[信息与通信]第5章相控阵雷达.ppt

第四章小结 1.雷达距离分辨率与雷达信号带宽 雷达信号TB积的概念 普通脉冲雷达信号的时宽(T)带宽(B)积是一个常量(约为1)，矩形脉冲的带宽是时宽的倒数。 要增加带宽只有减小脉冲时宽一条道。要进一步减小时宽有一定的难度。要有足够大的作用距离就要有足够大的平均功率。因此，减小脉宽就得增加脉冲功率。现在的峰值功率已经非常大，给设备的耐压，防止高压打火，体积和重量提出了高要求。 2.脉冲压缩 产生一个这样的脉冲，它的TB积远大于1，一般在20100之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。 3.雷达距离分辨率：,4.压缩比D 5.脉冲压缩的优点： 时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距离。 有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。,6.脉冲压缩的实现： 发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络， 脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常用的四种 7.调制方式： 线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩,8.能够进行脉冲压缩的波形：,9.脉冲压缩原理: 设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为： 当t=t0时，y(t)达到最大，实现了脉冲压缩。,10.线性调频脉冲压缩 线性调频信号为 式中幅度已经归一化，f0中心频率，T为脉冲宽度，B为带宽。其零中频信号为： 11.失配加权 线性调频信号的包络是一个矩形，其经过频谱滤波器输出信号的包络为sinc函数。见p124图4.13。最大副瓣为13分贝。在实际应用中，要求副瓣电平低于30dB至45dB。,海明函数为： 加权以后的失配滤波器的冲激响应为： 海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加等。 12.压缩滤波器 匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。,13.相位编码脉冲压缩 线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码信号。 常用的按两个相位变化，在0o和180o两者之间编码，相位只取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴克码见p142。 另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。 四相码应用较少。 习题：线性调频信号的带宽B为1MHz，时宽T为100s，零中频，t0=0。采样频率fs=B。 1 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。,第五章 相控阵雷达 5.1概述 相控阵： 相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波阵面。 相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈变化的时期。,相控阵采用的高技术： 计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展,相控阵雷达的特点： 波束捷变 多目标跟踪 远作用距离 高数据率 自适应抗干扰 快速识别目标 高可靠性 天线共形,5.2相控阵列的基本原理,相控阵天线的阵元一般在100-10000个，每个阵元后接一个可控移相器。改变每个移相器的移相量就改变了阵元间的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁波的波阵面指向。,天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线阵面法矢量夹角为。相邻阵元回波相位差为，波程差为()，由波程差引起的相位差为： 考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布，等幅馈电，在方向某点辐射场矢量和： 如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。假设0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归一化天线方向图(p154)：,Fa()称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角度均匀辐射的，方向图为Fe()，阵列方向图变为： Fe()称为阵元因子。 关于阵列天线的栅瓣 阵列因子图：,由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。 不出现栅瓣的条件： ，或 d/1 结论： 1. 阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。 2. 阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。,二、相控阵天线扫描,在图5.3中，阵列天线馈电相位按0递减，则波束指向为0。改变0，就能实现相控阵扫描。馈电相位差与等价波程差关系：,此时，天线方向图为。 (5-7) 无栅瓣的条件：,结论： 1 相控阵天线一维主瓣方向由阵元馈电相位差决定。 2 当阵元间距d太大时，将出现与主瓣等幅度的栅瓣。有两个克服方法： 限制阵元间距， 。 限制阵元天线方向图，使阵元主瓣内不出现栅瓣。 3 天线扫描时，0增大，波束要展宽。 4 天线扫描时，0增大，天线增益要下降。 可以采用非均匀分布的阵列天线，见P156 表51。 以上分析的是相控阵一维阵列天线分析，二维天线的分析方法相同。,5.3相控阵雷达的组成,相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类： 1.有源相控阵列雷达 每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器,2.无源相控阵列雷达 共用一个和几个接收机和发射功，其余与有源相控阵列雷达相同。 ！,5.4相位扫描系统的组成及工作原理 阵列组态 目前，相控阵天线的阵面大都为平面阵(p158)均匀排列若干辐射源(阵元)。常见的辐射源： 半波振子 喇叭口 缝隙振子 微带偶极子 移相器 1 二极管移相器 这是一个4位移相器。步长为22.5o。,移相器由延迟线实现，22.5o采用十六分之一波长延迟线。因而，带宽有限。移相器还可以用电感、电容实现，或其他方式延迟线。 二极管起一个开关的作用，加正向偏置导通，反向偏置截止。 体积小，重量轻，开关时间短(50ns-2s)，驱动功率小，温度系数小，适用于固态集成电路。 2铁氧体移相器 铁氧体移相器结构如图5.7。其中，铁氧体上的线圈未画出。利用线圈对每段铁氧体独立充磁，改变各段磁化状态，从而改变波导中的相位移。 速度慢、体积大、功率大 移相的量化误差。,波束形成网络 波束形成分发射波束形成、接收波束形成，一般指接收波束形成。 射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成,5.5有源相控阵雷达 每个阵元有一个收发组件,5.6相控阵雷达的有缺点及发展趋势 特点：p182有8个特点 发展：战术相控阵和战略相控阵,小结 1.相控阵雷达的基本概念 2.与相控阵雷达相关的技术 3.相控阵雷达的特点 4.阵因子和阵元因子 5.远场和近场 6.栅瓣和克服栅瓣的方法 7.相控阵雷达扫描与角分辨率 8.相控阵雷达的组成 9.相位扫描系统,第七章 其他若干现代雷达体制简介,1.连续波