单脉冲天线角度跟踪模拟技术

单脉冲雷达

雷达大作业 单脉冲雷达在测角方面的应用 班级： 1302019 姓名： 指导教师：魏青

一、引言 1、背景 对目标的定向，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。之所以叫“单脉冲”，是因为这种方法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。单脉冲技术由于其良好的测角、角跟踪性能和抗干扰能力，因此除了在跟踪雷达中应用之外，还广泛应用到各种武器平台的控制雷达当中。本文分析了标定方法确定天线方向图信息的理论有效性，给出利用标定结果进行宽带单脉冲测角的方法。 2、简介 宽带单脉冲雷达是将传统的单脉冲雷达加载宽带信号。在宽带信号观测下，目标可认为由一系列孤立的散射点组成。从而宽带单脉冲雷达测角实际上是测定一系列散射点的角度。宽带单脉冲雷达测角具有广泛的应用价值，除了标跟踪，还可以应用于三维成像。根据对宽带单脉冲测角的基本原理分析可知，天线方向图在测角中发挥了重要的作用，目前的文献在讨论宽带单脉冲测角时，通常都是采取与文献类似的方法: 根据理论模型，设定方向图函数。对于实际的宽带单脉冲雷达系统，方向图函数通常并不是严格的满足理论模型。此外，精确测量实际雷达系统的方向图际雷达系统进行标定来为测角提供必要的方向图信息。 二、单脉冲雷达的自动测角系统中的优势 1、角度跟踪精度 与圆锥扫描雷达相比，单脉冲雷达的角度跟踪精度要高得多。其主要原因有以下两点： 第一，圆锥扫描雷达至少要经过一个圆锥扫描周期后才能获得角误差信息，在此期间，目标振幅起伏噪声也叠加在圆锥扫描调制信号（角误差信号）上形成干扰，而自动增益控制电路的带宽又不能太宽，以免将频率为圆锥扫描频率的角误差信号也平滑掉，因而不能消除目标振幅起伏噪声的影响，在锥扫频率附近一定带宽内的振幅起伏噪声可以进入角跟踪系统，引起测角误差。而单脉冲雷达是在同一个脉冲内获得角误差信息，且自动增益控制电路的带宽可以较宽，故目标振幅起伏噪声的影响基本可以消除。 第二、圆锥扫描雷达的角误差信号以调制包络的形式出现，它的能量存在于上、下边频的两个频带内，而单脉冲雷达的角误差信息只存在于一个频带内。故圆锥扫描雷达接收机热噪声的影响比单脉冲雷达大一倍。单脉冲雷达的角跟踪精度比圆锥扫描雷达的要高一个量级，约为0.1-0.2密位。

天线近场测量的综述

内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间

各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天线最小柱面或球面的半径；a'—极平面取样的最大圆半径．

单脉冲雷达理以及应用

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 ()()()???-=+=θθθθθθ02 01)(F F F F （2-1） 两波束接收到的目标回波信号可以表示成：

()()()()()()???-==+==θθθθθθθθ022 011F 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。 若θ很小（在等强信号轴附近），根据泰勒公式可以将 ()θθ+0F 和()θθ-0F 展 开近似为： ()()()()()()()()()()()()???'-=+'-=-'+≈+'+=+θ θθθθθθθθθθθθθθθθθ002000002000F F o F F F F F o F F F 进一步可以得到： ()()()()???'≈≈? ∑θθθθθ0022F K u F K u a a （2-5） 归一化和差信号值可得: ()()()() υθθθθθθ='=∑?00F F u u (2-6) 其中()()00θθυF F '= 是天线方向图在波束偏转角0θ处的归一化斜率系数。

单脉冲天线

第十三章单脉冲天线 一、引言 单脉冲雷达体制系统，主要用于高速目标的跟踪定位。如飞机、导弹、火箭、人造卫星的跟踪。单脉冲雷达系统中的天线称为单脉冲天线。单脉冲雷达天线要求产生一个主瓣的和波束，以及具有两个(或四个)主瓣的差波束，如下图13-1所示。差波束的两个峰值之间的最小值称为“零值”。和波束的作用是探测目标的距离(r)并行距离跟踪；差波束的作用是探测目标的方位角和俯仰角信息(,?θ)并行角跟踪。一个目标的距离信息r和角信息,?θ已知，则目标的空间位置就确定了。如果目标正好在和波束最大值方向，则差波束接收到的信号很弱(为零值)；当目标移动时，则差波束接收到的信号由弱变强，则可利用差信号来驱动伺服机构，使天线在俯仰或方位上转动，始终使差波束的零值方向对准目标，从而实现跟踪。 图13-1单脉冲天线方向图 二、单脉冲天线组成。 在雷达应用中，单脉冲天线可采用阵列天线，也可采用反射面和单脉冲馈源组成。如果是后者，则馈源一般采用多个(4个)叭或者单口多模喇叭。形成差波束的关键是使用了比较器(和差器)。 三、分类。 根据比较回波信号的幅度和相位，单脉冲分为幅度单脉冲、相位单脉冲和幅相单脉冲，它们的主要区别在于天线。无论是幅度还是相位单脉冲，为了确定目标在某一平面的角度(方位、俯仰)，都要求同时产生两个形状相同的波束。这里只讨论幅度单脉冲(比幅)。 四、工作原理。 为了说明问题，先考虑一个平面(俯仰面)内单脉冲技术的工作原理。

当一个横向偏焦的喇叭，置于抛面焦点附近时天线将产生一个偏离天线轴的 θ正比于偏焦距离x。为了获得两个对称于天线轴，并有波瓣，其波束偏移角 s θ的波瓣，可用两个对称于天线轴的横向偏焦喇叭来完成，如图13-2相同偏移角 s 所示。 图13-2 幅度比较单脉冲 若探测到一个目标，来自A方向，这时两波束收到的回波信号，相位相同，但幅度不等。两信号相减形成的差信号是目标方向的函数。这个差信号的大小，表示了目标偏离天线轴向角度的大小，差信号的正负，则表示目标偏向哪一边。由差信号驱动电机使天线转动而对准目标，则差信号为0。从而实现了跟踪。 一般的比幅单脉冲天线的馈源是由四个喇叭和比较电路构成的。假如上图为俯仰面的话，另两个喇叭则构成方位面。四喇叭馈源及比较器电路如图13-3所示。 图13-3 幅度比较单脉冲天线的馈源和比较器

天线测试方法介绍

天线测试方法介绍 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。 图1：这些是典型的室内直射式测量系统，图中分别为锥形(左)和矩形(右)测试场。

振幅和差单脉冲雷达

振幅和差单脉冲雷达振幅和差单脉冲雷达在自动测角中的应用 姓名： 学号： 2014-12-20 西安电子科技大学 信息对抗

摘要： 在雷达系统中，为了确定目标的位置，不仅需要知道距离参量，同时也需要知道目标的空间方位，为此需要知道目标的方位角和俯仰角。雷达测角的物理基础是电磁波在均匀介质中沿直线传播和雷达天线具有方向性。测角的方法可分为振幅法和相位法两大类。在雷达测角中，为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据传送到计算机中。在自动测角系统中，有一种典型的方式——单脉冲自动测角系统。单脉冲自动测角属于同时波瓣测角法，单脉冲雷达的种类很多，最常用的是振幅和差单脉冲雷达。 关键字：雷达自动测角系统振幅和差单脉冲雷达 一、单脉冲雷达 什么是单脉冲雷达？ 单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。 单脉冲雷达通常有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类（本次只研究振幅比较法）。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。在军事上主要用于目标识别、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。 二、振幅和差单脉冲雷达 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。此次试验只研究和差式雷达。

单脉冲雷达角度跟踪技术研究

单脉冲雷达角度跟踪技术研究 【摘要】简单介绍了单脉冲雷达的特点及工作原理，重点分析了多部干扰机对单脉冲雷达的角度干扰问题，并对相干干扰和非相干干扰的干扰效果进行了讨论，指出两点源非相干干扰是实际工程中一种比较理想的干扰方式。 【关键词】单脉冲雷达、角度跟踪、相干干扰、非相干干扰 一、引言 对雷达进行干扰要对准雷达的四个系统：显示系统、距离跟踪系统、速度跟踪系统和角度跟踪系统。在雷达发展的早期，只要对前三个系统中的一个(或两个)系统进行有效地干扰，就可达到破坏雷达角跟踪系统正常工作的目的。现在随着新体制雷达的出现和抗干扰技术的不断提高，尤其是单脉冲雷达体制的出现，使很多干扰技术难以奏效。本文以振幅和差式单脉冲雷达为例，讨论了用多部干扰机对单脉冲雷达实施干扰的情况。 二、分析 1．单脉冲雷达 ◆定义 单脉冲雷达是指由单个回波脉冲即可获得目标空间角信息的雷达。 ◆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。 ◆分类 根据从回波中获取角信息的方式(测角法)不同，单脉冲雷达可分为振幅法(比幅)、相位法(比相)和综合法(振幅相位)3种。这3种测角法又可用3种角度鉴

别器(振幅式、相位式、和差式)中的任何一种来获得目标的角度信息，因此综合起来有9种形式的单脉冲雷达系统，其中以振幅和差式单脉冲雷达系统用的最多。通常分为有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类。 工作原理 单脉冲雷达每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。它具有圆锥扫描雷达所没有的优点：获得角误差信息的时间短(以微秒计算)；不受回波振幅起伏变化的影响；测角精度高(0．1～0．5mil)；测角支路抗幅度调制干扰(如回答式倒相干扰)的能力强。振幅和差式单脉冲雷达系统的基本工作原理：将两个比幅天线方向图所得的幅度不同的信号经过和差变换器之后，再把和信号(U∑ )、差信号(U△ )加到鉴相器得出差信号。 2 雷达角跟踪技术 2．1 信号处理和测量技术 PD采用一种合适的且可以适当改变的配置方式及数据处理算法，可成功的实现跟踪低仰角目标。假定一种处理算法，地面的反射系数应有一个确定的模型(如镜面反射和几何光学原理)，重要的是要估计这样的算法偏离假定的反射模型的灵敏度如何。在一个真实系统中，这样的偏差肯定会发生。即使是光滑的镜面表面(理想的镜面反射)，当雷达位于几倍天线直径大的该表面时，由物理光学原理即菲涅尔区，也需要校正。关键的问题是，在反射的雷达信号中有多少是未知量，要确定这些未知量，雷达需要测量的量是多少，很明显，在多路径效应下，未知数的数量会增加。雷达必须做更多的测量才能获得反射平面的信息以鉴别目标的真实仰角。但是更多的工作是需要找到最优的算法，需要确定它们对不同反射系数模型的灵敏度。

Ka波段单脉冲平面和差网络和天线的研究

Ka波段单脉冲平面和差网络和天线的研究 1 引言从20 世纪40 年代后期开始，毫米波单脉冲雷达技术逐步得到发展和应用，尤其是在航空和导弹防御系统中，毫米波单脉冲雷达发挥着重要的作用。毫米波单脉冲天线馈电网络是毫米波雷达的关键技术之一。传统的和差网络由魔T 构成，但结构过于庞大，不易实现平面化、集成化，并且成本较高。随着微带印刷技术的不断发展，微带结构的和差网络被广泛应用，但是毫米波波段的微带电路的损耗很大，并且功率承受能力较低。本文设计的Ka 波段平面和差网络采用波导缝隙耦合结构，具有结构简单、成本低、损耗小、各端口幅度和相位一致性好等优点。 2 和差网络模型及工作原理最早的缝隙耦合式波导和差器是由H.A.Bethe 提出的，它的原理是：在两根平行的矩形波导公共窄壁上开一个耦合裂缝构成 90°混合电桥，如图1 所示。根据3dB 电桥原理，通过改变耦合裂缝的长度可以调整两波导间的耦合度，使直通端口和耦合端口的输出功率相等。由于耦合端口的电场相位滞后直通端口的电场相位90°，所以直通端口和耦合端口存在90°的相位差，可以在输入端口增加四分之一波长的波导段消除相差。图1 中port1 和port4 为输入端口，port2 为和信号输出端口，port3 为差信号输出端口。 图1 缝隙电桥(左)及和差器构成原理图(右) 在图1 所示的结构中，设从输入端口输入电场幅度为E 的TE10 波，其余端口均接匹配负载。选取合适的波导尺寸，使主副波导耦合段内只能传输TE10 和TE20 两种模式的电磁波。根据叠加原理，输入端的电磁波等效于在port1 和port4 同时输入电场幅度为E/2 的偶模波和奇模波的叠加。设波导宽壁的内

天线近场测量的综述

天线近场测量的综述

内部☆ 天线近场测量的综述 An OutIine of Near Field Antenna Measurement 一引言 天线工程一问世．天线测量就是人们一直关注的重要课题之一，方法的精确与否直接关系到与之配套系统的实用与否。随着通讯设备不断更新，对天线的要求愈来愈高，常规远场测量天线的方法由于实施中存在着许多困难，有时甚至无能为力，于是人们就渴望通过测量天线的源场而计算出其辐射场的方法。然而由于探头不够理想和计算公式的过多近似，致使这种方法未能赋于实用。为了减小探头与被测天线间的相互影响，Barrett等人在50年代采用了离开天线口面几个波长来测量其波前的幅相特性，实验结果令人大为振奋，由此掀开了近场测量研究的序幕，这一技术的出现，解决了天线工程急待解决而未能解决的许多问题，从而使天线测量手段以新的面目出现在世人的面前。 四十多年过去了，近场测量技术已由理论研究进入了应用研究阶段，并由频域延拓到了时域，它不仅能够测量天线的辐射特性，而且能够诊断天线口径分布，为设计提供可靠、准确设计依据；与此同时，人们利用它进行了目标散射特性的研究，即隐身技术和反隐身技术的研究，从而使该技术的研究有了新的研究手段，进而使此项研究进入了用近场测量的方法对目标成像技术的探索阶段。 二、近场测量技术发展的过程 近场测量的技术研究从五十年代发展至今，其研究方向大致经历四个阶段，如表1所示。 表1 近场测量技术所经历的时间

各个时期的研究内容可概述为以下几个方面 1．理论研究 在Barrett等人的实验之后，Richnlond等人用空气和介质填充的开口波导分别测量了微波天线的近场，并把由近场测量所计算得到的方向图与直接远场法测得的结果相比较，其方向图在主瓣和第一副瓣吻合较好，远副瓣和远场法相差较大。于是人们就分析其原因，最终归结为探头是非理想起点源所致，因此，出现了各种方法的探头修正理论。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理论才从理论上严格地解决了非点源探头修正的问题。与此同时，Paris和Leach等人用罗仑兹互易定理也推出了含有探头修正的平面波与柱面波展开表达式[1，2]。Joy 等人也给出了含有探头修正下的球面波展开式及其应用[3 ]。至此，频域近场测量模式展开理论已完全成熟，因此研究者的目光投向了应用领域。在随后的十年里，美国标准局(NBS)等研究机构进行大量的实验证明此方法的准确性[4]，其中取样间隔、探头型式的选择以及误差分析是研究者们关心的热门问题。 2．取样间隔及取样间距 由于模式展开理论是建立在付里叶变换的基础上，根据付里叶变换中抽样定理[5]，对带宽有限的函数。用求和代替积分，用增量代替积分元不引人计算误差，而平面、柱面、球面的模式展开式对辐射场而言都是带宽有限的函数，忽略探头与被测天线间的电抗耦合(取样间距选取的准则)，取样间隔与取样间距按表2所示的准则进行选取(参看图1坐标系)。 表2 取样间隔与取样问距的准则 表中：λ—工作波长；d—探头距被测天线口径面的距离；a—完全包围教测天

单脉冲自动测角系统在导引头中的应用

雷达原理大作业——单脉冲自动测角系统在导引头中的应用 学院：电子工程学院 完成人及学号：

杨超（） 王东旭（） 韩孟洲（） 程荣（） 谭宗欣（） 于振浩（）任课教师：饶鲜

目录： 一、单脉冲自动测角系统简介- 4 - 1.单脉冲雷达- 4 - 2.自动测角系统- 4 - 3.单脉冲自动测角系统- 4 - 二、单脉冲自动测角原理- 5 - 1.振幅定向法- 5 - 2.相位定向法- 7 - 三、单脉冲自动测角系统的特点- 7 - 1.角度跟踪精度- 7 - 2.天线增益和作用距离- 8 - 3.角度信息的数据率- 8 - 4.抗干扰能力- 8 - 5.复杂程度- 8 - 四、单脉冲自动测角系统的仿真- 9 - 五、单脉冲雷达的应用- 12 - 六、总结- 13 -

一、单脉冲自动测角系统简介 1.单脉冲雷达 单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。 2.自动测角系统 在火控系统中使用的雷达，必须快速连续地提供单个目标(飞机、导弹等)坐标的精确数值，此外在靶场测量、卫星跟踪、宇宙航行等方面应用时，雷达也是观测一个目标，而且必须精确地提供目标坐标的测量数据。 为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据经数据传递系统送到计算机数据处理系统。 和自动测距需要有一个时间鉴别器一样，自动测角也必须要有一个角误差鉴别器。当目标方向偏离天线轴线(即出现了误差角ε)时，就能产生一误差电压。误差电压的大小正比于误差角，其极性随偏离方向不同而改变。此误差电压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小误差角的方向运动，使天线轴线对准目标。 用等信号法测角时，在一个角平面内需要两个波束。这两个波束可以交替出现(顺序波瓣法)，也可以同时存在(同时波瓣法)。前一种方式以圆锥扫描雷达为典型，后一种是单脉冲雷达。 3.单脉冲自动测角系统 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，其交叠方向即为等信号轴。将这两个波束同时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回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以

天线测试方法介绍

天线测试方法介绍 来源：Vince Rodriguez公司 对天线与某个应用进行匹配需要进行精确的天线测量。天线工程师需要判断天线将如何工作，以便确定天线是否适合特定的应用。这意味着要采用天线方向图测量(APM)和硬件环内仿真(HiL)测量技术，在过去5年中，国防部门对这些技术的兴趣已经越来越浓厚。虽然有许多不同的方法来开展这些测量，但没有一种能适应各种场合的理想方法。例如，500MHz 以下的低频天线通常是使用锥形微波暗室(anechoic chamber)，这是20世纪60年代就出现的技术。遗憾的是，大多数现代天线测试工程师不熟悉这种非常经济的技术，也不完全理解该技术的局限性(特别是在高于1GHz的时候)。因此，他们无法发挥这种技术的最大效用。 随着对频率低至100MHz的天线测量的兴趣与日俱增，天线测试工程师理解各种天线测试方法(如锥形微波暗室)的优势和局限的重要性就愈加突出。在测试天线时，天线测试工程师通常需测量许多参数，如辐射方向图、增益、阻抗或极化特性。用于测试天线方向图的技术之一是远场测试，使用这种技术时待测天线(AUT)安装在发射天线的远场范围内。其它技术包括近场和反射面测试。选用哪种天线测试场取决于待测的天线。 为更好地理解选择过程，可以考虑这种情况：典型的天线测量系统可以被分成两个独立的部分，即发射站和接收站。发射站由微波发射源、可选放大器、发射天线和连接接收站的通信链路组成。接收站由AUT、参考天线、接收机、本振(LO)信号源、射频下变频器、定位器、系统软件和计算机组成。 在传统的远场天线测试场中，发射和接收天线分别位于对方的远场处，两者通常隔得足够远以模拟想要的工作环境。AUT被距离足够远的源天线所照射，以便在AUT的电气孔径上产生接近平面的波阵面。远场测量可以在室内或室外测试场进行。室内测量通常是在微波暗室中进行。这种暗室有矩形的，也有锥形的，专门设计用来减少来自墙体、地板和天花板的反射(图1)。在矩形微波暗室中，采用一种墙面吸波材料来减少反射。在锥形微波暗室中，锥体形状被用来产生照射。

振幅和差单脉冲雷达

[文档标题] [文档副标题] 姓名： 学号： 摘要： 在雷达系统中，为了确定目标的位置，不仅需要知道距离参量，同时也需要知道目标的空间方位，为此需要知道目标的方位角和俯仰角。雷达测角的物理基础是电磁波在均匀介质中沿直线传播和雷达天线具有方向性。测角的方法可分为振幅法和相位法两大类。在雷达测角中，为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据传送到计算机中。在自动测角系统中，有一种典型的方式——单脉冲自动测角系统。单脉冲自动测角属于同时波瓣测角法，单脉冲雷达的种类很多，最常用的是振幅和差单脉冲雷达。 关键字：雷达 自动测角系统 振幅和差单脉冲雷达 一、 单脉冲雷达 什么是单脉冲雷达？ 单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。 单脉冲雷达通常有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类（本次只研究振幅比较法）。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。在军事上主要用 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。 2014-12-20 信息对抗

极化对单脉冲天线差波束指向的影响分析

第３２卷第１１期２０１０年１１月 现代雷达 ＭｏｄｅｒｎＲａｄａｒ Ｖ０１．３２Ｎｏ．１ｌ Ｎｏｖ．２０１０ ?天馈伺系统－中图分类号：ＴＮ８２０文献标志码：Ａ文章编号：１００４—７８５９｛２０１０）１１—００７０—０３极化对单脉冲天线差波束指向的影响分析 刘志惠，孙磊 （南京电子技术研究所，南京２１００３９） 摘要：单脉冲雷达天线的差波束指向和灵敏度通常受２个通道的幅相不平衡性影响，通过仿真计算和测试，在某些情况下。天线极化形式也会对差波束指向带来影响，例如斜４５。极化。文中对几种典型模型进行了仿真、对比，并结合测试情况，分析了这种现象的成因、产生条件、对雷达性能的影响，最后给出了几种解决方案。 关键词：单脉冲雷达；差波束指向；极化 Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ７ＳＩｍｐａｃｔｏｎＯｆｆｓｅｔＢｅａｍＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆ ｔｈｅＭｏｎｏｐｕｌｓｅＡｎｔｅｎｎａ ＬＩＵＺｈｉ—ｈｕｉ，ＳＵＮＬｅｉ （ＮａｎｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｆｆｓｅｔｂｅａｍｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｎｏｐｕｌｓｅｒａｄａｒｆｉｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｇａｉｎ—ｐｈａｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｗｏｃｈａｎｎｅｌｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔ，ｔｈｅｏｆｆｓｅｔｂｅａｍｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙＣａｌｌｂｅａｌｓｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｉｎｓｏｍｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈｉｌｌｓｔｈｅ４５。ｉｎｃｌｉｎｅｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｔｈｅ ｇｅｎｅｓｉｓ，ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｒａｄａｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｏｍｅｓｏｌｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｏｐｕｌｓｅｒａｄａｒ；ｏｆｆｓｅｔ ｂｅａｍｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ；ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ０引‘言 单脉冲雷达天线常用的极化形式有水平线极化、 垂直线极化、圆极化¨。４Ｊ，某些情况下还会用到斜４５。 极化，比如在无源探测领域，经常会用到４５０斜极化。 对于水平极化和垂直极化，差波束指向主要受幅度和 相位的不平衡性影响。对４５。斜极化，差波束指向除 了受幅度和相位的不平衡性影响外，在偏离法平面的 切面上，天线的极化形式还会带来固有的指向偏差，即 空间的三维差零深面不再是呈水平或垂直方向，而是 存在一个小角度的倾斜，倾斜方向和倾斜程度直接受 天线单元在阵中所表现的辐射特性决定。在天线的俯 仰法平面上，差波束指向没有偏差，但偏离俯仰法平面 时，指向将出现偏差，且偏差程度随俯仰方向偏离法平 面角度的增大而增大。 ｌ极化形式对差波束指向影响的仿真分析 对一个２×２排列的振子阵列的方位差特性进行 了仿真计算。 如图１所示，垂直极化单元的方位差零深面呈垂 直方向。如图２所示，斜４５０极化单元阵列差零深面 则有一个小角度的倾斜，且零深变浅。经过分析，我们 通信作者：刘志惠 收稿日期：２０１０－０６－２０??－——７０?————Ｅｍａｌｌ：ｌｚｈ＿ｒａｔ＠１６３．ｃｏｍ 修订日期：２０１０－０９－２８’ 发现有２个因素导致差零深面的倾斜：（１）阵列单元 的波瓣图不等化，如图３所示：振子单元Ｈ面波瓣比Ｅ 面波瓣宽，因此在偏离俯仰面法平面的Ａ点，单元ｌ 的场弱于单元２的场，导致在该处的场虽然在相位上 反相，但幅度不同，不能完全抵消，而在离单元２稍远 的Ｂ点出现了合成的最小值，但由于相位也出现了偏 差，因此差零深也相应变浅。（２）在阵中环境中，天线 单元的等效相位中心发生了偏移，从而导致差零深面 出现倾斜，如图４所示。 图１垂直极化单元及其波瓣图 差波束指向角的偏差程度随俯仰方向偏离法平面 角度的增大而增大，并受上述２个因素综合影响，当某 个因素占优势时，差零深面呈现相应的倾斜方向。在 该计算频点上，波瓣的不等化的因素占优势，差零深面 呈现如图３所示的倾斜方向。而且当俯仰面波束边窄 （此处我们以俯仰面单元数量的增大来实现）时，差零 深面的倾斜角也增大，如图５所示。 万方数据

近场天线测量作业

作业一：分别采用直接求和与快速Fourier 变换（FFT ）两种方法计算出)(ωF ，并与理 论计算结果比较，并比较两种方法所用时间。 1. 已知x e x f -=)( 求 dx e e F x j x πωω2)(? ∞ ∞ --= 直接积分：2 )2(12 )(πωω+= F (1-1) 当ω很大时，0)(≈ωF 取100=Ω时，010 )(5 ≈<-ωF 故近似认为当Ω>ω时，0)(≈ωF ，即可以近似认为f （x ）是一个谱宽有限得函数，带限为2Ω，取005.02=Ω ≤?ππ x ，则由取样定理有 2()m x j m x m F e e x πωω∞ -??=-∞ = ???∑ 令x N n ?=ω， ∑-- =?-?≈12 2 2)(N N m N mn j x m x e e F πω 令,2 k N m =+ 则有 ∑-=-?--?≈?10 )2 (2)2 ()(N k N k N n j x N k x e e x N n F π ∑-=?- -?-=10 2)2 () 1(N k N kn j x N k n e xe π ∑-=-=1 2)1(N k N kn j k n e f π (1,,1,0-=N n Λ) (1-2)

其中： ??? ? ??? -=?-=?=?-?-1 ,,212, ,1,0)2()2(N N k xe N k xe f x k N x N k k ΛΛ (1-3) 取N=2048，则1024*0.005≈5，12 <

各种近远场天线测量系统比较

按照天线场区的划分，天线测量系统可分为远场测量系统和近场测量系统。 1. 远场测量系统 远场测量系统按使用环境可分为室外远场测量系统和室内远场测量系统。 室外远场需要较长的测量距离，通常用天线高架法来尽量减小地面反射，其他架设方法还有地面反射法和斜距法。室外远场测量需要在合适的外部环境和天气下进行，同时，室外远场对安全和电磁环境有较高要求。 室内远场在微波暗室中进行，暗室四周和上下铺设吸波材料来减小电磁反射。如果暗室条件满足远场测量条件，可选择传统远场测量法，如果测量距离不够远场条件，可以选择紧缩场，通过反射天线在被测天线处形成平面电磁波。 2. 近场测量系统 近场测量在天线辐射近场区域实施。在三至五个波长的辐射近场区，感应场能量已完全消退。采集这一区域被测天线辐射的幅度和相位数据信息，通过严格的数学计算就可以推出被测天线测远场方向图。 按照扫描方式的不同，常用的近场测量系统可以分为平面近场系统、柱面近场系统和球面近场系统。 （1）近场测量系统 平面近场测量系统在辐射近场区的平面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于增益>15dBi的定向天线、阵列天线等，最大测量角度<± 70 º。

（2）柱面测量系统 柱面近场测量系统在辐射近场区的柱面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于扇形波束和宽波瓣的天线。 （3）球面测量系统 球面近场测量系统在辐射近场区的球面上采集幅相信息，这种类型的测试系统适用于低增益的宽波瓣或全向天线。 3.如何选择天线测量系统，需要考虑到的几个重要的特性和指标： 1.天线应用领域； 2.远场角度范围：远场波瓣图坐标系、各种天线性能参数定义、副瓣和后瓣特性； 3.电尺寸：根据电尺寸和计算出远场距离； 4.方向性指标：宽波瓣或窄波瓣； 5.工作频率和带宽：工作频率设计到吸波材料尺寸和暗室工程设计及造价； 6.环境和安全性要求：天气、地表环境等因素； 7.其他因素：转台或铰链、通道切换开关等。 近场（平面、柱面、球面）测量系统与远场|（室外、室内、紧缩场）测量系统的能力比较

某型单脉冲雷达跟踪不稳定分析

某型单脉冲雷达跟踪不稳定分析 单脉冲雷达是一种精密测量雷达，主要用于目标识别、精密跟踪测量、火箭和卫星跟踪、导航、地图测绘等，其跟踪是否稳定对于数据获取的精度极为重要，对不稳定跟踪数据进行分析，对于发现解决设备问题起到重要作用。 标签：雷达；跟踪；数据分析 1引言 本论文主要对雷达跟踪不稳定数据进行分析，从而发现设备隐患，对问题解决起到定位作用。在某次跟蹤信标球过程中，开展了C跟踪加偏试验。方位或俯仰单独加偏2mil，方位和俯仰均出现了明显的跟踪抖动现象（随机发散），统计误差电压以1V为中心，在±0.5V范围内随机跳动，取消加偏跟踪，天线跟踪恢复稳定，加偏跟踪误差电压趋势见图1。随后开展光跟加偏试验，现象与主跟加偏基本一致。 2数据分析 以以往跟踪数据作为参考，加偏跟踪误差电压趋势见图2，加偏跟踪状态与正常跟踪状态误差电压幅度相当。本次加偏跟踪时偏置电压随机抖动幅度明显比以往大，且方位/俯仰单独加偏会影响俯仰/方位误差电压的输出。通过多次加偏跟踪数据分析比对，可以说明雷达存在跟踪不稳定问题。 3问题原因分析 场放以下引起天线跟踪加偏抖动可能的原因主要有3个：一是伺服及天线结构问题，二是接收馈线幅相不平衡问题，三是接收通道噪声过大问题。针对这三个原因，做了以下排查工作。 3.1针对伺服天线结构问题开展的排查 ①施放标定求，微光电视四个象限光学加偏2mil跟踪，天线跟踪稳定。②跟踪天宫1号过境目标，S信号四个象限加偏2mil跟踪，天线跟踪稳定。由此可以排除伺服及天线结构问题。 3.2针对接收馈线幅相不平衡问题开展的排查 ①对幅相一致性进行标定，正常。标定结果与之前保持不变，但跟踪加偏抖动现象仍然存在，排除幅相标定错误问题。②使用模拟器定向灵敏度测试功能，长期观察差通道幅度和相位变化情况，均正常，而且四象限加偏时角误差输出稳定无跳变。由此可以初步排除场放以下接收馈线幅相问题。

西安电子科技大学《天线测量》教学大纲

西安电子科技大学 《天线测量》教学大纲 课程ID0221035课程名称天线测量 学分数 3.0学时数46 课程性质专业限选适用专业电子信息工程类 开课学期6先修课程电磁场理论、天线 原理 开课院系电子工程学 制定时期2010-3-1 院 一、课程地位、基本要求以及与其他课程的联系 本课程是微波电信专业选修的专业课，通过该课程的学习使学生掌握天线测量的基本理论和方法，培养学生分析和解决实际问题的能力以及实际动手的能力，为学生今后走上工作岗位打下一个良好的基础。 基本要求是通过课程教学、实验、示教等教学环节使学生掌握天线测试场的设计与鉴定准则；掌握天线基本参数的测量原理和方法；学会常规测量仪器和先进测量仪器基本操作方法以及测量原理。 本课程是《天线原理》课程内容的补充与应用。《天线原理》课程完成天线基本理论的教学；《天线测量》课程完成天线基本参数测量原理和实验的教学。 二、课程内容和学时分配 （1）理论教学 绪论 1学时 天线场地设计与鉴定 8学时 天线方向图的测量 2学时 天线增益的测量 3学时 天线极化的测量 6学时 天线阻抗的测量 4学时 天线相位方向图的测量 4学时 天线源场测量 2学时

天线近场测量 6学时 用射电源测量天线的电参数和现代天线测量设备与系统介绍 2学时（2）实验教学 每个实验2小时，共计4个实验，具体内容为： 实验一：对称阵子和无源阵子天线方向图的测量 实验二：对称阵子输入阻抗的测量 实验三：喇叭天线增益的测量 实验四：天线计划参数的测量 （3）示教教学 用矢量网络分析仪测量天线的阻抗特性；微波暗室的设计与建造 三、实验要求 （1）实验前必须充分理解实验测量原理，会出测量方框图，熟悉所用仪器的使用方法和注意事项，给出测量参数的理论数 值； （2）记录实验数据和实验测量条件，试验现场测量数据必须交在场指导老师审阅后方能离开实验现场； （3）做出实验报告，前一个实验报告未交者不能参加下一个实验，实验报告占总成绩的50%； 四、考核方式 独立作业或者命题考察； 五、教材及参考书 《天线测量》林昌禄成都电讯工程学院出版社