双平面振幅和差式单脉冲雷达的性能分析

《雷达原理与系统》试题姓名学号一、填空题（24分）1、（2分）“RADAR”是英文的缩写，“脉冲多普勒雷达”的英译为，“MTI”是英文的缩写“RCS”是英文的缩写。

2、（1.5分）下图为超外差式雷达接收机的简化方框图，请从A、B、C、D、E 中选择合适的接收机部件名称填入空白处。

A 低噪声高频放大器；B检波器；C混频器；D脉冲产生器；E同步器3、（1分）脉冲积累有两种基本方式，分别为____________和______________。

4、（2分）信号1为脉冲重复周期为110μs的脉冲串，信号2为脉冲重复周期为100μs的脉冲串，将二者组合使用采用二参差重频法的最大不模糊测距范围可达______km。

5、（2分）单目标角跟踪雷达最常用的角跟踪体制有两种，分别是单脉冲测角体制和圆锥扫描体制，一般而言，在其他条件相同的情况下，单脉冲测角体制的精度比圆锥扫描体制更（高或低）。

单脉冲测角体制比圆锥扫描体制的作用距离更(远或近)，单脉冲体制的抗干扰能力比圆锥扫描体制更(强或弱)，单脉冲体制的角数据率比圆锥扫描体制更(高或低)。

6、根据下列选项完成框图：（填字母即可，3分）A、脉冲串积累器；B、中频放大器；C、匹配滤波；D、单边带滤波器；E、峰点估计；F、混频器；G、相位检波；H、AGC；I、包络检波（1）、在平稳高斯噪声情况下，随机相位单脉冲信号的最佳检测系统可以用下面的简单框图来表示：（2）、在平稳高斯噪声情况下，非相参脉冲串信号的最佳检测系统可以用下面的简单框图来表示：（3）、对雷达信号回波时延的估计流程可以用下面的简单框图来表示：回波信号 0ˆτ7、（1.5分）若雷达发射信号对应的复包络信号为u(t)，回波时延记为τ，频移为d f ，那么该信号的模糊函数表达式为 。

（正型模糊函数）8、（2分）某雷达采用相位编码信号（255位M －序列编码），则根据雷达分辨理论，此类信号可达到的延时－多普勒分辨常数为 。

MIMO 雷达比幅单脉冲测角精度分析李军;王珍;张娟娟;刘红明【摘要】The amplitude-comparison of sum and difference beams has been widely used in the radar sys-tem,as the method is easy to implement and has a high angular accuracy.The angle measuring technology and analyses of the angular accuracy are focused on.The total differential method is used to derivate the angle measure-ment precision of the method in the multiple-input multiple-output(MIMO)radar and the phased array radar,and a strict formula of the angle measurement error has been gotten,while the angle measurement accuracy of the two types of radars are compared under the same SNR conditions,and the analysis is verified by simulations.%和差比幅单脉冲测角方法由于实现简单且测角精度高，在雷达系统中得到广泛应用。

研究多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）雷达的比幅单脉冲测角技术及其精度问题，采用全微分方法详细推导了MIMO 雷达和传统相控阵雷达的单脉冲测角精度，得到了准确的测角误差函数表达式。

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。

.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 0 ,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 时，差信号输出振幅与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。

单脉冲自动测角系统的应用摘要：本文简要介绍了单脉冲雷达的特点，并主要说明了振幅和差式单脉冲雷达的工作原理。

单脉冲自动测角系统不仅具有重要的理论研究意义，同时也大量地被应用在军事民用等诸多领域。

本文不仅在理论上对单脉冲自动测角系统进行了分析，同时结合实际生活中的两个应用实例——无人飞行器跟踪测角体制以及对地观测卫星对目标的跟踪技术，对单脉冲测角系统在具体问题上的工作方式与分析方法给予了详细的解释与分析。

关键词：单脉冲雷达，角度跟踪，角误差信号，无人飞行器的角度跟踪，卫星的目标跟踪。

0.引言单脉冲自动测角属于同时波瓣法测角, 理论上,它只需要分析一个回波就能提取角误差信息(目标偏离波束中心指向的角度)。

由于取出角误差的具体方法不同, 单脉冲自动测角通常分为振幅和差式单脉冲测角与相位和差式单脉冲测角, 文中主要介绍的是高精度、稳健性好、实现简单的振幅和差式单脉冲测角法。

1.单脉冲雷达1.1 定义单脉冲雷达是能从单个回波脉冲信号中获得目标全部角坐标信息的跟踪雷达。

1.2 特点单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。

它有较高的测角精度、分辨率和数据率，但设备比较复杂。

单脉冲雷达早在60年代就已广泛应用。

美国、英国、法国和日本等国军队大量装备单脉冲雷达，主要用于目标识别、靶场精密跟踪测量、弹道导弹预警和跟踪、导弹再入弹道测量、火箭和卫星跟踪、武器火力控制、炮位侦察、地形跟随、导航、地图测绘等；在民用上主要用于中交通管制。

目前使用的单脉冲雷达基本上都实现了模块化、系列化和通用化，具有多目标跟踪、动目标显示、故障自检、维修方便等特点。

1.3 分类按提取角误差信息的方法不同，分为幅度比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两种。

2.单脉冲自动测角基本原理及解角误差方法2.1 基本原理单脉冲自动测角的定向原理:用几个独立的接收支路来同时接收目标的回波信号, 然后再将这些信号加以比较, 就可以获得目标的角误差信息, 将其转换成误差电压, 然后将此误差电压放大变换后加到驱动电动机, 控制天线向误差减小的方向运动。

解放军电子工程学院攻读硕士学位研究生入学考试样卷考试科目：《雷达原理》说明：本科目考试时间为120分钟，试卷共3页，满分100分。

所有答案必须做在考场下发的答题纸上，未做在答题纸上的答案无效，责任由考生本人自负。

考试完毕后，将试卷和答题纸一并装入试卷袋密封。

一、填空题（每空1分，共32分）1、雷达是一种利用电磁波对目标进行和的电子装置。

2、雷达目标角度测量是利用了天线的和电磁波的。

3、1~2GHz频率范围的雷达被称为标准雷达波段的波段雷达。

4、飞机以100米/秒的径向速度向雷达站飞来,雷达工作波长为1m，则多普勒频率为Hz。

5、雷达发射机的类别有和两类。

6、相位相参性是指两个信号的之间存在着确定的关系。

7、超外差式雷达接收机主要组成部分是、、检波器和视频放大器。

8、超外差式雷达接收机具有、、选择性好和适应性广等特点。

9、电阻热噪声的功率谱密度是与无关的常数。

10、任何无源二端网络的额定噪声功率只与和通带Bn有关。

11、为了使接收机的总噪声系数小，要求各级的小和高。

12、雷达接收机噪声的来源主要分为和。

13、对于常规的警戒雷达和引导雷达的终端显示器，基本任务是和测定目标的坐标。

14、在进行门限检测时，当保持一定，而要求降低虚警概率时，只有通过采取的措施来实现。

15、多个脉冲积累后可以有效地提高，从而改善雷达的检测能力。

16、对雷达性能的大气传播影响主要包括和两方面。

17、距离跟踪的定义是指。

18、雷达测角的方法可分为和两大类。

19、在圆锥扫描雷达中，输出信号近似为为调制的脉冲串，其调制频率为天线的。

20、采用动目标显示技术是为了改善雷达在杂波背景下检测的能力。

21、距离分辨力定义是指两个目标在但处在不同距离上，其最小可区分的距离。

二、判断题（每题1分，共5分）1、雷达天线的方向性越强，波瓣宽度越窄，测向的精度和分辨力就越高。

（）2、5欧姆电阻和8欧姆电阻在具有相同温度条件下，产生的电阻热噪声的额定功率是不相等的。

雷达原理大作业班级小组成员学号振幅和差单脉冲雷达在自动测角中的应用大宽带频率步进雷达是一种高距离分辨率雷达，由于具有测距精度高、抗杂波能力强、可识别真假目标和反隐身等优点，在精确制导武器中有着广阔的应用前景。

单脉冲测向具有测角精度高等优点，振幅-和差式单脉冲雷达是实际中比较常用方法之一，在雷达领域得到了广泛的应用。

本文主要对频率步进信号体制下双平面振幅-和差式单脉冲雷达测角进行的研究。

首先，介绍频率步进雷达系统的工作原理以及频率步进信号波形的定义，分析并设计频率步进雷达的性能参数。

步进频率信号属于脉间脉冲压缩方式，相比传统的相参雷达，步进频率波形的频率在脉间改变，在一个脉冲内保持恒定。

它的基本思想是：在每一扫掠时间内发射一串(N 个)窄带的宽脉冲，脉宽为T。

每个脉冲的载频是均匀步进的，步进间隔为Δf (Δf≤1/T)。

在接收时对这串脉冲的回波信号用与之载频响应的本振信号进行混频，再对这一串复数采样值进行IFFT 变换，则得到目标的合成距离像[6~9]。

其优点是能在获得距离高分辨的同时降低对信号瞬时带宽的要求，因此在目标识别、SAR 成像等雷达技术中得到广泛应用。

从信号形式上来看，步进频率脉冲串信号实质上是一组载频按固定步长递增的脉冲序列，满足：其中i＝0，1，…，N-1，N 为脉冲个数，Δf 为步进频率间隔，f0 为载频。

其对应的频率f 与时间t 的时序关系如图2-1 所示。

由图可见步进频率信号也可以近似认为是一种截断的被量化的连续线性调频信号。

一、频率步进单脉冲雷达测角在未来毫米波制导应用中，导弹将具有直接命中目标(碰撞杀伤)，甚至目标要害部分的能力。

这就要求雷达不仅能对目标整体进行精确测量、跟踪，而且还要从角度上分辨出目标不同的散射部位，分辨并攻击其要害部位。

因此，要求雷达导引头具有很高的测角精度。

但是，由于复杂目标不同部位的散射强度和相对相位的随机变化，造成回波相位波前的畸变，波前在接受天线口径面上的倾斜和随机摆动必然引起角误差——角闪烁[30]。

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。