利用多个天线所接收回波之间的相位差进行测角课件.ppt

1、角度测量电波直线传播天线的方向性测角方法相位法测角接 收 机接 收 机12目 标 方 向法 线 方 向R d sind0210222sinRfttfdcsinRd波程差： 02jf ts te两天线基线长度d, 目标方位角，发射信号 0121jft ts te 0222jft tste两天线回波信号相位差：利用多个天线所接收回波之间利用多个天线所接收回波之间的相位差进行测角。的相位差进行测角。相位法测角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 位比较器由于在较低频率上容易实现比相, 故通常将两天线收到的高频信号经与同一本振信号差频后, 在中频进行比相。u1=U1 cos (t-)u2

2、=U2cos (t) uI1=UI1cos(-L)t-L uI2=UI2cos(-L)t-L uL=ULcos (Lt+L) 相位法测角1212211212dduuuuuuu1=U1cos (t-)u2=U2cos (t-90) 输入信号当选取U2U1时1212oooddddUUUK UK U相位法测角112122211sin21sin2dddduUUUuUUU12121sinooodddddUUUK UK UK U相位检波器输出电压为 u1=U1cos (t-)u2=U2cos (t-90) 相位法测角11sinoddUK UK U1sinodUK U当30, 输出电压Uo与近似为线性关系：

3、 0210222sinRfttfdc 单值测量范围是-/2/2相位法测角2cos2cosdddddd2cosd测角的误差：相位差值测量不准, 将产生测角误差结论：方位角越大，测角误差越大；方位角越大，测角误差越大；基线长度越大，测角误差越小；基线长度越大，测角误差越小；多值性增大d虽然可提高测角精度, 但当d加大到一定程序时, 值可能超过 2, 此时=2N+, 其中N为整数; 2, 而相位计实际读数为值。0210222sinRfttfdc相位法测角2sin21212dNd2sin21313多基线解决测角模糊（确定N）短基线长基线接收机接收机12d123接收机12d13R12R131312121

4、31312131213ddddN振幅法测角最大信号法优点：简单、作用距离远缺点：测量精度不高；不能判别目标偏离波束轴线的方向, 故不能用于自动测角。广泛应用于搜索、引导雷达等信号法(a)(b)12OCBA01 21 21 2OC方向OA方向OB方向测角采用两个相同且彼此部分重叠的波束，通过比较两个波束回波的强弱判断目标偏离等信号轴的方向和角度。等信号法11011000( )()()1()()()kttkktFFFuKFKFKF波束 收到的目标回波信号22022000( )()()2()()()()kttktkktFFFuKFKFKFKF波束 收到的目标回波信号0t等信号法12( )()( )(

5、)tkttktuFuF比幅法：比幅法：0t根据比值的大小可以判断目标偏离0的方向, 查找预先制定的表格就可估计出目标偏离0的数值。 (a)(b)(c)102tF1()F2()()响应(差波束)()响应(和波束)响应和差法：和差法：+-12uu等信号法0t优点：(1) 测量精度高，因为等信号轴附近方向图斜率较大, 目标略微偏离等信号轴时, 两信号强度变化较显著。 比最大信号法高约一个量级。(2) 根据两个波束收到的信号的强弱可判别目标偏离等信号轴的方向, 便于自动测角。 缺点：(1)系统复杂；(2) 等信号轴方向不是方向图的最大值方向, 故在发射功率相同的条件下, 作用距离比最大信号法小些。 等

6、信号法(a)(b)12OCBA01 21 21 2OC 方 向OA 方 向OB 方 向天线波束扫描波束形状扇形波束 一维窄波束，一维宽波束 圆周扫描、扇形扫描(a)(b)O扇形波束通常在水平面内很窄, 故方位角有较高的测角精度和分辨力。 垂直面内很宽, 以保证同时监视较大的仰角空域。针状波束 两维窄波束 螺旋扫描、分行扫描和锯齿扫描00仰角扫描范 围(a)(b)(c)方向角仰角波束形状采用针状波束可同时测量目标的距离、方位和仰角, 且方位和仰角两者的分辨力和测角精度都较高。主要缺点是因波束窄, 扫完一定空域所需的时间较长, 即雷达的搜索能力较差。天线波束的扫描方法天线收发开关接收机距离高度显示

7、器发射机天线摆动机构飞机目标机械性扫描l 馈源不动、反射体动l 馈源动、反射体不动等 长 度 的 波 导输 出 喇 叭输 入 喇 叭特点：简单、机械运动惯性大。扫描速度不高电扫描u相位扫描法u频率扫描法u时间延迟法天线波束的扫描方法特点：l 无惯性限制、扫描速度快波束控制灵活； l 扫描过程中波束展宽天线增益减小，扫描角度范围有限；l 天线系统复杂。相位扫描法2k(N1)0012kN1ddd sin 02jf ts te000101202sin212sin2 jft tjdjft tjkdjft tkEeEEeEeEeEe 11()20sin()21sin()2NNjkkNEEEe发射信号2s

8、ind原理：)sin2(21sin)sin2(2sin1)(21sin)(2sin1| )(| )(|)(maxddNNNNEEF00sinsinsin1( )sinsinsinNdFNd02sinddd012kN-102k(1)NsindMM波束指向天线阵法线方向00相位扫描法00,( )1F方向图最大值指向为阵列法线方向方向图最大值指向为 方向0同相波前0,( )1F相位扫描的栅瓣问题00sinsinsin1( )sinsinsinNdFNd不出现栅瓣的条件：避免测角的多值性 0)sin(sin0d00(sinsin)11sin12ddd相扫天线的波束宽度00sin0.707 0.433x

9、x时 x=0.5sinsinsinsin1( )sinsinsin1000.866()( )N dN dFN ddNradNdN000sinsincos0000sinsinsinsinsinsin11( )sinsinsinsinsinNNddFNNdd0.50.500()cosrad000000sinsinsinsincos11( )cossinsinsinNNddFNNdd相位扫描的天线波束宽度随着扫描角度增大，波束展宽，天线增益下降。同相馈电阵列天线有效长度 ，相比法线方向减小。 Nd cos 0相扫天线带宽由于雷达工作频率变化会引起波束指向的变化，通常需要使波束指向的变化相对于波束宽度

10、小于某一允许值，从而频率的变化受到限制，相应有带宽要求百分比带宽Ba(%)=2(f/f)100000.50.502sintan10.874sinasdffB( )( )( )NeFFF直线阵列的方向性图相当于等幅序列的付里叶变换，但数字频率变量被 代替。相位扫描天线实例每个面阵扫描-60度到60度整个120度的方位范围，因此覆盖整个空域需要三个面阵1rsrsfVTNTDTVN角角误误差差鉴鉴别别器器目目标标角角度度 控控制制器器天天线线波波束束指指向向 u ue e= =k k( ( - - ) )圆锥扫描自动测角系统圆锥扫描自动测角系统天线轴线，输出为一串脉冲。 天线轴线方向，输出信号为一串

11、的脉冲RABOsRR0 xyst圆锥扫描自动测角系统RABOsRR0 xyst2222002cos cos()ssRRRRtt2200000200( )(cos()( )12cos()( ) cos()( ) ( ) 2( )( ): 2( )ssmsmUkFkFtFUUtFUUtUkFUU mFmFFmF 调制深度：角误差鉴别器的灵敏度c000=cos()=cos()mssUtUt001cos()2U误差电压001sin()2U方位角误差电压：俯仰角误差电压：振幅Um表示目标偏离等信号轴的大小, 而初相0则表示目标偏离的方向, 例如, 0 =0 表示目标只有方位角误差。发 射 机自 动 距

12、离跟 踪 系 统显 示 器接 收 机高 频 部 分自 动 增 益控 制距 离 支 路中 放检 波 器角 跟 踪支 路 中 放检 波 器收 发开 关伺 服放 大 器伺 服放 大 器功 率放 大 器功 率放 大 器高 低 角 相位 鉴 别 器方 位 角 相位 鉴 别 器锥 扫 频 率调 谐 放 大 器脉 冲检 波 器视 频放 大 器2134波 门单脉冲自动测角系统振幅和差式单脉冲雷达12210天 线 轴 向天 线 轴 向天 线 轴 向00F()F()(a)(b)(c)( )()()FFF( )()()FFF( )F假设两个波束的方向性函数完全相同发射时采用和波束发射接收时两个波束分别接收1( )

13、()EkFF2( ) ()EkFF振幅和差式单脉冲雷达122( ) ()( ) ()( ) ()()( )EEEEkFFkFFkFFFkF12( ) ()( ) ()( ) ()()( )( )EEEEkFFkFFkFFFkFF22( ) (0)EkFkF假定目标角误差为( )( ) (0)(0)EkFFkFF12210天 线 轴 向天 线 轴 向天 线 轴 向00F()F()(a)(b)(c)12210天 线 轴 向天 线 轴 向天 线 轴 向00F()F()(a)(b)(c)相位检波器U=KdUcos 其中，UE, 为中频差信号振幅; 为和、差信号之间的相位差, 这里=0 或=, 因此 ddK UUK U=0 = 将和、差信号通过各自的接收通道, 经变频中放后一起加到相位检波器上进行相位检波, 其中和信号为基准信号。相位检波器输出为 OU振幅和差式单脉冲雷达混频器收发开关本振混频器中放自动增益控制中放相位检波器检波器视放自动距离跟踪系统伺服系统显示器发射机1212单平面振幅和差单脉冲雷达简化方框图