雷達(dá)原理第7章角度測(cè)量

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1、第7章角度測(cè)量理解測(cè)角的基本原理；了解天線波束的掃描方法；主要內(nèi)容及基本要求7.1測(cè)角概述確定目標(biāo)的空間位置必須測(cè)距目標(biāo)的方位角高低角（俯仰角）測(cè)角的物理基礎(chǔ)（1）電波在均勻介質(zhì)中傳播的直線性（2）雷達(dá)天線的方向性直線性：理想情況實(shí)際情況修正：近距離，遠(yuǎn)距離方向性：半功率波束寬度(角度分辨率)副瓣電平(抗干擾性能)雷達(dá)測(cè)角的性能評(píng)價(jià)測(cè)角范圍、測(cè)角速度、測(cè)角準(zhǔn)確度或精度和角分辨力。測(cè)量角坐標(biāo)方法：振幅法，相位法天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后才有明顯的回波（天線掃描）7.2測(cè)角方法與比較7.2.1相位法測(cè)角1基本原理相位法測(cè)角方框圖設(shè)兩高頻信號(hào)為u1=U1cos(ω

2、t-φ)u2=U2cos(ωt)本振信號(hào)為uL=ULcos(ωLt+φL)φ為兩信號(hào)相位差；φL為本振信號(hào)初相。uI1=UI1cos［(ω-ωL)t-φ-φL］u2與uL差頻得uI2=UI2cos［(ω-ωL)t-φL］u1和uL差頻得相位法測(cè)角方框圖二極管相位檢波器電路及矢量圖(a)電路;(b)U2>>U1;(c)U2=1/2U1相位檢波器兩輸入信號(hào)為u1=U1cos(ωt-φ)u2=U2cos(ωt-90°)當(dāng)選取U2>>U1時(shí),由矢量圖(b)可知故相位檢波器輸出電壓為當(dāng)選取1/2U1=U2時(shí)相位檢波器輸出特性(a)U2>>U1;(b)U2

3、=1/2U12測(cè)角誤差與多值性采用讀數(shù)精度高(dφ小)的相位計(jì)。減小λ/d值(增大d/λ值)。當(dāng)θ=0時(shí)測(cè)角誤差dθ最小。θ的范圍有一定的限制。減少誤差的方法：增大d/λ雖可提高測(cè)角精度,但會(huì)帶來(lái)測(cè)角模糊三天線相位法測(cè)角原理示意圖7.2.2振幅法測(cè)角1.最大信號(hào)法回波脈沖最大值，即為目標(biāo)所在處特點(diǎn)：測(cè)量方法簡(jiǎn)單信噪比高，作用距離遠(yuǎn)最強(qiáng)點(diǎn)不易判斷，測(cè)量精度不高（半功率角20％），存在量化誤差不能用于自動(dòng)測(cè)角2.等信號(hào)法等信號(hào)法測(cè)角(a)波束;(b)K型顯式器畫(huà)面設(shè)天線電壓方向性函數(shù)為F(θ),等信號(hào)軸OA的指向?yàn)棣?,則波束1、2的方向性函數(shù)可分別

4、寫(xiě)成:F1(θ)=F(θ1)=F(θ+θk-θ0)F2(θ)=F(θ2)=F(θ-θ0-θk)θk為θ0與波束最大值方向的偏角。波束1接收到的回波信號(hào)u1=KF1(θ)=KF(θk-θt),波束2收到的回波電壓值u2=KF2(θ)=KF(-θk-θt)=KF(θk+θt),θt為目標(biāo)方向偏離等信號(hào)軸θ0的角度。處理方式(1)比幅法根據(jù)比值的大小可以判斷目標(biāo)偏離θ0的方向,查找預(yù)先制定的表格就可估計(jì)出目標(biāo)偏離θ0的數(shù)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)］在等信號(hào)軸θ=θ0附近,Σ(θt)=u1(θ)+u2(θ)=K［F(θk-θt)+F(θk+θt)］在θ0附近可近似表示為Σ(θt)≈2F(θ0)k歸一化的和差值Δ/Σ正比于目標(biāo)偏離θ0的角度θt,故可用它來(lái)判讀角度θt和差法測(cè)角等信號(hào)法的特點(diǎn):(1)測(cè)角精度比最大信號(hào)法高（半功率角2％）(2)可用于自動(dòng)測(cè)角。(3)測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜(4)作用距離相對(duì)較小7.3天線波束的掃描方法7.3.1波束形狀和掃描方法1.扇形波束(a)地面雷達(dá);(b)機(jī)載雷達(dá)余割平方形2.針狀波束針狀波束掃描方式(a)螺旋掃描;(b)分行掃描;(c)鋸齒掃描7.3

6、.2天線波束的掃描方法1.機(jī)械性掃描移動(dòng)反射體移動(dòng)饋源整體移動(dòng)機(jī)械掃描特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，機(jī)械慣性大，掃描速度慢2.電掃描相位掃描法、頻率掃描法、時(shí)間延遲法等。相位掃描法N元直線移相器天線按等比級(jí)數(shù)求和并運(yùn)用尤拉公式,容易看出,當(dāng)φ=ψ時(shí),各分量同相相加,場(chǎng)強(qiáng)幅值最大,顯然故歸一化方向性函數(shù)為圖一維相掃天線簡(jiǎn)圖2.柵瓣問(wèn)題將φ與波束指向θ0之間的關(guān)系式φ=(2π/λ)dsinθ0代入式當(dāng)(πNd/λ)(sinθ-sinθ0)=0,±π,±2π,…,±nπ(n為整數(shù))時(shí),分子為零,若分母不為零,則有F(θ)=0。而當(dāng)(πd/λ)(sinθ-sinθ0)=

7、0,±π,±2π,…,±nπ(n為整數(shù))時(shí),上式分子、分母同為零,由洛比達(dá)法則得F(θ)=1,由此可知F(θ)為多瓣?duì)睢D7.15方向圖出現(xiàn)柵瓣出現(xiàn)柵瓣將會(huì)產(chǎn)生測(cè)角多值性。3.波束寬度(1)波束指向?yàn)樘炀€陣面法線方向時(shí)通常波束很窄,｜θ｜較小,sin［πd/λ)sinθ］≈(πd/λ)sinθ,上式變?yōu)?)波束掃描對(duì)波束寬度和天線增益的影響掃描時(shí),波束偏離法線方向,θ0≠0,因波束窄｜θ-θ0｜較小,sinθ-sinθ0=sin(θ-θ0)cosθ0-［1-cos(θ-θ0)］sinθ0θ0越大,波束變得愈寬移相器（1）PIN二極管移相器利用PI

8、N二極管正反偏壓下的阻抗變化配以一定電路可以實(shí)現(xiàn)不同的相移量。特點(diǎn)：相移速度快，重量輕，體積小，設(shè)計(jì)靈活。類(lèi)型：模擬和數(shù)字。（1）開(kāi)關(guān)型