第7章 作业参考答案.doc

第七章 作业1。雷达测角的物理基础是什么？雷达测角性能参数有哪些？教材参考：P200雷达测角的物理基础是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性。雷达测角的性能可用测角范围、测角速度、测角准确度或精度、角分辨力来衡量。2。振幅法测角分哪两类？试简述和差法测角的基本原理。教材参考：P205，P207。振幅法测角可分为最大信号法和等信号法两大类。用等信号法测量时，波束1接收到的回波信号u1=KF1()=KF(k-t)，波束2收到的回波电压值u2=KF2()=KF(-k-t)=KF(k+t)。其中，t为目标方向偏离等信号轴0的角度。对u1和u2信号进行处理，可以获得目标方向t的信息。和差法的处理方法为：由u1及u2可求得其差值(t)及和值(t)，即()=u1()-u2() =KF(k-t)-F(k+t)，在等信号轴=0 附近，差值()可近似表达为 。而和信号(t)=u1()+u2()=KF(k-t)+F(k+t)在0附近可近似表示为(t)2F(0)k即可求得其和、差波束()与()的归一化的和差值。因为/正比于目标偏离0的角度t，故可用它来判读角度t的大小及方向。 3。雷达扫描常用的波束形状有哪几种？地面搜索雷达垂直面内的波束形状通常采用什么形状？为什么？教材参考：P209两种常用的基本波束形状为扇形波束和针状波束。地面搜索雷达垂直面内的波束形状通常采用余割平方形。原因是这种波形的功率利用率比较合理，使同一高度不同距离目标的回波强度基本相同。4。天线波束电扫描分哪几种？试述相位电扫描法的基本原理。给出相位扫描法不出现栅瓣的条件。 教材参考：P211-P213根据是实现时所用基本技术的差别，电扫描又可分为相位扫描法、频率扫描法、时间延迟法等。相位电扫描法的基本原理：为由N个阵元组成的一维直线移相器天线阵，阵元间距为d。假定每个阵元为无方向性的点辐射源，所有阵元的馈线输入端为等幅同相馈电，各移相器的相移量分别为 0，2，(N-1)，即相邻阵元激励电流之间的相位差为。偏离法线方向远区某点的场强，它应为各阵元在该点的辐射场的矢量和。若以零号阵元辐射场E0的相位为基准，则，为相邻阵元激励电流相位差，为由于波程差引起的相邻阵元辐射场的相位差，归一化方向性函数为。=0 时，也就是各阵元等幅同相馈电时，由上式可知，当=0，F()=1，即方向图最大值在阵列法线方向。 若0，则方向图最大值方向(波束指向)就要偏移，偏移角0由移相器的相移量决定，满足。改变值，就可改变波束指向角0，从而形成波束扫描。不出现栅瓣的条件为：。5。相位扫描时，波束扫描指向角的增大对波束宽度、天线增益、天线的带宽影响如何？教材参考：P215-P216在波束扫描时，由于在0方向等效天线口径面尺寸等于天线口径面在等相面上的投影(即乘以cos0)，与法线方向相比，尺寸减小，波束加宽，因而天线增益下降，且随着0的增大而加剧。当扫描角0增大时，允许的带宽变小。6。什么叫频率波束扫描？简述其基本工作原理。教材参考：P223改变输入信号频率f，则g改变，也随之改变，故可实现波束扫描。这种方法称为频率扫描法。基本工作原理：，|2。当0=0，即波束指向法线方向时，设g=g0(相应的输入信号频率为f0)，此时所有阵元同相馈电，上式中，=0，由此可以确定。若00，即波束偏离法线方向，则当=0时，相邻阵元之间由波程差引起的相位差正好与传输线引入的相位差相抵消，故有。d为相邻阵元间距；为自由空间波长(相应输入端信号频率为f)。g根据传输线的特性及工作波长而定。已知(或f)，并算出g，可确定波束指向角0。 7。简要介绍常用的多波束形成方法及其工作原理。教材参考：P231-P234常用的多波束形成方法有：1、射频延迟线多波束形成系统各阵列元接收到的信号通过水平平行放置的传输波导，再经定向耦合器耦合到倾斜放置的多根相加波导中相加，并分别送到各自的接收通道。相邻阵元的信号到达相加波导相加时，由于存在路径差l，两者间将引入一个相位差(=2(l-ng)/g，n为某个整数，g为波导波长)。这就意味着波束偏在某个方向，只有该方向来的回波信号，其波程差引起的相位差才能与抵消，使各路信号在相加波导中同相相加，接收机输入信号最大。由于各条相加波导放置的倾斜角不同，l不同，因而各条相加波导所相应的波束指向也就不同。每个接收通道对应一个波束指向，M根角不同的相加波导及相应多个接收通道就对应着M个波束。2、中频延迟多波束形成系统因为经与同一本振信号源混频后各阵元接收的信号之间的相位差保持不变，再通过中频延迟线，也可以在相邻阵元之间引入所需的相位差。 每个阵列元接收到的信号经变频和中放后，分别激励一条延迟线，从每条延迟线的适当位置抽取信号相加就可合成波束，依靠选定不同的抽头位置即可形成指向不同的多个波束。3、用移相法获得多波束的系统每个阵列元接收到的信号经放大后均分成三路通过三个移相器，然后按一定规律三路一组相加，形成三个波束。三个波束的指向角分别为-0，0，0，相应于相邻阵元之间引入的相位差。若相位差不变，则三个波束是固定的，若可变，则波束在空间可进行扫描。4、脉内频扫系统雷达按一定的重复周期发射一个较宽的脉冲，每个宽脉冲由M个频率各不相同的子脉冲组成，这些子脉冲依次激励频扫天线阵列，在空间相继出现M个指向不同的波束。由于这些波束前后出现相差时间很短，因而近似于M个波束同时照射整个覆盖区域。目标的角信息就包含在回波信号的载频上。也就是说，处在不同方向的目标的回波信号，脉宽(子脉冲宽度)和重复周期相同，但载频不同。根据接收机内中心频率与各子脉冲频率相应的M个信道的输出，可确定目标方向。这里，M个信道对应M个指向不同的波束。5、数字波束形成系统将阵列天线中每个阵元收到的信号经过混频、中放和正交相位检波，变为正交视频(零中频)信号I和Q分量；分别经A/D变换器转变为数字量Is和Qs。波束形成时要对信号的相位进行控制，在数字信号处理时，可以对它进行复加权，以获得数字式移相。波束形成时，将根据波束指向及形状要求，有不同的复加权矢量w，计算求出信号矢量与复加权矢量的内积，即每个信号与权值相乘后的求和输出，即得到该波束的输出信号。8。试说明圆锥扫描雷达基本组成及其工作原理。教材参考：P239圆锥扫描雷达的基本组成如图：圆锥扫描雷达的针状波束的最大辐射方向OB偏离等信号轴(天线旋转轴)OO一个角度，当波束以一定的角速度s绕等信号轴OO旋转时，波束最大辐射方向OB就在空间画出一个圆锥，故称圆锥扫描。波束在作圆锥扫描的过程中，绕着天线旋转轴旋转，因天线旋转轴方向是等信号轴方向，故扫描过程中这个方向天线的增益始终不变。当天线对准目标时，接收机输出的回波信号为一串等幅脉冲。如果目标偏离等信号轴方向，则在扫描过程中波束最大值旋转在不同位置时，目标有时靠近有时远离天线