原理》第三版(丁鹭飞耿富录著)课后答案下载《雷达原理》第三版内容简介第1章绪论1.1 雷雷达传感器雷达传感器达的任务1.2 雷达的基本组成1.3 雷达的工作频率1.4 雷达的应用和发展1.5 电子战与军用雷达的发展主要参考文献第2章雷达发射机2.1 雷达发射机的任务和基本组成2.2 雷达发射机的主要质量指标2.3 单级振荡和主振放大式发射机2.4 固态发射机2.5 脉冲调制器主要参考文献第3章雷达接收机3.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 3.2 接收机的'噪声系数和灵敏度3.3 雷达接收机的高频部分3.4 本机振荡器和自动频率控制3.5 接收机的动态范围和增益控制3.6 滤波和接收机带宽主要参考文献第4章雷达终端显示器和录取设备4.1 雷达终端显示器4.2 距离显示器4.3 平面位置显示器4.4 计算机图形显示4.5 雷达数据的录取4.6 综合显示器简介4.7 光栅扫描雷达显示器主要参考文献第5章雷达作用距离5.1 雷达方程5.2 最小可检测信号5.3 脉冲积累对检测性能的改善 5.4 目标截面积及其起伏特性 5.5 系统损耗5.6 传播过程中各种因素的影响 5.7 雷达方程的几种形式主要参考文献第6章目标距离的测量6.1 脉冲法测距6.2 调频法测距6.3 距离跟踪原理6.4 数字式自动测距器主要参考文献第7章角度测量7.1 概述7.2 测角方法及其比较7.3 天线波束的扫描方法7.4 三坐标雷达7.5 自动测角的原理和方法主要参考文献第8章运动目标检测及测速8.1 多卜勒效应及其在雷达中的应用8.2 动目标显示雷达的工作原理及主要组成 8.3 盲速、盲相的影响及其解决途径8.4 回波和杂波的频谱及动目标显示滤波器 8.5 动目标显示雷达的工作质量及质量指标 8.6 动目标检测(MTD)8.7 自适应动目标显示系统8.8 速度测量主要参考文献第9章高分辨力雷达9.1 高距离分辨力信号及其处理9.2 合成孔径雷达(SAR)9.3 逆合成孔径雷达(ISAR)9.4 阵列天线的角度高分辨力主要参考文献《雷达原理》第三版作品目录《雷达原理(第四版)》分为雷达主要分机及测量方法两大部分。

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减小λ/d值(增大d/λ值)。
当θ=0时测角误差dθ最小。θ的范围有一定的限制。
2020/8/13
增大d/λ虽可提高测角精度, 但会带来测角模糊
2R2dsin
1
接收 机
d 12
2
R 12
3 R
13
d 13
12 接收 机
13
接收 机
122d12sin2
132d13 sin2N
2020/8/13
2020/8/13
2020/8/13
自 动增 益 控制
混 频器
中放
本振
相位 比 较器
混 频器
中放
自 动增 益 控制
相位法测角方框图
VD1
u1
＋1 －2u1 ＋u2
ud1 －
＋1
Uo1
－2u1
u2
ud2
Uo2
1
2U1
1 2U1s
in
1
1 2U1
Uo
U2
2U1
1
2U1
Ud1
Ud2
Ud1
(a) VD2
天线收 发开关
发射机
飞机 目标
接收机
距离高度 显示器
等长 度的 波导
输出 喇叭
输入 喇叭
机械扫描特点： 简单，机械惯性大，扫描速度慢
20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0/8/13
2. 电扫描 相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法等。
d sin
d 0 0
2020/8/13
d
2
k
E()E0E1Ei EN1
N1
Ek
k0
(N－ 1)
接收 机
2020/8/13
相位法测角方框图
2R2dsin
设两高频信号为
u1=U1 cos (ωt-φ)
本振信号为
u2=U2cos (ωt) uL=ULcos (ωLt+φL)
φ为两信号相位差；φL为本振信号初相。
u1和uL差频得
uI1=UI1cos［(ω-ωL)t-φ-φL］
u2与uL差频得
uI2=UI2cos［(ω-ωL)t-φL］
K
Σ(θt)=u1(θ)+u2(θ)=K［F(θk-θt)+F(θk+θt)］
在θ0附近可近似表示为
Σ(θt)≈2F(θ0)k
归一化的和差值
t dF() F(0) d 0
Δ/Σ正比于目标偏离θ0的角度θt, 故可用它来判读角度θt 2020/8/13
和差法测角
响应 F 1( )
响应 (差 波 束 )
θk为θ0与波束最大值方向的偏角。
波束1接收到的回波信号u1=KF1(θ)=KF(θk-θt), 波束2收到的回波电压值u2=KF2(θ)=KF(-θk-θt)=KF(θk+θt), θt为目标方向偏离等信号轴θ0的角度。
2020/8/13
处理方式 (1) 比幅法
u1() F(k t) u2() F(k t)
三天线相位法测角原理示意图
7.2.2 振幅法测角
1. 最大信号法
s
a
360 60
1 fr
回波脉冲最大值，即为目标所在处
特点：测量方法简单 信噪比高，作用距离远 最强点不易判断，测量精度不高 （半功率角20％） ，存在量化误差 不能用于自动测角
2020/8/13
2. 等信号法
0
A
C
B
12
12
1
2
O
Uo
Uo KdU1 sin(45°＋2 )
π
2
π
0π
π
0
2
2
2
－KdU1 sin(45°－2 )
(a)
(b)
2020/8/13
相位检波器输出特性
(a)U2>>U1;
(b)U2=1/2U1
2 测角误差与多值性
2R2dsin
d 2 d cos d
d d 2 d cos
减少误差的方法： 采用读数精度高(dφ小)的相位计。
(a)
2020/8/13
OC方 向
OA方 向
(b)
等信号法测角 (a) 波束;(b)K型显式器画面
12 OB方 向
设天线电压方向性函数为F(θ), 等信号轴OA的指向为θ0, 则
波束 1、2 的方向性函数可分别写成: F1(θ)=F(θ1)=F(θ+θk-θ0) F2(θ)=F(θ2)=F(θ-θ0-θk)
Ud2
(b)
(c)
二极管相位检波器电路及矢量图
(a) 电路; (b) U2>>U1; (c) U2=1/2U1
相位检波器两输入信号为
2020/8/13
u1=U1cos (ωt-φ) u2=U2cos (ωt-90°)
ud1
u2
1 2
u1
ud2
u2
1 2
u1
当选取U2>>U1时, 由矢量图 (b)可知
根据比值的大小可以判断目标偏离θ0的方向, 查找预先制定 的表格就可估计出目标偏离θ0的数值。
2020/8/13
(2) 和差法: 由u1及u2可求得其差值Δ(θt)及和值Σ(θt)
Δ(θ)=u1(θ)-u2(θ)=K［F(θk-θt)-F(θk+θt)］
在等信号轴θ=θ0 附近,
(t)2t
dF() d 0
F 2( )
1
0 t 2
(a )
( )
响应 (和 波 束 )
(b ) ( )
2020/8/13
(c )
等信号法的特点:
(1) 测角精度比最大信号法高（半功率角2 (2) 可用于自动测角。 (3) 测试系统复杂 (4) 作用距离相对较小
2020/8/13
7.3 天线波束的扫描方法
7.3.1 波束形状和扫描方法
1
2
k
N－ 1
N元直线移相器天线
• 雷达测角的性能评价 • 测角范围、测角速度、测角准确度或精度和角分
辨力。 • 测量角坐标方法：振幅法，相位法 • 天线对准目标后才有明显的回波（天线扫描）
2020/8/13
2020/8/13
7.2 测角方法与比较
7.2.1 相位法测角
1基本原理
目标 方向
1
法线 方向
2
R＝d si n
d
接收 机
2020/8/13
7.1 测角概述
确定目标的空间位置必须 测距
目标的方位角
高低角（俯仰角）
测角的物理基础 （1）电波在均匀介质中传播的直线性 （2）雷达天线的方向性
直线性 ：理想情况 修正：近距离，远距离
实际情况
2020/8/13
• 方向性： 半功率波束宽度(角度分辨率) 副瓣电平(抗干扰性能)
1. 扇形波束
余割平方形
2020/8/13
O
(a)
(b)
(a) 地面雷达; (b) 机载雷达
2.
0 0
仰角扫描 范围
仰 角
方向角
(a)
(b)
(c)
2020/8/13
(a) 螺旋扫描; (b) 分行扫描; (c) 锯齿扫描
7.3.2
1. 机械性扫描
天线摆动机 构
整体移动 移动反射体 移动馈源
2020/8/13
ud1 Ud1 U2 12U1sin
ud2
Ud2
U2
1 2U1
sin
故相位检波器输出电压为
UoUo1Uo2KdUd1KdUd2
KdU1sin
当选取1/2U1=U2时
Ud1
2
1 2
U1
sin 45
1 2
Ud 2
2
1 2
U1
sin 45
1
2
2020/8/13
U oK dU 1si4 n5 2K dU 1si4 n5 2