雷达原理第7章角度测量

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1、第7章角度测量理解测角的基本原理；了解天线波束的扫描方法；主要内容及基本要求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：理想情况实际情况修正：近距离，远距离方向性：半功率波束宽度(角度分辨率)副瓣电平(抗干扰性能)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）7.2测角方法与比较7.2.1相位法测角1基本原理相位法测角方框图设两高频信号为u1=U1cos(ω

2、t-φ)u2=U2cos(ωt)本振信号为uL=ULcos(ωLt+φL)φ为两信号相位差；φL为本振信号初相。uI1=UI1cos［(ω-ωL)t-φ-φL］u2与uL差频得uI2=UI2cos［(ω-ωL)t-φL］u1和uL差频得相位法测角方框图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u1=U1cos(ωt-φ)u2=U2cos(ωt-90°)当选取U2>>U1时,由矢量图(b)可知故相位检波器输出电压为当选取1/2U1=U2时相位检波器输出特性(a)U2>>U1;(b)U2

3、=1/2U12测角误差与多值性采用读数精度高(dφ小)的相位计。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。减少误差的方法：增大d/λ虽可提高测角精度,但会带来测角模糊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2.等信号法等信号法测角(a)波束;(b)K型显式器画面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

4、写成:F1(θ)=F(θ1)=F(θ+θk-θ0)F2(θ)=F(θ2)=F(θ-θ0-θk)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。处理方式(1)比幅法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。(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+

5、θt)］在等信号轴θ=θ0附近,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Δ/Σ正比于目标偏离θ0的角度θt,故可用它来判读角度θt和差法测角等信号法的特点:(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7.3天线波束的扫描方法7.3.1波束形状和扫描方法1.扇形波束(a)地面雷达;(b)机载雷达余割平方形2.针状波束针状波束扫描方式(a)螺旋扫描;(b)分行扫描;(c)锯齿扫描7.3

6、.2天线波束的扫描方法1.机械性扫描移动反射体移动馈源整体移动机械扫描特点：简单，机械惯性大，扫描速度慢2.电扫描相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法等。相位扫描法N元直线移相器天线按等比级数求和并运用尤拉公式,容易看出,当φ=ψ时,各分量同相相加,场强幅值最大,显然故归一化方向性函数为图一维相扫天线简图2.栅瓣问题将φ与波束指向θ0之间的关系式φ=(2π/λ)dsinθ0代入式当(πNd/λ)(sinθ-sinθ0)=0,±π,±2π,…,±nπ(n为整数)时,分子为零,若分母不为零,则有F(θ)=0。而当(πd/λ)(sinθ-sinθ0)=

7、0,±π,±2π,…,±nπ(n为整数)时,上式分子、分母同为零,由洛比达法则得F(θ)=1,由此可知F(θ)为多瓣状。图7.15方向图出现栅瓣出现栅瓣将会产生测角多值性。3.波束宽度(1)波束指向为天线阵面法线方向时通常波束很窄,｜θ｜较小,sin［πd/λ)sinθ］≈(πd/λ)sinθ,上式变为2)波束扫描对波束宽度和天线增益的影响扫描时,波束偏离法线方向,θ0≠0,因波束窄｜θ-θ0｜较小,sinθ-sinθ0=sin(θ-θ0)cosθ0-［1-cos(θ-θ0)］sinθ0θ0越大,波束变得愈宽移相器（1）PIN二极管移相器利用PI

8、N二极管正反偏压下的阻抗变化配以一定电路可以实现不同的相移量。特点：相移速度快，重量轻，体积小，设计灵活。类型：模拟和数字。（1）开关型