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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。
单脉冲比相法测角代码引言单脉冲比相法是一种常用的测角方法，用于计算目标物体相对于测量者的角度。
通过测量两个脉冲信号之间的比例，可以精确计算出目标物体的角度。
本文将介绍单脉冲比相法的原理，并编写一个示例代码来演示该测角方法的实现。
原理单脉冲比相法是基于信号处理技术的测角方法，其原理可以分为以下几步：1. 发送脉冲信号首先，测量者向目标物体发送一个脉冲信号。
该脉冲信号可以是声波、电磁波等形式的信号。
发送脉冲信号的目的是为了探测目标物体的位置和距离。
2. 接收脉冲信号目标物体接收到发送的脉冲信号后，会产生一个反射信号。
这个反射信号会被测量者接收到。
接收到的信号通常会受到一些噪声和干扰，需要进行信号处理来提取有效信息。
3. 信号预处理在进行信号处理之前，需要对接收到的信号进行预处理。
这包括滤波、放大、去噪等步骤。
信号预处理的目的是提高测量的精度和准确性。
4. 相位差测量经过信号预处理后，我们可以得到两个脉冲信号的波形。
比如，我们可以使用傅里叶变换将波形转换为频谱，然后计算两个信号频谱之间的相位差。
相位差可以用来计算目标物体的角度。
5. 计算角度通过测量的相位差，我们可以计算出目标物体相对于测量者的角度。
这通常需要一些几何和三角计算。
示例代码下面是一个使用Python编写的示例代码，演示了如何使用单脉冲比相法来测量角度：import numpy as npdef measure_angle(pulse1, pulse2):# 信号预处理pulse1_processed = preprocess_signal(pulse1)pulse2_processed = preprocess_signal(pulse2)# 相位差测量phase_diff = calculate_phase_difference(pulse1_processed, pulse2_processed)# 计算角度angle = calculate_angle(phase_diff)return angledef preprocess_signal(signal):# 信号滤波filtered_signal = filter_signal(signal)# 信号放大amplified_signal = amplify_signal(filtered_signal)# 信号去噪denoised_signal = denoise_signal(amplified_signal)return denoised_signaldef filter_signal(signal):# 使用滤波算法对信号进行滤波filtered_signal = signal# TODO: 实现滤波算法return filtered_signaldef amplify_signal(signal):# 对信号进行放大amplified_signal = signal# TODO: 实现放大算法return amplified_signaldef denoise_signal(signal):# 对信号进行去噪denoised_signal = signal# TODO: 实现去噪算法return denoised_signaldef calculate_phase_difference(signal1, signal2):# 通过傅里叶变换计算相位差fft1 = np.fft.fft(signal1)fft2 = np.fft.fft(signal2)phase_diff = np.angle(fft2 / fft1)return phase_diffdef calculate_angle(phase_diff):# 根据相位差计算角度angle = phase_diff# TODO: 实现角度计算算法return angle结论单脉冲比相法是一种常用的测角方法，可以通过测量两个脉冲信号之间的比例来计算目标物体的角度。
单脉冲测角原理单脉冲测角（Monopulse Angle Measurement）是一种常用的雷达测角方法，它通过对目标返回信号的处理，实现对目标的方位角和俯仰角的测量。
单脉冲测角原理是基于相控阵雷达技术的，它具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，在军事和民用雷达领域得到了广泛的应用。
单脉冲测角原理的基本思想是利用相控阵天线阵列的空间波束形成特性，通过对目标返回信号的相位差进行测量，从而实现对目标方位角和俯仰角的测量。
相控阵天线阵列由多个天线单元组成，每个天线单元都可以独立控制相位和幅度，从而实现对空间波束的形成和控制。
当目标位于相控阵的波束覆盖范围内时，每个天线单元接收到的目标返回信号会存在一定的相位差，通过对这些相位差的测量和处理，就可以得到目标的方位角和俯仰角信息。
在单脉冲测角中，常用的测量方法包括相位比较法、幅度比较法和双差法。
相位比较法是通过比较不同通道接收到的信号相位差来实现测角，它的测量精度较高，但对系统的动态范围和线性度要求较高；幅度比较法是通过比较不同通道接收到的信号幅度差来实现测角，它的测量精度相对较低，但对系统的动态范围和线性度要求较低；双差法是通过比较两个天线单元之间的相位差和幅度差来实现测角，它综合了相位比较法和幅度比较法的优点，具有较高的测量精度和较低的系统要求。
单脉冲测角原理的实现需要对雷达系统进行精确的设计和调试，包括天线阵列的设计、相控阵的控制和信号处理部分的设计等。
在实际应用中，还需要考虑目标信号的特性、系统的工作环境和干扰情况等因素，从而进一步提高测量精度和抗干扰能力。
总之，单脉冲测角原理是一种重要的雷达测角方法，它通过对目标返回信号的相位差进行测量，实现对目标方位角和俯仰角的精确测量。
在现代雷达系统中得到了广泛的应用，为目标探测、跟踪和定位提供了重要的技术支持。
随着雷达技术的不断发展和完善，相信单脉冲测角原理将会发挥越来越重要的作用，为雷达应用领域带来更多的技术创新和发展。
单脉冲定向原理对目标的定向，即测定目标的方向，是雷达的主要任务之一。
单脉冲定向是雷达定向的一个重要方法。
所谓“单脉冲”，是指使用这种方法时，只需要一个目标回波脉冲，就可以给出目标角位置的全部信息。
根据从回波信号中提取目标角信息的特点，可以将单脉冲定向分为两种基本的方法：振幅定向法和相位定向法，分别见于下图。
除了上述两种方法外，由它们合成的振幅—相位定向法（或称为综合法）也得到了广泛的应用。
图2-1 单脉冲振幅定向法 图2-2单脉冲相位定向法2.1 振幅定向法振幅定向法是用天线接收到的回波信号幅度值来进行角度测量的，该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线的扫描方式。
振幅定向法可以分为最大信号法和等信号法两大类，其中等信号法又可以分为比幅法和和差法。
如图所示，平面两波束相互部分交叠，其等强信号轴的方向已知，两波束中心轴与等强信号轴的偏角0θ也已知。
假设目标回波信号来向与等强信号轴向的夹角为θ，天线波束方向图函数为F(θ)，则两个子波束的方向图函数可分别写成()()()⎩⎨⎧-=+=θθθθθθ0201)(F F F F （2-1） 两波束接收到的目标回波信号可以表示成：()()()()()()⎩⎨⎧-==+==θθθθθθθθ022011F K F K u F K F K u a a a a （2-2） 其中a K 为回波信号的幅度系数。
对于比幅法，直接计算两回波信号的幅度比值有：()()()()θθθθθθ-+=0021F F u u （2-3） 根据上式比值的大小可以判断目标回波信号偏角θ的方向，再通过查表就可以估计出θ的大小。
对于和差法，由()θ1u 和()θ2u 可计算得到其和值()θ∑u 及差值()θ∆u 分别如下: ()()()()()()()()()()()()⎩⎨⎧--+=-=-++=+=∆∑θθθθθθθθθθθθθθ00210021F F K u u u F F K u u u a a （2-4） 其中()()()θθθθθ-++=∑00)(F F F 称为和波束方向图；()()()θθθθθ--+=∆00)(F F F 称为差波束方向图。
