第5章相控阵雷达

h(t ) s (t0 t )w(t )
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增加 等。

12.压缩滤波器
匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。
13.相位编码脉冲压缩
线性调频信号是连续变化的编码信号。相位编码是离散型编码 信号。 常用的按两个相位变化，在 0o 和－ 180o 两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。 另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。 四相码应用较少。
习题：线性调频信号的带宽 B为1MHz，时宽T 为100μs ，零中频，t0=0 。采 样频率fs=B。 1． 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2． 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3． 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4． 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
当t=t0时，y(t)达到最大，实现了脉冲压缩。
10.线性调频脉冲压缩
线性调频信号为
s ' t Re[e
B j 2 f 0 t t 2T
]
t
T 2
式中幅度已经归一化，f0中心频率，T为脉冲宽度，B为带宽。其零 中频信号为： B 2 j t T T st e t 2
非线性调频扫描
|f2-f1|
|f2-f1|
1/|f2-f1|
1/|f2-f1|
噪声
B
1/B
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y (t ) s (t ) * h(t ) s () s* ( t t0 )d
波阵面 θ
dsin(θ )
d
d
d
0
1
2 图5.1阵列天线示意图
N-1
天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线 阵面法矢量夹角为θ。相邻阵元回波相位差为ψ，波程差为ｄｓｉｎ (θ)，由波程差引起的相位差为：
2 d sin 考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布， 等幅馈电，在θ方向某点辐射场矢量和：
2.无源相控阵列雷达
共用一个和几个接收机和发射功，其余与有源相控阵列雷达相同。 发射机
显示
控制
数据处理，接收机
波控计算机
移相 阵列
天线 阵列
图5.5有源相控阵雷达框图
！！！
§5.4相位扫描系统的组成及工作原理 阵列组态 目前，相控阵天线的阵面大都为平面阵(p158) 均匀排列若干辐射源 (阵元)。常见的辐射源： 半波振子 喇叭口 缝隙振子 微带偶极子 移相器 1． 二极管移相器 输入 22.5o 45o 90o 图5.6 二极管移相器 180o 输出
第五章 相控阵雷达
§5.1概述
相控阵： 相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排 列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波 阵面。 相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术 有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈 变化的时期。
相控阵采用的高技术：
计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展
铁氧体(4段) 波导 图5.7铁氧体移相器
铁氧体移相器结构如图5.7。其中，铁氧体上的线圈未画出。利 用线圈对每段铁氧体独立充磁，改变各段磁化状态，从而改变波导 中的相位移。 速度慢、体积大、、功率大 移相的量化误差。
波束形成网络
波束形成分发射波束形成、接收波束形成， 一般指接收波束形成。 射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成
7.双基地雷达
8.毫米波雷达
9.外辐射源雷达
相控阵雷达的特点：
波束捷变 多目标跟踪 远作用距离 高数据率 自适应抗干扰 快速识别目标 高可靠性 天线共形
§5.2相控阵列的基本原理
相控阵天线的阵元一般在100-10000 个，每个阵元后接一个可控移相器。改 变每个移相器的移相量就改变了阵元间 的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁 波的波阵面指向。
E () E e jk
k 0 N 1
如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。 假设θ0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归 一化天线方向图(p154)：
sinNd sin Fa N sind sin
Fa(θ)称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角 度均匀辐射的，方向图为Fe(θ)，阵列方向图变为：
0 2 d sin 0
主瓣方向
波阵面 θ
dsin(θ 0)
0
d d ej0 e-jψ0 e-j2ψ0
d e-j(N-1)ψ0
图5.3阵列天线扫描示意图
此时，天线方向图为。
sinNd sin sin 0 Fa N sind sin sin 0
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣 栅瓣 栅瓣
-π/2
0
π/2
π 3π/2 图5-2阵列因子图
2π
主瓣
-π/2 0 π/2栅瓣来自π 3π/2 图5-2阵列因子图
栅瓣
2π
由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。 不出现栅瓣的条件： π d sinθ ，或
§5.5有源相控阵雷达
每个阵元有一个收发组件
§5.6相控阵雷达的有缺点及发展趋势
特点：p182有8个特点 发展：战术相控阵和战略相控阵
小结
1.相控阵雷达的基本概念 2.与相控阵雷达相关的技术 3.相控阵雷达的特点 4.阵因子和阵元因子 5.远场和近场 6.栅瓣和克服栅瓣的方法 7.相控阵雷达扫描与角分辨率 8.相控阵雷达的组成 9.相位扫描系统
这是一个4位移相器。步长为22.5o。
移相器由延迟线实现，22.5o 采用十六分之一波长延迟线。因而 ，带宽有限。移相器还可以用电感、电容实现，或其他方式延迟线 。 二极管起一个开关的作用，加正向偏置导通，反向偏置截止。 体积小，重量轻，开关时间短 (50ns-2μs) ，驱动功率小，温度系 数小，适用于固态集成电路。 2．铁氧体移相器
0 0
0
可以采用非均匀分布的阵列天线，见P156 表5－1。 以上分析的是相控阵一维阵列天线分析，二维天线的分析方法相 同。
§5.3相控阵雷达的组成
相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类：
1.有源相控阵列雷达
每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器 激励器 显示 控制 数据处理 波控计算机 图5.4有源相控阵雷达框图 发射 天线 接收 阵列 阵列
第七章 其他若干现代雷达体制简介
1.连续波雷达
零差拍连续波雷达,p227 超外差连续波雷达,p228
• 调频连续波雷达 • 调相连续波雷达
2.单脉冲雷达
•振幅和差单脉冲雷达, p232 •相位和差单脉冲雷达, p237
3.边扫描边跟踪雷达
4.频率捷变雷达和频率分集雷达
5.超宽带雷达
6.超视距雷达
发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 接收机中应有一个压缩网络， 脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常 用的四种
7.调制方式：
线性调频脉冲压缩 非线性调频 相位编码脉冲压缩 时间频率编码脉冲压缩
8.能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型
伪随机二进制序列
带宽
比特率
分辨率
1/比特率
线性调频扫描
d 1 1 sin 0
(5-7)
无栅瓣的条件：
结论：
1． 相控阵天线一维主瓣方向由阵元馈电相位差决定。 2 d sin 2． 当阵元间距d太大时，将出现与主瓣等幅度的栅瓣。有两个克 服方法： d 1 限制阵元间距， 1 sin 。 限制阵元天线方向图，使阵元主瓣内不出现栅瓣。 3． 天线扫描时，θ0增大，波束要展宽。 4． 天线扫描时，θ0增大，天线增益要下降。
第四章小结
1.雷达距离分辨率与雷达信号带宽 雷达信号TB积的概念 普通脉冲雷达信号的时宽(T)带宽(B)积是一个常量(约为1)， 矩形脉冲的带宽是时宽的倒数。 要增加带宽只有减小脉冲时宽一 条道。要进一步减小时宽有一定的难度。要有足够大的作用距离就 要有足够大的平均功率。因此，减小脉宽就得增加脉冲功率。现在 的峰值功率已经非常大，给设备的耐压，防止高压打火，体积和重 量提出了高要求。 2.脉冲压缩 产生一个这样的脉冲，它的TB 积远大于 1 ，一般在 20 －100 之间。作用距离以T为标准，距离分辨率以B为标准，两者兼顾。 3.雷达距离分辨率： c r 2B
λ
d/λ≤1 结论： 2 N d sin 1. 阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。∑ 2. 阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。
πd sinθ λ
二、相控阵天线扫描
在图 5.3 中，阵列天线馈电相位按 ψ0 递减，则波束指向为 θ0 。改 变ψ0，就能实现相控阵扫描。馈电相位差与等价波程差关系：
4.压缩比D
D T TB 1/ B
5.脉冲压缩的优点：
时宽带宽互相基本独立，可选择较宽的脉冲宽度，有较大的作用距 离。 有较高的距离分辨率。 有较好的抗干扰能力。 脉冲压缩的缺点： 由于加大了“T”，最小作用距离增加了。 信号处理复杂。 存在距离旁瓣 存在一定的测距模糊和测速模糊。
6.脉冲压缩的实现：
ht e