多普勒无线电引信

沈阳理工大学课程设计说明书I摘要多普勒无线电引信是无线电引信的一种，它利用弹目接近过程中电磁波的多普勒效应工作的无线电引信。这种引信是最早使用的一种无线电引信，第二次世界大战期间就开始使用。由于这种音信结构简单、体积小、成本低，所以至今在各国仍广泛使用。多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。无线电引信是通过无线电波形成的物理场，感受目标出现时物理场特性的变化，并在预定位置适时起爆的一种引信，其中多普勒无线电引信由于技术简单可靠，应用十分广泛．多普勒无线电引信是利用弹丸与目标接近过程中无线电波的多普勒效应获得目标信息，控制最佳炸点的连续波无线电引信。弹丸对目标的射击过程中，引信在复杂电磁环境和恶劣气象条件下受到了各种干扰的影响．因此对引信的抗干扰性能进行试验，检验引信的作用可靠性，是实现引信战术技术要求的关键．而采用传统的实物射击试验，要受到环境、设备及经费等条件的影响，发射精度不易控制、试验可重复性差、成本太高且不一定达到理想的效果．本文中利用MATLAB软件的强大仿真功能，实现对多普勒无线电引信的系统仿真，仿真过程完整灵活，仿真结果对于分析引信参考价值高．针对复杂作战环境对引信产生的干扰，分析了多普勒无线电引信的工作原理，采用MATLAB仿真软件建立了引信的整体仿真模型．模拟弹目交会的过程，实现对引信系统的仿真，通过仿真结果分析了引信的工作特性、优化了引信的系统结构．关键词：作战环境；无线电引信；仿真模型；弹目交会沈阳理工大学课程设计说明书II目录摘要....................................................................I目录.............................................................................................................................................................II1.多普勒无线电引信的工作原理..........................................................................................................11.1多普勒效应...................................................................................................................................11.2多普勒无线电引信的组成.......................................................................................................31.2.1发射机...............................................................................................................................31.2.2接收机...............................................................................................................................31.3多普勒无线电引信作用原理...................................................................................................41.4地对空中射击目标原理分析...................................................................................................52.多普勒无线电引信的Matlab仿真...................................................................................................82.1引信与目标地空交汇分析.......................................................................................................82.2地空交汇Matlab仿真模型.....................................................................................................82.3多普勒无线电引信的Simulink仿真模型..........................................................................92.4仿真结果分析............................................................................................................................14参考文献.....................................................................................................................................................15致谢............................................................................................................................................................16附录............................................................................................................................................................17沈阳理工大学课程设计说明书11.多普勒无线电引信的工作原理多普勒无线电引信是无线电引信的一种，它是弹目接近过程中电磁波的多普勒效应工作的无线电引信。这种引信是最早使用的一种无线电引信，第二次世界大战期间开始使用。由于这种引信结构简单、体积小、成本低、所以至今世界各国仍广泛使用。1.1多普勒效应多普勒效应的实质：在振荡源与接收机之间存在相对运动时，接收机接收到的振荡频率与振源的振荡频率不同。这一现象首先在光学上有奥地利物理学家多普勒与1842年发现。假设声源S以VS的速度运动与接收机间R的相对速度VR接近（如图1-1（a)）所示，与接收机距离r的波源在时间t1发出的波到达接收机的时间为RWVVrt11（1.1）在时间t2=t1+τ，波源发出的波到达接收机的瞬时为RWRVVVt)(V-rS22（1.2）如果波源的振荡频率为f0,则在τ时间内发射出的波数为0fN（1.3）而接收机接收的频率是RWRSVVVVff0（1.4）RWRSRWVVVVVVf0（1.5）0fVVVVSWRW（1.6）沈阳理工大学课程设计说明书2011fVVVVWSWR（1.7）同理我们也可得到声源远离目标时接收机接收到的频率011fVVVVfWSWR（1.8）从式（1.7）和式（1.8）可以看出，当波源和接收机存在相对运动时，接收机接收到的振荡频率与振源频率不同，这就是多普勒效应。WVSVRVr图1.1(a)声源相对接收机接近的多普勒效应WVSVRVr图1.1(b)声源相对接收机远离的多普勒效应如果发射机与接收机间的相对速度远远小于光速，即cVR，则式（1.7）与式（1.8)可以完全的近似表示成下式（正号表示接收机接近发射源，负号表示接收机远离发射源)00/RVff（1.9）在无线电系统中发射机与发射源处于同一弹体中，式（1-9）表示与引信有相对运动的目标处振荡频率。那么接收机接收到的由目标反射信号之多普勒频率将增大一倍，有00/2RVff（1.10）沈阳理工大学课程设计说明书3则02RdVf（1.11）1.2多普勒无线电引信的组成多普勒无线电引信的组成可以用图1-2所示的方框图表示。从图可知，它具有两个通道。每个通道有一副发射天线和一副接收天线，一个高频振荡器，一个高频滤波器，一个平衡混频器和一个低频放大器。两个通道具有公共的检波负载、执行机构、保险机构和电源。发射天线是定向发射电磁波的装置。接收天线是定向接收由目标反射回来的电磁波的装置。高频振荡器是产生高频振荡信号的装置。功率分配器是将高频振荡器产生的高频功率分配给发射天线，并将一小部分功率作为本振信号耦合到混频器的装置。高频滤波器的保证目标反射信号通过的装置。平衡混频器是使反射信号和本振信号混频，输出多普勒信号的装置。低频放大器是用来放大多普勒信号，并对其进行振幅、频率和时间选择的装置。1.2.1发射机1.高频振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，高频振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流到交流电能的转化，产生高频振荡信号。2.功率分配器功率分配器就是一个同轴线式多路接头。当由一个超高频能源供给两个以上负载时，必须使用功率分配器。它是按给定的关系分配高频能量，通常具有固定的分配系数。该引信上采用的功率分配器实质上是发射系统中的一个高频分流器。他可以依靠结构的高度对称来保证将高频功率按照各自支路已有的固定分配系数加以分配。1.2.2接收机1.高频滤波器沈阳理工大学课程设计说明书4高频滤波器的功用时去除通带以外的干扰信号而让接收到的目标反射信号通过。这样就可以保护无线电引信接收机不受导弹制导系统发射信号的影响，同时可以防止敌人用滤波器通带以外频率的信号进行干扰。2.平衡混频器平衡混频器时功用是从被目标反射回来并为天线所接收的高频信号中分离多普勒信号。它可以抑制由高频振荡器加到混频器的噪声。平衡混频器具有同轴线式结构，有两个输入端，一个是从接收天线引来的目标反射信号输入端，另一个是从功率分配器引来的本振信号输入端。在厘米波段混频时，为了减少损耗降低并降低噪声，必须采用专用微波混频晶体二极管。在平衡混频器中有另个二极管并联地接在主同轴线内、外导体上。从结构设计上保证本振信号反向的加到两个二极管上，而反射信号同相地加到两个二极管上。同时本振信号能量不能进入接收机反射信号的同轴线，反射能量信号能量也不能进入接收本振信号的同轴线。图1.2多普勒无线电引信的组成框图调制1.3多普勒无线电引信作用原理多普勒无线电引信利用差频信号频谱分析而进行设计的一种引信，从信号的频谱分析可知，在弹目之间存在相对运动时，