一种雷达方位角检测方法
雷达大作业---振幅和差角度测量及仿真
雷达原理大作业单脉冲自动测角的原理及应用学院：电子工程学院作者：2016年5月21日单脉冲自动测角的原理及应用一．摘要单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种，其测角精度高，抗干扰能力强，在现实中得到了广泛的应用。
而其中对于接收支路要求不太严格的双平面振幅和差式单脉冲雷达，更是备受青睐。
本文首先讲述了单平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的原理，再简述了双平面振幅和差式单脉冲雷达自动测角的结构框图，接着简述了本文仿真所用的一些原理和公式推导，包括天线方向图函数及其导数的推导，最后做了基于高斯形天线方向图函数的单脉冲自动测角，基于辛克函数形天线方向图函数的单脉冲自动测角，和基于高斯形天线方向图函数的双平面单脉冲自动测角。
源代码在附录里。
二．重要的符号说明三．单平面振幅和差式单脉冲自动测角原理单脉冲测角法是属于振幅法测角中的等信号法中的一种。
在单平面内，两个相同的波束部分重叠，交叠方向即为等信号轴的方向。
将这两个波束接收到的回波信号进行比较就可以在一定范围内，一定精度要求下测到目标的所在角度。
因为两个波束同时接到回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只要分析一个回波脉冲即可，所以称之为“单脉冲”。
因取出角误差的具体方式不同，单脉冲雷达种类很多，其中应用最广的是振幅和差式单脉冲雷达，其基本原理说明如下：1.角误差信号雷达天线在一个平面内有两个重叠的部分，如下图1所示：图1.振幅和差式单脉冲雷达波束图(a)两馈源形成的波束 (b)和波束 (c)差波束振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和差处理，分别得到和信号和差信号。
其中差信号即为该角平面内角误差信号。
若目标处在天线轴方向（等信号轴），误差角0ε=，则两波束收到的回波信号振幅相同，差信号等于0。
目标偏离等信号轴而有一个误差角ε时，差信号输出振幅与ε成正比而其符号则由偏离方向决定。
2.和差比较器这里主要使用双T 插头，示意图如下图2（a ）所示。
单脉冲测角原理
单脉冲测角原理单脉冲测角（Monopulse Angle Measurement）是一种常用的雷达测角方法，它通过对目标返回信号的处理，实现对目标的方位角和俯仰角的测量。
单脉冲测角原理是基于相控阵雷达技术的，它具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，在军事和民用雷达领域得到了广泛的应用。
单脉冲测角原理的基本思想是利用相控阵天线阵列的空间波束形成特性，通过对目标返回信号的相位差进行测量，从而实现对目标方位角和俯仰角的测量。
相控阵天线阵列由多个天线单元组成，每个天线单元都可以独立控制相位和幅度，从而实现对空间波束的形成和控制。
当目标位于相控阵的波束覆盖范围内时，每个天线单元接收到的目标返回信号会存在一定的相位差，通过对这些相位差的测量和处理，就可以得到目标的方位角和俯仰角信息。
在单脉冲测角中，常用的测量方法包括相位比较法、幅度比较法和双差法。
相位比较法是通过比较不同通道接收到的信号相位差来实现测角，它的测量精度较高，但对系统的动态范围和线性度要求较高；幅度比较法是通过比较不同通道接收到的信号幅度差来实现测角，它的测量精度相对较低，但对系统的动态范围和线性度要求较低；双差法是通过比较两个天线单元之间的相位差和幅度差来实现测角，它综合了相位比较法和幅度比较法的优点，具有较高的测量精度和较低的系统要求。
单脉冲测角原理的实现需要对雷达系统进行精确的设计和调试，包括天线阵列的设计、相控阵的控制和信号处理部分的设计等。
在实际应用中，还需要考虑目标信号的特性、系统的工作环境和干扰情况等因素，从而进一步提高测量精度和抗干扰能力。
总之，单脉冲测角原理是一种重要的雷达测角方法，它通过对目标返回信号的相位差进行测量，实现对目标方位角和俯仰角的精确测量。
在现代雷达系统中得到了广泛的应用，为目标探测、跟踪和定位提供了重要的技术支持。
随着雷达技术的不断发展和完善，相信单脉冲测角原理将会发挥越来越重要的作用，为雷达应用领域带来更多的技术创新和发展。
L波段雷达方位角零度标定时的误差分析及解决方法
距雷达10m处架一经纬仪（高度比瞄准镜高），用 磁针标定好方位 （注意标定时应当将当地的磁偏角 计算在内）。转动雷达天线和经纬仪，使两个物镜中 心相互对准，然后读取经纬仪的方位角α0，雷达方位
准北极星测一次方位角，共测3—4次，最终取观测记 录的平均值来标定。一般也可用上述同样的方法提 前找准时机标定好经纬仪水平，在天气晴朗的夜间， 利用经纬仪对准北极星来标定好经纬仪方位角零 度，再选好固定目标物，可在任何时间用经纬仪标定 法标定L波段雷达方位角零度。 2.2 太阳正午时标定法
当站址处在灯光明亮的城市南边时，夜间找北 极星极为困难，可在白天提前计算出太阳正午时，利 用雷达瞄准镜对准太阳来标定零点。由于太阳正午 时是瞬间值，要使标定更加精确，绝不允许拖泥带 水，要快速、精准地掌握好对准太阳的正午时时间， 确保瞬间完成，并牢记太阳正午时方位角是180°而 不是0°。也可以先标定好经纬仪水平，等到太阳正 午时瞬间，利用经纬仪对准太阳来标定好经纬仪方 位角，选好固定目标物，在任何时间可用经纬仪标定 法标定L波段雷达方位角零度。
法标定经纬仪的。2.用经纬仪 达放球软件 仪方位，转动雷达天线和经纬仪，使经 时，打开 L 波段雷达时没有进行
法标定雷达的误差分析：若按 摄 像 头 ，目 纬仪瞄准 L 波段雷达的馈源中心（即摄 波段雷达放 修改,照抄了 7会在摄 像头中心），在经纬仪大物镜镜筒中心 球软件摄像 手册内容。L 波段雷达
源中心时实际方位角值 α0x 误差。
的明显标志物，使雷达瞄准镜瞄准该标 显示。
应删除“一高处”和“比
的一个误差值 +Δα，雷达方
雷达原理及测试方法
雷达原理及测试方案1雷达组成和测量原理雷达(Radar)是RadioDetectionandRanging的缩写，原意“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。
现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
1.1雷达组成1.2雷达测量原理1)目标斜距的测量图3雷达接收时域波形在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度，雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定，雷达接收波形参见图3，雷达到达目标的距离R为：R＝0.5×c×tr式（2）式中c=3×108m/s，tr为来回传播时间2)目标角位置的测量目标角指方位角或仰角，这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。
雷达天线将电磁能汇集在窄波束内，当天线对准目标时，回波信号最强。
回波的角位置还可以用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。
3)4)max t e min式中Pt 为发射机功率，G为天线增益，Ae为天线有效接收面积，σ为雷达回波功率截面积，Smin为雷达最小可探测信号。
雷达方程可以正确反映雷达各参数对其检测能力影响的程度，不能充分反映实际雷达的性能。
因为许多影响作用距离的环境和实际因素在方程中没有包括。
1.4雷达分类军用雷达主要分类：不能满足复杂雷达信号测试需求。
更为重要的是，雷达在实际工作过程中接收到的信号并不是纯净的发射回波，它包含各种杂波和多普勒效应，特别是在地形复杂或海面各种时，接收机接收到的杂波比需要探测的物体回波大的多，而这一切目前没有通用测量设备来生成雷达接收机所接收到的实际波形。
因此各个雷达研制单位投入大量人力、物力研制各种雷达模拟器，但这些模拟器往往受各种设计因素影响，只是实际雷达波形的简化，并只考虑到典型的应用，对复杂的应用环境无法模拟。
这样无法及时发现雷达研制和使用过程中问题和隐患。
基于高精度GPS定位设备的雷达标校方法
基于高精度GPS定位设备的雷达标校方法摘要：雷达想要实现战场的精准探测并与其他系统组网联动，雷达的高精度是实现其功能的必要条件，所以雷达的标校就显得尤为重要。
针对目前雷达的常规标校方法存在场地及技术等限制条件，本文介绍采用一种基于高精度GPS定位设备的雷达标校方法，通过雷达测量数据与真值数据运算，对雷达的测距精度、方位角精度进行标校，以减小雷达的系统误差。
该方法通过多次飞行测试与比赛测试，其结果表明该方法适用多种雷达，通过数据对比，验证了该方法的可行性与正确性。
关键词：GPS定位雷达标校精准探测1 引言根据雷达的工作原理与性质，雷达出现的精度误差一般体现在两个方面，分别是随机误差与系统误差，随机误差无法通过外部方法进行消除或减小，需要在雷达的整体设计、制造、拼装等程序上采取相应的措施，这种误差只有通过专业的设计、成熟的机械加工和研制精良的材料进行减小或消除，而系统误差具有一定的规律可循，可以利用高精度标校方式予以减小。
本文阐述的是一种利用高精度GPS定位设备，对雷达进行精度标校，减小雷达的系统误差。
因此一套符合实际需求的精度标校方法是必要的。
本文介绍的雷达精度标校包括标定和校准两部分工作，标定是通过运算计算出系统精度误差均值，校准是通过系统精度误差均值调整与数据处理完成减小或消除系统误差，两部分工作密不可分，其中的运算包括坐标系的转换、距离的相关运算、方位角的相关运算。
2 标校依据与原理2.1标校的依据高精度GPS定位设备采用载波相位测量技术，不受地域限制，实时动态显示目标的经纬度并存储到指定位置，其精度已经达到厘米级，其通信距离可以达到通视情况下20km，通过坐标转换等运算，可以得到精确的目标经纬度数据。
2.2标校的原理本标校的方法由基站、A移动端、B接收端组成。
其中基站架设在高处，A移动端架设在指定目标（无人设备）上，B接收端放置到数据处理系统附近。
B接收端通过数传天线实时接收A移动端通过数传电台发送的真值数据， B接收端将收到的数据存储到数据处理系统上，即为真值数据；A移动端同时被待测雷达探测，待测雷达通过网络传输将测量数据存储到数据处理系统，即为测量数据；利用真值数据的均值与测量数据的均值确定误差值，从而对雷达的测距零点和方位角零点进行校准，以达到对雷达进行标校的目的。
振幅和差单脉冲雷达
[文档标题][文档副标题]姓名：学号：摘要：在雷达系统中，为了确定目标的位置，不仅需要知道距离参量，同时也需要知道目标的空间方位，为此需要知道目标的方位角和俯仰角。
雷达测角的物理基础是电磁波在均匀介质中沿直线传播和雷达天线具有方向性。
测角的方法可分为振幅法和相位法两大类。
在雷达测角中，为了快速地提供目标的精确坐标值，要采用自动测角的方法。
自动测角时，天线能自动跟踪目标，同时将目标的坐标数据传送到计算机中。
在自动测角系统中，有一种典型的方式——单脉冲自动测角系统。
单脉冲自动测角属于同时波瓣测角法，单脉冲雷达的种类很多，最常用的是振幅和差单脉冲雷达。
关键字：雷达 自动测角系统 振幅和差单脉冲雷达一、 单脉冲雷达什么是单脉冲雷达？单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。
它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。
单脉冲雷达通常有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类（本次只研究振幅比较法）。
它有较高的测角精度、分辨率和数据率，但设备比较复杂。
单脉冲雷达早在60年代就已广泛应用。
在军事上主要用于目标识别、靶场精密跟踪测量、弹道导弹预警和跟踪、导弹再入弹道测量、火箭和卫星跟踪、武器火力控制、炮位侦察、地形跟随、导航、地图测绘等；在民用上主要用于中交通管制。
2014-12-20 信息对抗二、振幅和差单脉冲雷达振幅定向法是用天线接收到的回波信号幅度值来进行角度测量的，该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线的扫描方式。
振幅定向法可以分为最大信号法和等信号法两大类，其中等信号法又可以分为比幅法和和差法。
和差波束测角原理
和差波束测角原理和差波束测角原理和差波束测角是一种常用的雷达测角技术，它利用两个或多个天线发射出的电磁波相互干涉，通过测量干涉信号的相位差来确定目标的方位角。
该原理通常应用于雷达导航、目标跟踪和武器制导等领域。
原理分析在和差波束测角系统中，需要使用两个或多个天线发射电磁波。
这些电磁波在空间中形成了一些交叉点，这些交叉点就是干涉区域。
当目标进入干涉区域时，它会同时接收到来自两个或多个天线发射的电磁波。
由于目标距离不同，这些电磁波到达目标的时间也不同。
因此，在接收端会出现相位差。
如果我们可以测量这个相位差，就可以计算出目标的方位角。
具体来说，在和差波束测角系统中，首先需要将两个或多个天线发射的电磁波进行合成，并形成一个和差信号。
然后将这个信号送入接收机进行处理。
接收机中通常会有一个移相器，用于将和差信号的相位进行调整，使得两个天线发射的电磁波到达目标的时间相同。
这样就可以消除相位差。
接下来，接收机会将处理后的信号送入一个相位比较器中。
相位比较器会将和差信号与一个参考信号进行比较，并测量它们之间的相位差。
这个参考信号通常是由接收机中的一个本振产生的。
最后，通过计算相位差，就可以得到目标的方位角。
具体计算公式为：θ = (φ1 - φ2) / λ其中，θ表示目标的方位角，φ1和φ2分别表示两个天线发射电磁波时的相位角度数，λ表示电磁波的波长。
应用场景和差波束测角技术广泛应用于雷达导航、目标跟踪和武器制导等领域。
例如，在雷达导航中，可以利用和差波束测角技术来确定飞机或船只的位置；在目标跟踪中，可以通过测量干涉信号的相位差来确定目标运动方向；在武器制导中，则可以利用和差波束测角技术来精确制导武器打击目标。
总之，和差波束测角技术是一种非常重要的雷达测角技术，它可以通过测量干涉信号的相位差来确定目标的方位角，具有广泛的应用前景。
雷达测试指标方法和步骤
雷达测试指标方法和步骤一、噪声系数的测试方法：测量噪声温度T N 计算系统噪声系数N F计算公式：N F =10]1290lg[N T测量数据与计算结果：步骤：（可同时做滤波前后功率比估算地物对消能力） 1、 开启发射机、接收机，运行RDASC 程序2、 等RDASC 标定完毕，并且在STATUS 显示STBY 的时候，在RDASC界面的Stae 菜单选择off-line-operater 命令采集噪声（每采集一次发射机都会发出和启动RDASC 作标定时一样的响声，等响声停止后，可在RDASC 界面上的performance （性能）页面的Receive/SignalProcessor 中的SYSTEM NOISE TEMP 项读出噪声的值。
3、 停止测试时，先在RDASC 界面的State 菜单选择standby ，等STASTUS 显示STBY 时可以在Control 菜单中选择Exit 退出，也可以在State 菜单下直接选择Operater 运行RDASC 。
4、 将每次读出的噪声值代入给出的公式即可算出噪声系数。
二、系统的动态性测试方法：用机信号源输出的测试信号注入接收机前端，信号处理器输出读数。
动态特性曲线输入值（dBm）拟合直线斜率：拟合均方根误差：上拐点：下拐点：动态围(线性精度±1dB)：步骤：1、在做系统动态时，先将发射机和饲服系统关闭，让接收机保持开启状态。
2、在cb-test-plaform文件夹里打开DYN.exe，先Load PSP，然后电击Dynamic Range。
3、当计数从0~103时完成一次，点击弹出对话框中的“确定”按钮可以继续做。
动态测试的数据存在cb-test-plaform文件中的Dynamic_show文件里。
5、将Dynamic_show文件里的数据按以下步骤操作：a：将选择的数据粘贴到机模板数据的sheet3的C列：然后将该列复制到sheet150Db处在图表处可看图，点“低端”，右键点击曲线在序列中分别选择实测直线和拟合直线的数据围并把“分类X轴标志T”的长度跟直线围设成一样的长度。
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第28卷第12期 兵工自动化 Vol. 28, No. 12 2009年12月 Ordnance Industry Automation Dec. 2009
·
82· doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2009.12.028
一种雷达方位角检测方法
胡定军，王玮，冯玉龙
（镇江船艇学院 指挥系，江苏 镇江 212003）
摘要：介绍了一种雷达方位角测量的方法，该方法采用旋转变压器/轴角转换器AD2S80BD ，将旋转变压器输出的模拟信号通过AD2S80BD 轴角转换电路转换成数字量信号，再利用单片机MSP430F123进行解算，得出雷达角位置信号，实时供雷达终端显示或转发。
该系统接口电路简单可靠，工作稳定，在雷达测量系统中有较高的应用价值。
关键词：旋转变压器；雷达；方位角；AD2S80BD 中图分类号：TP206+.1; TN956 文献标识码：A
Study on Measuring Radar Azimuth
HU Ding-jun, WANG Wei, FENG Yu-long
(Dept. of Watercraft Commanding, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang 212003, China)
Abstract: Introduce the method of radar azimuth detection. The method adopts resolver and angle converter AD2S80BD, The analog signals of resolver were transformed into the digital signal by AD2S80BD axis angle circuit. Then the radar angle position can be disposed by simple chip MSP430F123, and it can be shown and transmitted on the radar terminator. The system interface circuit is simple, reliable and stable, with high application value in radar measurement system.
Keywords: Resolver; Radar; Azimuth; AD2S80BD
0 引言
角位置测量装置是工业控制设备的重要组成部分，在飞行器姿态控制和检测、导弹控制、雷达天线跟踪等角位置测量控制系统中有着广泛应用。
为精密测量雷达系统各轴角，在雷达角位置检测系统中采用旋转变压器，它具有耐高温、耐湿度、抗冲击、抗干扰等特点，但其输出信号为模拟量，故采用AD 公司的数字转换器芯片AD2S80BD ，将旋转变压器产生的模拟信号快速转换为二进制数字信号，实现对角位置的数字化分析。
1 雷达方位角测量系统组成
雷达方位角测量系统由方位轴、旋转变压器、
AD2S80BD 组成的轴角/数字转换电路等部分组成。
将旋转变压器安装在雷达方位轴的方位铰链上，雷达转盘转动时带动方位轴的方位铰链的活动，旋转变压器也随之活动，产生的两相正、余弦信号[1]输入到由AD2S80BD 组成的轴角/数字转换电路，转换后的16位二进制数字信号，输入到雷达终端处理显示或转发，其系统组成如图1[2]。
图1 雷达方位角测量系统组成
2 旋转变压器的工作原理
旋转变压器是一种单相激励双相输出（幅度调制型）无刷旋转变压器，如图2。
旋转变压器初级
励磁绕组（R1—R2）
和二相正交的次级感应绕组（S1—S3，S2—S4）同在定子侧，转子侧是与初级绕组和次级绕组磁通耦合的特殊结构的线圈绕组[3]。
图2 旋转变压器原理图
当旋转变压器转子随雷达方位轴同步旋转、初级励磁绕组（R1-R2）外加交流励磁电压后，次级两输出绕组（S1-S3，S2-S4）中会产生感应电动势，大小为励磁与转子旋转角的正、余弦值的乘积。
旋转变压器输入输出关系如下：
120sin R R E E t ϖ−= 1312sin S S R R E KE θ−−=
2412cos S S R R E KE θ−−=
这里的θ是转子旋转的角度，E 0是励磁最大幅值，ϖ是励磁角频率，K 是旋转变压器变比。
3 AD2S80BD 的轴角/数字硬件电路
收稿日期：2009-06-10；修回日期：2009-07-15 作者简介：胡定军（1977-），男，江苏人，硕士，工程师，从事信号采集与模拟控制、电子自动化研究。
胡定军，等：一种雷达方位角检测方法
·83·
AD2S80BD 是美国AD 公司推出的以BIMOS Ⅱ工艺制造的，将先进的CMOS 逻辑电路与高精度双极线性电路相结合的单片集成电路。
它具有功耗低（300 mW ）、精度高、长期稳定性好、可靠性高、能直接将运动的转动角度信号转换成二进制数字信
号等特点。
AD2S80BD 含有输入缓冲器、分段开关、梯形网络数模转换器、可逆计数器、相敏检测器、积分器、压控振荡器（vco ）、数据转换逻辑电路、输出数据锁存器以及输出缓冲器等[4]。
AD2S80BD 按图3连接成的轴角/数字转换电
出能以选取的最大跟踪速率自动跟踪轴角输入，没有静态误差。
由于它把正、余弦信号转换为二进制数时，采用比率式跟踪方法，输出数字角仅与SIN 和COS 输入信号的比值有关，与它们的绝对值大小无关，因此，AD2S80BD 对输入信号的幅值和频率变化不敏感，不必使用稳定、精确的振荡器来产生参考信号，也能保证精确度。
加上AD2S80BD 中相敏检测器对参考信号中的正交分量有很高的抑制能力，能对噪声、谐波进行抑制，也可以调整相应的参数来优化整个系统。
通过转换形成的二进制数字信号，先低8位输出，后高8位输出[5]。
图3 AD2S80BD 的轴角/数字转换电路图
AD2S80BD 允许通过外围元件改变其动态特性，使系统处于最佳状态。
AD2S80BD 可通过SCl 和SC2选择10、12、14、16位的不同分辨率，其2个管脚的逻辑状态确定输出分辨率的位数如表1。
表1 SC1、SC2的逻辑状态与输出分辨率的关系
SC1 SC2 输出分辨率（位）
0 0 10 0 1 12 1 0 14 1
1
16
4 AD2S80BD 与单片机MSP430F123接口
AD2S80BD 的16位数字输出是5 V 的TTL 电平，需要将它转换成单片机MSP430F123所需要的3.3 V 电平信号，因此，系统采用1片由3.3 V 供电的74HC573来实现电平信号转换，如图4。
单片机MSP430F123是中心处理单元，具有16
位总线并带FLASH ，外设和内存统一编址，寻址范围可达64 K ，采用3.3 V 供电。
AD2S80BD 的16位数字信号输出通过转换直接与单片机I /O 端口相连，将雷达方位角信号在雷达终端实时显示出来。
图4 AD2S80BD 与MSP430F123接口图
5 结束语
实践证明，用旋转编码器作测量元件，以轴角转换器AD2S80BD 为核心，可构成高精度雷达方位角测量系统。
系统接口电路简单可靠，工作稳定。
（下转第88页）
（上接第83页）
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84。