單脈沖雷達(dá)原理以及應(yīng)用

1、 單脈沖定向原理對(duì)目標(biāo)的定向，即測(cè)定目標(biāo)的方向，是雷達(dá)的主要任務(wù)之一。單脈沖定向是雷達(dá)定向的一個(gè)重要方法。所謂“單脈沖”，是指使用這種方法時(shí)，只需要一個(gè)目標(biāo)回波脈沖，就可以給出目標(biāo)角位置的全部信息。根據(jù)從回波信號(hào)中提取目標(biāo)角信息的特點(diǎn)，可以將單脈沖定向分為兩種基本的方法：振幅定向法和相位定向法，分別見(jiàn)于下圖。除了上述兩種方法外，由它們合成的振幅一相位定向法(或稱為綜合法)也得到了廣泛的應(yīng)用。2.1振幅定向法振幅定向法是用天線接收到的回波信號(hào)幅度值來(lái)進(jìn)行角度測(cè)量的,該幅度值的變化規(guī)律取決于天線方向圖以及天線的掃描方式。振幅定向法可以分為最大信號(hào)法和等信號(hào)法兩大類，其中等信號(hào)法又可以分為比幅法和和

2、差法。如圖所示，平面兩波束相互部分交疊，其等強(qiáng)信號(hào)軸的方向已知，兩波束中心軸與等強(qiáng)信號(hào)軸的偏角也已知。假設(shè)目標(biāo)回波信號(hào)來(lái)向與等強(qiáng)信號(hào)軸向的0夾角為e,天線波束方向圖函數(shù)為F(e),則兩個(gè)子波束的方向圖函數(shù)可分別寫(xiě)成F()=F+)F)=F)(2-1)120兩波束接收到的目標(biāo)回波信號(hào)可以表示成：u)=KF)=KF+e)TOC o 1-5 h z1a1a0 HYPERLINK l bookmark4u(e)=kf(e)=kfe-e)(2-2)2a2a0其中K為回波信號(hào)的幅度系數(shù)。a對(duì)于比幅法，直接計(jì)算兩回波信號(hào)的幅度比值有：u)f+e)狀莎f(e-e)(2-3)20根據(jù)上式比值的大小可以判斷目標(biāo)回波

3、信號(hào)偏角e的方向，再通過(guò)查表就可以估計(jì)出e的大小。對(duì)于和差法，由u)和u)可計(jì)算得到其和值u)及差值u)分別如下:TOC o 1-5 h z12工Au)=u)+u)=k(f+e)+F-e) HYPERLINK l bookmark12u(e)=u1e)-u2e)=K(fe0+e)-fe0-e)(2-4)A12a00其中f(e)=+e)+f_e)稱為和波束方向圖；工00f(e)=+e)-f(e-e)稱為差波束方向圖。A00F+e)=F)+Fjb+o2、F)+F(e為If(e-e)=f(eo)-f(ejb+oCLf(eo)-f0進(jìn)一步可以得到：若e很小(在等強(qiáng)信號(hào)軸附近)，根據(jù)泰勒公式可以將F(e

4、o+e)和F(e-e)開(kāi)近似為：+oe2+o(e2000u(e):ufe)uAu2KF(e)a02-5)；2KF(e)3a0歸一化和差信號(hào)值可得:u(e)工島e“e0(2-6)f(e)其中U方即是天線方向圖在波束偏轉(zhuǎn)角e0處的歸一化斜率系數(shù)。即可計(jì)算得到目標(biāo)回波信號(hào)偏角。為:u)1對(duì)于振幅定向法來(lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)向精度較高，便于自動(dòng)測(cè)角，缺點(diǎn)是系統(tǒng)較復(fù)雜，作用距離較小等。2.2相位定向法相位定向法是將兩個(gè)天線接收到的信號(hào)相位加以比較以確定目標(biāo)在一個(gè)座標(biāo)平面內(nèi)方向。如上圖所示，對(duì)于遙遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)目標(biāo)，目標(biāo)回波可近似看成是兩列平行波分別入射到兩天線上，因而兩天線接收到的目標(biāo)回波信號(hào)振幅相同而相位不同

5、。兩天線接收到的目標(biāo)回波信號(hào)時(shí)差為：dsine(2-7)T=C其中c為電磁波在空氣介質(zhì)中的傳播速度。則對(duì)應(yīng)的相位差為：(2-8)如果我們能測(cè)出信號(hào)到達(dá)天線1和2的相位差，那么，我們就能得到信號(hào)到達(dá)的方向。為:(2-9)e=arcsinII2nd相位定向法容易得到較高的精度，這是它突出的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是容易引起相位差的測(cè)量模糊，并需要對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量。2.3單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)多路接收是實(shí)現(xiàn)單脈沖定向的技術(shù)方法，單脈沖定向的關(guān)鍵就在于用幾個(gè)獨(dú)立的接收支路同時(shí)接收目標(biāo)的回波信號(hào)，然后再將這些信號(hào)加以處理比較，最終計(jì)算得到目標(biāo)信號(hào)的到達(dá)角。通常，在三維空間對(duì)一個(gè)目標(biāo)定向要采用四個(gè)獨(dú)立的接收支路:方位面兩個(gè)

6、支路，俯仰面兩個(gè)支路。根據(jù)角度鑒別器和測(cè)角方法的不同，單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)一般可以分為九種類型，如表1-2所示。圖1-5給出了兩維角坐標(biāo)（方位和俯仰）振幅和差式單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)框圖。測(cè)角方法（角三種定向方法的基本單脈沖雷達(dá) 類型）振幅法振幅法振幅一-振幅相位法振幅一-相位和差式振幅和差度鑒別器的相位法綜合法相位-振幅綜合振幅相位相位綜合相位相位和差綜合和一一差表2-1九種基本的單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)n.ill亨通道蛍sTi遛差宿號(hào)辭I；詐燈圖23振幅和一差式單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)框圖工一波導(dǎo)橋的和輸出；波導(dǎo)橋的差輸出振幅檢械器中U4測(cè)角方法（角三種定向方法的基本單脈沖雷達(dá) #測(cè)角方法（角三種定向方法的基本單脈沖雷達(dá)

7、#單脈沖雷達(dá)不僅可以用于搜索，也可以用來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)精確跟蹤。與圓錐掃描雷達(dá)相比，單脈沖雷達(dá)具有如下優(yōu)點(diǎn)：跟蹤精度高；作用距離不受限制;數(shù)據(jù)率的潛力大；抗干擾性能好等。當(dāng)然，它也存在一些缺點(diǎn)與不足，例如：系統(tǒng)復(fù)雜和只能應(yīng)用窄波束天線等等，但是隨著科技的發(fā)展，與雷達(dá)的其它許多新技術(shù)相比，這些復(fù)雜性已經(jīng)成為次要的問(wèn)題。2.4雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型雷達(dá)系統(tǒng)仿真是數(shù)字仿真技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。純軟件的仿真，就 是利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)建立雷達(dá)的模型，然后在數(shù)字計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程。具體的說(shuō)，仿真的對(duì)象是雷達(dá)系統(tǒng)，包括雷達(dá)本身（硬件及軟件）、雷達(dá)目標(biāo)及目標(biāo)環(huán)境；仿真的手段是數(shù)字計(jì)算機(jī)，包括軟件及

8、硬件；仿真的方式是復(fù)現(xiàn)蘊(yùn)含在雷達(dá)目標(biāo)及目標(biāo)環(huán)境信息的雷達(dá)信號(hào)。這里所說(shuō)的“復(fù)現(xiàn)”就是重現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞、處理等動(dòng)態(tài)過(guò)程，從時(shí)間關(guān)系上看，就是重現(xiàn)一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間。純軟件仿真的系統(tǒng)模型如下：圖2-4雷達(dá)仿真模型建立雷達(dá)的系統(tǒng)模型，從邏輯上講，應(yīng)當(dāng)采用與制造實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)相同的思路。建立通用的仿真模型，就必須把重點(diǎn)放在精確仿真功能組件上來(lái)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的雷達(dá)系統(tǒng)都可以采用相同的功能組件，只不過(guò)系統(tǒng)參數(shù)有所不同而已。因此，在建立通用的雷達(dá)系統(tǒng)模型時(shí)，首要任務(wù)是建立各種功能組件的數(shù)學(xué)模型；其次是用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)各組件的功能；再次就是把各功能組件組合成分系統(tǒng)模型；最后把各個(gè)分系統(tǒng)模型組合成總系統(tǒng)模型。2.4本次畢設(shè)的工作本次畢設(shè)使用的是半實(shí)物的仿真，實(shí)驗(yàn)室具備一個(gè)機(jī)載四天線雷達(dá)，而且有一個(gè)目標(biāo)模擬運(yùn)動(dòng)架，可以同時(shí)進(jìn)行X軸與Y軸的運(yùn)動(dòng)。模擬運(yùn)動(dòng)架上面放置發(fā)射源，模擬目標(biāo)回波，回波信號(hào)被雷達(dá)的四個(gè)天線接收并經(jīng)過(guò)和差處理形成三路信號(hào)，分別為和路信號(hào)，方位差路信號(hào)與俯仰差路信號(hào)。三路信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻放大器后進(jìn)入PCI-9812數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行高速采樣，三路采樣是同時(shí)進(jìn)行的。然后