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第第3章章 雷达的方向测量和定位雷达的方向测量和定位 第第3章章 雷达的方向测量和定位雷达的方向测量和定位 3.1 概述 3.2 振幅法测向 33 相位法测向 3.1 3.1 概述概述 目的目的 方法方法 主要技术指标主要技术指标 1. 1. 测向的目的测向的目的 信号分选识别 引导干扰 指示威胁方向 引导杀伤武器 辅助定位 2测向的方法测向的方法 1）根据测向原理测向方法分为： a）振幅法测向： 利用信号的相对幅度大小，确定信号的到达方向。 主要方法有： 最大信号法 等信号法 比较信号法 b) 相位法测向 利用信号的相位差大小，确定信号的到达方向 2）根据波束扫描测向方法分为 a) 同时波束法 利用多个独立天线实现 b) 顺序波束法 利用窄波束天线连续搜索实现 3 主要技术指标主要技术指标 1) 测角精度和角度分辨力 2) 测角范围、瞬时视野、角度搜索概率和搜索时间 3) 测向系统灵敏度和动态范围 32 振幅法测向 全向振幅单脉冲测向全向振幅单脉冲测向 多波束测向多波束测向 1.全向振幅单脉冲测向技术 全向振幅单脉冲系统使用N个相同方向图函数的天 线，均匀分布到360度方向。四天线全向振幅单脉冲原理 如图 带通滤波器 带通滤波器 带通滤波器 带通滤波器 射频放大 射频放大 射频放大 射频放大 检波 检波 检波 检波 对数放大 对数放大 对数放大 对数放大 信 号 处 理 基本特点： N个同方向图天线均匀分布在0，2方位内， 天线方向图函数为： 每个天线分别联接接收机，接收机为: 射频放大检波对数视放 信号处理方法有相邻比幅和全方向比幅两种。 NNiiF ss 2, 1, 0, 2相邻比幅法相邻比幅法 信号方向位于两相邻天线间： 如图示 2,2 ss FF 2/ s 2/ s 相邻比幅法（续）相邻比幅法（续） 系统输出对数电压比 由R反解可以得到，采用高斯方向图函数时 k=1时得到 dB F F kR s s 2 2 lg10 2 2 3863. 1 r eF dBR r s 2 12 相邻比幅法（续）相邻比幅法（续） 反解得到 对求全微分，得到系统测向误差为 可见，波束越窄、天线越多，误差越小。但波束越窄 交点损失L越大。给定的交点损失L(dB),波束宽度为： L sr 3 R s r 12 2 s s r r s r s r d R d R dRd 2 22 12612 3. 3. 全方向比幅法全方向比幅法 对各天线的输出取加权和 其中， ，超过此范围时按照2取模。 无模糊方向估计 全方向比幅测向法的主要优点是，对各种天线函数的适 应性强，测向误差小，没有强信号造成的虚假测向，但 信号处理复杂，不能进行多信号测向。 1 0 1 0 cos sin N i ss N i ss iiFC iiFS ii s , CStg 1 4多波束测向技术多波束测向技术 多波束测向系统由N个同时的窄波束覆盖测向范 围AOA，它有两种形成方法： 集中参数微波馈电网络构成的多波束天线阵； 空间分布的馈电构成的多波束天线阵。 典型的集中参数的微波馈电网络构成的多波束 天线阵是罗特曼透镜。 多波束测向技术多波束测向技术( (续）续） 如图示 )( 0 F)( 1 F )( 1 N F )(F 测 向 接 收 机 )( 0 F )( 1 F )( 2 F )( 1 N F 0 l 1 l 2 l 1N l 多波束测向技术多波束测向技术( (续）续） N元线阵在方向的输出为： 相位差为： 经过li长度的传输线，引起传输相差： 经透镜在j输出口的输出： ，j=0,1,N-1 )( )()( j i etStS 1, 0,sin 2 Ni d 1, 0, 2 Ni li i j j N i l ij j N eF ji i sin 1 0 2 , 3.3 相位法测向 1. 数字式相位干涉仪测向数字式相位干涉仪测向 线性相位多模园阵测向线性相位多模园阵测向 数字式相位干涉仪测向数字式相位干涉仪测向 1. 数字式相位干涉仪测向数字式相位干涉仪测向 1) 单基线相位干涉仪测向单基线相位干涉仪测向 在原理上相位干涉仪可以实现对单脉冲的测向，因此又 称为相位单脉冲。下面利用单基线的相位干涉仪说明其 原理，如图 接收机接收机鉴相器 角度变换 l 角度信息 数字式相位干涉仪测向数字式相位干涉仪测向( (续）续） 天线阵输出信号相位差 正交相位检波输出 测向输出 无模糊测角范围max,max： l越长精度越高，但无模糊测角范围越小。 数字测向：对US、UC极性量化，形成编码输出。 sin 2 l cos,sin CS UU l UUtg CS 2 sin , 11 l 2sin 1 max 2） 一维多基线相位干涉仪测向一维多基线相位干涉仪测向 在多基线相位干涉仪中，利用长基线保证精度，短基线 保证测角范围。3基线相位干涉仪原理图如下： 射频放大混频器限幅放大 射频放大混频器限幅放大 射频放大混频器限幅放大 射频放大混频器限幅放大 本振 鉴相器 鉴相器 鉴相器 加减 、 极性 量化器 编码 校正 电路 方 位 码 输 出 l1 l2 l3 一维多基线相位干涉仪测向（续）一维多基线相位干涉仪测向（续） 其中0天线为基准天线，它与其它天线的基线长度分别 为l1、l2、l3， 且满足经过鉴相得到6个输出信号： 其中： 322211 cos,sin,cos,sin,cos,sin 2 2 3 1 2 2 1 1 4sin 4sin 2 sin 2 3 l l l 23 2 4 4 ll ll 一维多基线相位干涉仪测向（续）一维多基线相位干涉仪测向（续） 这6路信号经过加减电路，极性量化器，校正编码器产 生8bit方向码输出，其方法与比相法瞬时测频接收机类似。 设基线数为k, 相邻基线长度比为n，最长基线编码器的 量化位数为m，则测向精度为 相位干涉仪测向具有较高的测向精度，但测向范围不 能覆盖全方位，而且没有同时信号分辨能力。同时必须 先对信号进行频率测量，才能进行方向测量。 11 max 2 mk n 2线性相位多模圆阵测向线性相位多模圆阵测向 线性相位多模圆阵是全向测向系统，其原理如图示： R 1 0 N-1 N r2 信号方向 圆阵 天线 馈电 网络 Bulter 矩阵 鉴相 器组 加减 极性 量化 编码 校正 电路 0 U 1 U 1N U 方向码 输出 线性相位多模圆阵测向（续）线性相位多模圆阵测向（续） 当信号从方向得到天线阵面时，在个阵元上的激励电 压为 其中U为接收的复信号，对天线输出信号进行加权合 成，得到园阵天线输出为： 1, 1 , 0,) 2 cos( 2 ,Nr rR UeU r j r r 1 0 ) 2 cos( 2 ( 1 0 2 2 , 1 2 )( N r N r WK N r j N r K N r j rK NN KeUeUF 线性相位多模圆阵测向（续）线性相位多模圆阵测向（续） 其中W=2R/。上式可以用贝塞耳函数近似，即系统的馈电网络 (Bulter矩阵)为： 测向系统只需利用k=0,1,2,4N/2的输出，进行数字鉴