第7章角度测量 第7章角度测量 7,1概述 72测角方法及其比较 73天线波束的扫描方法 74三坐标雷达 75自动测角的原理和方法 BACK
第 7 章 角度测量 第 7 章 角度测量 7.1 概述 7.2 测角方法及其比较 7.3 天线波束的扫描方法 7.4 三坐标雷达 7.5 自动测角的原理和方法
第7章角度测量 71概述 为了确定目标的空间位置,雷达在大多数应用情况下,不仅要测 定目标的距离,而且还要测定目标的方向,即测定目标的角坐标,其 中包括目标的方位角和高低角(仰角)。 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。 由于电波沿直线传播,目标散射或反射电波波前到达的方向,即 为目标所在方向。但在实际情况下,电波并不是在理想均匀的介质 中传播,如大气密度、湿度随高度的不均匀性造成传播介质的不均 匀,复杂的地形地物的影响等,因而使电波传播路径发生偏折,从而 造成测角误差。通常在近距测角时,由于此误差不大,仍可近似认 为电波是直线传播的。当远程测角时,应根据传播介质的情况,对测 量数据(主要是仰角测量)作世必要的修正
第 7 章 角度测量 7.1 概 述 为了确定目标的空间位置, 雷达在大多数应用情况下, 不仅要测 定目标的距离, 而且还要测定目标的方向, 即测定目标的角坐标, 其 中包括目标的方位角和高低角(仰角)。 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。 由于电波沿直线传播, 目标散射或反射电波波前到达的方向, 即 为目标所在方向。 但在实际情况下, 电波并不是在理想均匀的介质 中传播, 如大气密度、湿度随高度的不均匀性造成传播介质的不均 匀, 复杂的地形地物的影响等, 因而使电波传播路径发生偏折, 从而 造成测角误差。 通常在近距测角时, 由于此误差不大, 仍可近似认 为电波是直线传播的。当远程测角时, 应根据传播介质的情况, 对测 量数据(主要是仰角测量)作出必要的修正
第7章角度测量 天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的 方向图表示。但方向性函数的准确表达式往往很复杂,为便于工 程计算,常用一些简单函数来近似,如表71所示。方向图的主 要技术指标是半功率波束宽度θ。5以及副瓣电平。在角度测量时 θs的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度,副瓣电平则主 要影响雷达的抗干扰性能 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。准确度用测角误差的大小来表示,它包括 雷达系统本身调整不良引起的系统误差和由噪声及各种起伏因 素引起的随机误差。而测量精度由随机误差决定。角分辨力指 存在多目标的情况下,雷达能在角度上把它们分辨开的能力,通 常用雷达在可分辨条件下,同距离的两目标间的最小角坐标之差 表示
第 7 章 角度测量 天线的方向性可用它的方向性函数或根据方向性函数画出的 方向图表示。但方向性函数的准确表达式往往很复杂, 为便于工 程计算, 常用一些简单函数来近似, 如表 7.1 所示。 方向图的主 要技术指标是半功率波束宽度θ0.5以及副瓣电平。在角度测量时 θ0.5的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度, 副瓣电平则主 要影响雷达的抗干扰性能。 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。准确度用测角误差的大小来表示, 它包括 雷达系统本身调整不良引起的系统误差和由噪声及各种起伏因 素引起的随机误差。而测量精度由随机误差决定。角分辨力指 存在多目标的情况下, 雷达能在角度上把它们分辨开的能力, 通 常用雷达在可分辨条件下, 同距离的两目标间的最小角坐标之差 表示
第7章角度测量 表7.1天线方向图的近似表示 近似工作 用0.s(0) 函数方式 数学表达式 表示系数 图形 单F(6)≈cosn 余 弦作 2)( 实际方向图 近似方向图 双F()≈cos2n≈cosn9 2n 数 380.s(rad 2 向工作单向工作 ≈cos 120° F(0)≈ 6 高 实际方向图 斯 近似方向图 函 数 双向工作 F(0)
第 7 章 角度测量 表 7.1 天线方向图的近似表示
第7章角度测量 7天线方向图的近似表示 F(0 b 2 60 BGrad) 单 360° sin2丌 向 工 辛 作 F(0) 实际方向图 克 近似方向图 函 F6(6) sin2 68 双 22 向 工 6 作 sin2360° 360°
第 7 章 角度测量表 7.1 天线方向图的近似表示
第7章角度测量 72测角方法及其比较 721相位法测角 1.基本原理 相位法测角利用多个天线所接收回波信号之间的相位差进行 测角。如图7.1所示,设在0方向有一远区目标,则到达接收点的 目标所反射的电波近似为平面波。由于两天线间距为d,故它们 所收到的信号由于存在波程差△R而产生一相位差,由图71知 2丌 2丌 AR=-d sin e (72.1) 其中λ为雷达波长。如用相位计进行比相,测出其相位差,就可 以确定目标方向θ
第 7 章 角度测量 7.2 测角方法及其比较 7.2.1 1. 相位法测角利用多个天线所接收回波信号之间的相位差进行 测角。 如图 7.1 所示, 设在θ方向有一远区目标, 则到达接收点的 目标所反射的电波近似为平面波。由于两天线间距为d, 故它们 所收到的信号由于存在波程差ΔR而产生一相位差φ, 由图 7.1知 sin 2 2 = R = d (7.2.1) 其中λ为雷达波长。如用相位计进行比相, 测出其相位差φ, 就可 以确定目标方向θ
第7章角度测量 接收机 目标方向 6 接收机 法线方向 2 △R=dsin 图71相位法测角方框图
第 7 章 角度测量 图 7.1 相位法测角方框图 接 收 机 接 收 机 1 2 目 标 方 向 法 线 方 向 R＝d sin d
第7章角度测量 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 设两高频信号为 u=U1 cos(@t-P) u2=Ucos(at) 本振信号为 u=ULcoS(Ort+Pu 其中,φ为两信号的相位差;a1为本振信号初相。u1和l1差频得 un=Ucos [(o-aDt-O-olJ
第 7 章 角度测量 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。 设两高频信号为 u1 =U1 cos (ωt-φ) u2 =U2cos (ωt) 本振信号为 uL =ULcos (ωL t+φL ) 其中，φ为两信号的相位差；φL为本振信号初相。u1和uL差频得 uI1 =UI1cos［(ω-ωL )t-φ-φL］
第7章角度测量 l2与差频得 Ucos [(] 可见,两中频信号41与之间的相位差仍为q。 图72所示为一个相位法测角的方框图。接收信号经过混 频、放大后再加到相位比较器中进行比相。其中自动增益控制 电路用来保证中频信号幅度稳定,以免幅度变化引起测角误差
第 7 章 角度测量 u2与uL差频得 uI2 =UI2cos［(ω-ωL )t-φL］ 可见，两中频信号uI1与uI2之间的相位差仍为φ。 图 7.2 所示为一个相位法测角的方框图。接收信号经过混 频、放大后再加到相位比较器中进行比相。其中自动增益控制 电路用来保证中频信号幅度稳定, 以免幅度变化引起测角误差
第7章角度测量 自动 益控 混频器一中放 本振 相 比较 月-[混频器一[中放 自动堆 益控 图72相位法测角方框图
第 7 章 角度测量 图 7.2 相位法测角方框图 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