雷达原理第7章-角度测量68页PPT

海纳百川，有容乃大以人为本，崇尚学术，追求卓越第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以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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，远距离以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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）以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越接收机接收机12目标方向法线方向R＝dsind7.2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sin22dR以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越设两高频信号为u1=U1cos(ωt-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差频得以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越混频器混频器自动增益控制自动增益控制本振中放中放相位比较器相位法测角方框图以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越二极管相位检波器电路及矢量图(a)电路;(b)U2U1;(c)U2=1/2U1＋－＋－121u121u＋－ud1ud2u2u2Uo1Uo2Uou1(a)121U121Usin211UU2Ud2Ud1121U121UUd2Ud1(b)(c)VD1VD2相位检波器两输入信号为u1=U1cos(ωt-φ)u2=U2cos(ωt-90°)1221212121uuuuuudd以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越当选取U2U1时,由矢量图(b)可知sin21sin2112221211UUUuUUUudddd故相位检波器输出电压为sin12121UKUKUKUUUdddddooo当选取1/2U1=U2时2145sin2122145sin2121211UUUUdd245sin245sin11UKUKUddo以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越相位检波器输出特性(a)U2U1;(b)U2=1/2U12πUo2π0(a)(b)2πUo2π0KdU1sin(45＋)2°KdU1sin(45－)2°－以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越2测角误差与多值性sin22dR2cos2cosdddddd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：以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越增大d/λ虽可提高测角精度,但会带来测角模糊sin22dR三天线相位法测角原理示意图接收机接收机12d123接收机12d13R12R1313Nd2sin213132sin21212d以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越7.2.2振幅法测角1.最大信号法rasf160360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以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越2.等信号法等信号法测角(a)波束;(b)K型显式器画面(a)(b)12OCBA0121212OC方向OA方向OB方向以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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。以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越处理方式(1)比幅法)()()()(21tktkFFuu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。以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越(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+θt)］在等信号轴θ=θ0附近,0()()2ttdFKd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0)()(0ddFFtΔ/Σ正比于目标偏离θ0的角度θt,故可用它来判读角度θt以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越和差法测角(a)(b)(c)102tF1()F2()()响应(差波束)()响应(和波束)响应以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越等信号法的特点:(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)作用距离相对较小以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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(a)(b)O余割平方形以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越2.(a)螺旋扫描;(b)分行扫描;(c)锯齿扫描00仰角扫描范围(a)(b)(c)方向角仰角以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越7.3.21.机械性扫描天线收发开关接收机距离高度显示器发射机天线摆动机构飞机目标移动反射体移动馈源整体移动以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越等长度的波导输出喇叭输入喇叭机械扫描特点：简单，机械惯性大，扫描速度慢以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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2k(N－1)0012kN－1dddsin10110)(NkkNiEEEEEE以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越10)()(NkjkeEE按等比级数求和并运用尤拉公式,)(21)(21sin)(2sin)(NjeNEE容易看出,当φ=ψ时,各分量同相相加,场强幅值最大,显然NEEmax|)(|以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越故归一化方向性函数为)sin2(21sin)sin2(2sin1)(21sin)(2sin1|)(||)(|)(maxddNNNNEEF以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越图一维相扫天线简图20…0ddsin0dABM′0MM′A(N－1)N－1N－22100~2移相器天线阵法线方向波束指向以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越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)sin(sinsin)sin(sinsin1)(00dNdNF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)=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。2sin(sin)12()12sin(sin)2NdFNd以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越图7.15方向图出现栅瓣……－0)sin(sinπ0d出现栅瓣将会产生测角多值性。)sin(sin0d|sinsin|10d|sin|110d以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越3.波束宽度(1)波束指向为天线阵面法线方向时sinsinsinsin1)(ddNNFsinsinsin)(dNdNF)(8.50)(886.05.0NdradNd通常波束很窄,｜θ｜较小,sin［πd/λ)sinθ］≈(πd/λ)sinθ,上式变为)sin(sinsin)sin(sinsin1)(00dNdNF以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越2)波束扫描对波束宽度和天线增益的影响)sin(sinsin)sin(sinsin1)(00dNdNF)sin(sin)sin(sinsin)(00dNdNF0(sinsin)0.443Nd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)］sinθ005.00005.0cos)(cos8.50)(cos886.0)(2NdradNdsθ0越大,波束变得愈宽以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越移相器（1）PIN二极管移相器利用PIN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（2）负载型（3）反射型以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越开关型原理：利用PIN二极管的通断，改变微波信号的传输路径，取得不同的相位延时。以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越3dB定向耦合器型相移量很大，设计自由以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越负载型利用PIN管正向反向偏置时不同的阻抗形成移相。带宽比开关型要大，但是随着相移量的增加，其带宽会显著降低，不能用于大角度相移。PIN移相器的总体特点：频带较窄，插损大以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越（2）铁氧体移相器其基本原理是利用外加直流磁场改变波导内铁氧体的导磁系数,因而改变电磁波的相速,得到不同的相移量。主要特点：承受功率高，插入损耗较小，带宽较宽，但是所需的激励功率较大，响应时间长，较为笨重。（3）数字移相器移相量不连续，便于控制。以人为本，崇尚学术，追求卓越以人为本，崇尚学术，追求卓越频率扫描频扫直线阵列l输入d蛇形馈线gl2改变输入信号频率f,则λg改变,Φ也随之改变,故可实现波束扫描。这里用具有一定长度的传输线代替了相扫法串联馈电中插入主馈线内的移