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七、角度测量

作者:admin      发布时间:2023-11-20

  ,远远小于目标到振源的距离,则可以认为到达接收点的目标所反射的电磁波近似为平面波。

  目标到 A,B 两点的距离相等,回波到 A,B 两点的相位也相等,回波到接收点的距离相差dsin(\theta),对应相位假设为\phi。一个波长对应相位差为2\pi,那么,dsin(\theta)长的距离对应的相位\phi为:

  所以,如果用相位计进行比相,测出其相位差\phi,就可以求得\theta。

  该值为相对于法线的夹角,需要根据\phi的符号确定\theta到底在法线的左边还是右边。

  也就是说,要想无模糊的测角,测角的范围应该在[-{\theta}_{max},{\theta}_{max}]之间。我们当然希望无模糊测角的范围越大越好,从上式可知,只要d /\lambda越小,对应的{\theta}_{max}就越大。d就是天线之间的距离,称之为(短)基线。短基线保证大的无模糊测角范围。也就是说,如果基线长度d比较短的话,无模糊测角范围就比较大; 如果基线长度d比较长的话,无模糊测角范围就比较小。

  从式子中可以看出,采用读数精度高(d\phi小)的相位计(相位比较器或鉴相器),或增大d/\lambda的值(长基线保证高的测角精度),均可以提高测角精度。

  短基线保证最大无模糊测角范围;长基线保证高的测角精度,但无模糊测角范围小。所以要采用多基线}

  (2)等信号法等信号法测角釆用两个相同且彼此部分重叠的波束,两个天线dB 点处。如果目标处在两波束的交叠轴方向,则由两波束收到的信号强度相等,否则一个波束收到的信号强度高于另一个,如图所示。故常常称 0A 为等信号轴。当两个波束收到的回波信号相等时,等信号轴所指方向即为目标方向。>

  a) 比幅法根据雷达方程可以算得到达天线口面的回波信号功率,然后开方就可以得到幅度,用K

  F这个函数形式也是已知的。只有{\theta}_t是未知量,因此可以求得。为了计算方便,查找预先制定的表格就可估计出目标偏离{\theta}_0的数值。b) 和差法和信号为两个天线接收到信号之和,差信号为两个天线接收到信号之差。

  等信号法中,两个波束可以同时存在,若用两套相同的接收系统同时工作,则称同时波瓣法

  测角精度比最大信号法高。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,两信号强度变化比较显著;

  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,作用距离帮比最大信号法小。

  \epsilon对应前面的{\theta}_t,即目标与等信号轴的夹角,是自动测角系统想要测量的值。只要\epsilon

  \theta:表示目标方向与波束最大值方向的夹角。接收信号电压振幅大小为

  U反映的是回波信号的幅度,且随着时间t在发生变化。当\epsilon=0

  U为一常数,说明此时目标就在旋转轴上,为一等幅信号。\epsilon不为 0 的时候,U为一调幅信号,其波形大致如下所示(假设为脉冲雷达)。>

  图中红色线条表示信号脉冲,即一个信号的多次回波。真正求信号包络的时候,实际只有蓝色那条线。取出信号包络,消除直流分量,可得:

  U_0为一常数,即K为常数,也就是说假设目标是静止不动的。如果目标远离雷达或者向着雷达运动,K

  K就会逐渐变大,回波信号如下图所示。>

  这样的误差信号将使系统的角灵敏度变化,如果不设法消除,将使系统工作性能变坏。因此,必须在接收机里加上自动增益控制(AGC)电路, 用以消除目标距离及目标截面积大小等对输出误差电压幅度的影响,使输出误差电压只取决于误差角而与距离等因素无关。为此,要取出回波信号平均值%,用它去控制接收机增益,使输出电压的平均值保持不变。如果想要\epsilon

  \epsilon都很小,那么调幅的幅度就很小,调幅特性就不明显,不利于检测。但是,\epsilon时没有办法控制的,\eta是可以控制的。\eta=-2F^{\prime}(\delta)/F(\delta)\\这个值在什么时候比较大呢?在3dB

  \Delta端无输出,1,2 两端输出同幅同相信号。两个馈源被同相激励并辐射相同的功率,结果两波束在空间各点产生的场强同相相加,形成发射和波束F_{\Sigma}(\theta)

  ,上图右边为 2 天线 天线,两波束相对等信号轴的偏角为\delta,那么有:

  从前面的分析可知,雷达通过和天线方向图将信号发射出去,接收时,得到\Delta和

  \Sigma和\Delta反相,\theta就为负。四、天线波束扫描方法雷达波束通常以一定的方式依次照射给定空域,以进行目标探测和目标坐标测量,即天线波束需要 扫描。本节讨论天线波束的扫描方式和方法。1、波束形状和扫描方式不同用途的雷达,其所用的天线波束形状不同,扫描方式也不同。两种常用的基本波束形状为扇形波束和针状波束。

  扇形波束的水平面和垂直面内的波束宽度有较大差别,也就是说在一个平面上波束窄,另一个平面上波束宽。比较窄的平面保证较高的测角精度和分辨力,比较宽的平面保证比较大的扫描范围。

  针状波束,根据雷达的不同用途,针状波束的扫描方式很多,包括为螺旋扫描、分行扫描、为锯齿扫描等。>

  电扫描时,天线反射体、馈源等不必做机械运动,但可以产生最大值指向发生变化的天线方向图。因无机械惯性限制,扫描速度可大大提高,波束控制迅速灵便,故这种方法特别适用于要求波束快速扫描及巨型天线的雷达中。

  电扫描的主要缺点是扫描过程中波束宽度将展宽,因而天线增益也要减小,所以扫描的角度范围有一定限制。

  相移量的方法来改变各阵元的激励相位,从而实现波束的电扫描。这种方法称为相位扫描法,简称相扫法。

  假设远场到达天线的距离远远大于天线之间的间距,可以认为到达 N 个天线的电磁波方向是平行的。现在考虑偏离法线

  方向远区某点入射信号的场强,它应为各阵元在接收到的辐射场的矢量和。忽略各阵元到该点距离上的微小差别对振幅的影响,可认为各阵元在该点辐射场的振辐相等,用

  为由于波程差引起的相邻阵元辐射场的相位差。按等比级数求和并运用尤拉公式,可得:

  这个实际上就是天线方向图的幅度响应的式子。但往往我们说天线方向图函数,都是指归一化的天线方向图,也就是在

  即可。也就是说控制移相器的相移量,改变\phi的值,,就可改变波束指向角

  当波长\lambda取定以后,只要调整阵元间距 d 以满足上式,便不会出现栅瓣。当