单脉冲和差波束及测角方法研究
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。
单脉冲测角技术
单脉冲测角技术作者：轩健来源：《科技风》2018年第03期摘要：现代社会，随着导弹、卫星和宇航技术的大幅提高和进步，雷达技术逐渐应用到了越来越多的领域中。
对于目标信号，雷达不仅需要测量目标距离，还包括目标的参数测量，而在某些应用中为了快速地提供目标的精确坐标值，还需要采用自动测角的方法。
单脉冲测角技术定向精度高、实现简单、稳健性好，本文的工作就是围绕着单脉冲技术在雷达中的应用展开的。
文章首先简要阐述了研究的背景和意义，重点表明了单脉冲技术的优势，然后介绍了单脉冲技术测角的原理，最后讨论了该技术存在的缺陷。
关键词：雷达测角；单脉冲技术；同时波瓣测角一、论文研究的背景和意义这些年来，火箭、导弹、人造卫星和宇航技术的日益成熟和不断发展，随之而来的是对跟踪雷达的配套技术的迫切要求，这些方面和指标主要体现在其跟踪的速度、跟踪的精度、跟踪的距离和抵抗外界干扰的能力等方面。
在很大一部分应用情况下，跟踪和检测一个目标，雷达不仅需要估计目标的距离值和速度值，而且要额外计算目标的角坐标。
目前普遍有三种雷达测角方法：顺序波瓣法、圆锥扫描跟踪、单脉冲[1]技术。
顺序波瓣法利用两波束交替出现，或只要其中一个波束，使它绕等信号轴旋转，波束便按时间顺序在1，2位置交替出现。
单脉冲法则使用两套一样的接收系统同时工作。
它们都是属于等信号法[2]。
圆锥扫描法属于最大信号法，天线波束围绕等强线锥形旋转。
当目标偏离其等强线时，接收机收到一个调幅信号的，由此计算出目标的偏离值。
然后将接收机输出的偏离大小的误差值，送到伺服控制电路，使天线对准目标。
单脉冲雷达有很多其他雷达无法比拟和企及的优势。
首当其冲的当属其测量精度，其之所以能达到如此高的测量精度与其工作原理是分不开的。
我们知道单脉冲雷达不会随着目标回波幅度的起伏变化而变化，而其他类型的雷达比如：圆锥扫描雷达却会随着随着目标回波幅度的起伏变化而发生相应的变化，从而产生了一种附加的调制误差。
单脉冲和差测角
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★单脉冲和差测角原理
1、雷达测角的基础： 电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线 的方向性 2、分类：
测 角 方 法 等信号法
振幅法
最大信号法
相位法
★单脉冲和差测角原理
3、原理 （1） 如图所示，若目标处在两波 束的交叠轴OA方向，则两波束收到的 信号强度相等，否则一个波束收到的 信号强度高于另一个，故常称OA为等 信号轴。当两个波束收到的回波信号 相等时，等信号轴所指的方向即为目 标方向。若目标处在OC方向，波束2 的回波比波束1的强，处在OB方向 时，则与之相反。因此比较两个波束 回波的强弱就可以判断目标偏离等信 号轴的方向，并可用查表的方法估计 出偏离等信号轴的大小。
在等信号轴附近差信号及和信号可近似表示为 归一化和差值为
Δ/∑由于正比于目标偏离θ0的角度θt，故可用它来 判读的大小及方向
★★单脉冲和差测角仿真
1、仿真图形
1 0.9 0.8 0.7 0.6 1
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -150
两 波 束 的 方 向 图
-100 -50 0 角度 50 100 150
0.8 0.6 0.4 0.2
两个响应
差波束
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -150
差 波 束 响 应
-100
-50
0 角度
50
100
150
1
1.5
0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -150
和波束
波 形
1
和 波 束 响 应
Δ/∑-θ
/
单脉冲和差波束测角的精度研究_方棉佳
有较好的 测 角 精 度 和 性 能 ， 但在实际系统中各种 因素也使 得 实 际 测 角 精 度 会 有 较 多 偏 差 ， 对于该 系统的实际角跟踪 精 度 误 差 原 因 分 析 和 指 标 计 算 还需要深入研究 。
＊
；修回日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ３ ０ ５ ２ ０ １ ３ ０ ８ ０ １ － － － －
１］ ， 跟踪雷达中单脉冲自动跟踪是常用的方法 ［ 它具
２ 单脉冲测角原理
［ ］ ２４ 快速 在 火 控 雷 达 和 精 密 跟 踪 雷 达 系 统 中 － ， 连续的提供若干目 标 的 精 确 坐 标 位 置 是 系 统 的 基
本任务 。 自动测角系 统 能 够 使 得 天 线 自 动 跟 踪 目 标， 同时将 目 标 的 坐 标 数 据 经 传 输 系 统 送 到 计 算 机进行处理 。
： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ２ ３ ３ ７． ２ ０ １ ３． ０ ６． ０ １ ５ ． ｉ ｓ 和差波束测角的精度研究
方棉佳 ，吕 涛
（ ） 空军装备研究院雷达所 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ５
＊
测角精度的好坏将关系到雷达对作战目 摘 要 ：精 密 跟踪 雷达中 单 脉冲 测 角 是 一种 重要的 技术体制 ， 给出了各种噪声影响的 标 的 跟踪 性 能 。 对 于 影响 系统测 角 误差 的 诸 多 因素 展开 了 较 为 全 面 的 分 析 与 研 究 ， 测 角 误差 数 学 模型 。 并在此基础上 对 测 角 精度 有 影响 的 接收 机 热 噪 声 、 目标振幅起伏噪声、 目标角噪声、 伺 服 系统 噪声 和 多 径 传 播 噪声 等 因素 进 行了 梳 理 、 仿真 ， 通过 仿真 结 果 给 出 了 相 互 影 响 关 系 ， 文章的结论对于 该 类 系统 的 设计与 使 用 有 一 定 的指 导 和 帮助 作 用 。
单脉冲测角技术
＿ ， （ 鲁 ）
这里 叫做误 差 电压 ， 包含全 部的角误差 信息 ， 通过 映射 波瓣法利用 两波束 交替 出现 ， 或 只要其 中一个 波束 ， 使 它绕 等 函数则可 以将其转化为角度 的形式 ， 这个 映射函数就称 为单脉 信号轴旋转 ， 波束便按时间顺序在 １ ， ２位 置交替 出现 。单脉 冲 冲 比曲线 ， 它是通 过两个 接 收波瓣 函数 的 比例 形式来 定义 的 ， 法则使用两套一 样 的接收 系统 同时工作 。它们都 是属 于等信 波瓣 函数代表 目标在角范 围的天线实 际响应 。 号法 ‘ 。圆锥扫描法属于最大信号法 ， 天线 波束 围绕 等强线锥 Ｆ ： 形旋转 。当 目标偏 离其 等 强线 时 ， 接 收机 收 到一 个调 幅 信号 ｌ 的， 由此计算出 目标的偏离值 。然后将接 收机输 出的偏离大小 站在结构 的层 面上 ， 其核 心算 法的工程实现顺序 由以下三 大部分一 次组 成 ： 角度传感 器 、 变换 器及 角度 鉴别器 Ｊ 。第 一 的误差值 ， 送 到伺 服控 制电路 ， 使天线对准 目标 。 单脉 冲雷达有很 多其 他雷 达无法 比拟 和企及 的优 势 。首 当其 冲的 当属其测量精度 ， 其之所以能达到 如此高 的测量精度 与其工作原理是分 不开 的。我们知 道单 脉 冲雷达不 会随 着 目 标 回波 幅 度 的 起 伏 变 化 而 变 化 ， 而其 他类 型的雷 达 比如 ： 圆 锥 扫描雷达却会随着随着 目标 回波 幅度 的起 伏 变化 而发生 相应 的变化 ， 从而产 生 了一 种 附加 的调 制误差 。同时 ， 其 角跟踪 精 度也是相 当的可 观 ， 一 般是 圆锥扫描 雷达相应 参数 的 ２倍 ， 具 体指标可以达到波束宽度 １ ／ １ ０ ０左右 。其 次 ， 单 脉冲雷达 抵抗 外界 干扰 的能力也是 相 当突 出。例 如 圆锥 扫描 雷达会 受 到 回 答式调幅信号的严重 干扰 ， 甚 至可 以说 是致命 的， 之 所 以这 么 说是 因为干扰 机收到相应的雷达信号后 ， 通过虚 假调制这 一流 程后会再 次将 其转 发出去 ， 从而导致 雷达角跟踪 系统产生 不可 以弥补的错误 信息 接收 。而 这些影 响和 担心 于单脉 冲雷 达而 言就不存在 了 ， 因为其工作原理决定 了其 可 以不受 任何 回答 式 调幅干扰 。同时 ， 对 于人为 的干扰 和 自然 的干扰 ， 它都 可 以在 最大程度上给予 消 除 ， 以保 证其 高 居不 下 的抵抗 外 界 干扰 的 能力 。 ２ Ｏ世 纪 ４ ０年代后 期 开始萌 发 了单 脉 冲雷达 这 一新 型技 术， 至此 以来 ， 其在 航空 和导 弹防御 系统 中逐渐起 着越 来越 重 要和不可替代 的重要作用 ， 因其高精度 的指标更是满 足 了许 多 精确 制导武器 的迫 切和苛刻的需求 。大多 数情况而 言 ， 距离 方 面上的超高分辨率 很多都是依赖于脉 冲串的相参合成 、 处理来 实现 的 ， 如脉 冲线性 调频雷达 、 频 率步进雷达等 ， 而精确 的测 角 则往 往使 用文中的此项技术 。 二、 单 脉 冲技 术 测 角 原 理 我们知道 雷达 系统通常会 依赖脉 冲压缩 这一技术 来达 到 增强 其测距精 度 ， 而 同时测角精度 的增 强又依赖 于单脉 冲这一 技术 。单脉冲技术把 同一面 上的两 个波束 分别 接收 到的各 自 回波做详 细的具体对 比 ， 即可得 到测量 目标 的角误 差信 号 ， 由 于两个波束在接收时间上几乎是一致 的， 所 以由此得到 的信 号 在时间上是非 常短 的 ， 因此 由一个 回波脉 冲就 可 以确定 角 误
单脉冲和差波束测角的精度研究
（ 空 军装 备 研 究 院 雷 达 所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ５ ） 摘 要 ： 精 密 跟 踪 雷 达 中单 脉 冲 测 角是 一 种 重要 的技 术体 制 ， 测 角精 度 的 好 坏 将 关 系到 雷达 对 作 战 目 标 的 跟 踪 性 能 。对 于影 响 系统 测 角误 差 的诸 多 因素展 开 了较 为 全 面 的 分 析 与 研 究 ， 给 出 了各 种 噪 声 影 响 的 测 角 误 差 数 学模 型 。并 在 此 基 础 上 对测 角精 度 有 影 响 的接 收 机 热 噪 声 、 目标振 幅 起 伏 噪 声 、 目标 角 噪 声 、 伺 服 系统 噪 声 和 多径 传 播 噪 声等 因 素进 行 了梳 理 、 仿真 ， 通 过 仿 真 结 果 给 出 了相 互 影 响 关 系 ， 文章 的结论对 于
单脉冲雷达在测角方面的应用
西安电子科技大学雷达大作业单脉冲雷达在测角方面的应用姓名：刘万康班级：1302031一、自动测角系统简介在火控系统中使用的雷达，必须快速连续地提供单个目标（飞机、导弹等）坐标的精确数值，此外在靶场测量、卫星跟踪、宇宙航行等方面应用时，雷达也是观测一个目标，而且必须准确地提供目标坐标的测量数据。
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经数据传递系统送到计算机数据处理系统。
和自动测距需要有一个时间鉴别器一样，自动测角也必须要有一个角误差鉴别器。
当目标方向偏离天线轴线（即出现了误角差ε）时，就能产生误差电压。
误差电压的大小正比于误角差ε，其极性随偏离方向不同而改变。
次误差电压经跟踪系统变换、放大、处理后，控制天线向减小误差角的方向运动，使天线轴线对准目标。
用等信号法测角时，在一个角平面内需要两个波束。
这两个波束可以交替出现（顺序波瓣法），也可以同时存在（同时波瓣法）。
前一种方式以圆锥扫描雷达为典型，后一种是单脉冲雷达。
二、单脉冲雷达简介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经行比较，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，个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。
从而实现目标的测量和跟踪。
三、单脉冲雷达的自动测角系统中的优势1、角度跟踪精度与圆锥扫描雷达相比，单脉冲雷达的角度跟踪精度要高得多。
其主要原因有以下两点：第一，圆锥扫描雷达至少要经过一个圆锥扫描周期后才能获得角误差信息，在此期间，目标振幅起伏噪声也叠加在圆锥扫描调制信号（角误差信号）上形成干扰，而自动增益控制电路的带宽又不能太宽，以免将频率为圆锥扫描频率的角误差信号也平滑掉，因而不能消除目标振幅起伏噪声的影响，在锥扫频率附近一定带宽内的振幅起伏噪声可以进入角跟踪系统，引起测角误差。
单脉冲测角原理
单脉冲测角原理
单脉冲测角技术是一种用于雷达测向的方法，它通过测量目标返回信号的相位
差来实现高精度的测向。
在雷达系统中，测向是非常重要的，它决定了雷达系统对目标的探测和跟踪能力。
单脉冲测角技术的提出，极大地提高了雷达系统的测向精度和抗干扰能力，因此受到了广泛的关注和应用。
单脉冲测角技术的原理非常简单，它利用了雷达波束的方向特性和目标返回信
号的相位信息。
当雷达波束照射到目标时，目标会返回一个信号给雷达系统。
这个信号经过接收机接收后，会被分成两路，分别经过两个通道进行处理。
经过处理后的信号会被送入测角计算单元，通过计算两路信号的相位差，就可以得到目标的测向角度。
单脉冲测角技术的优势在于它能够实现高精度的测向，而且具有抗干扰能力强
的特点。
传统的测向方法往往受到多径效应、信号干扰等因素的影响，导致了测向精度的下降。
而单脉冲测角技术通过对相位差的精确测量，可以有效地克服这些问题，实现更加可靠和准确的测向。
此外，单脉冲测角技术还具有快速测向的特点。
传统的测向方法往往需要多次
测量才能得到准确的测向结果，而单脉冲测角技术只需要一次测量就可以得到目标的测向角度。
这不仅提高了雷达系统的响应速度，也降低了对目标的干扰，提高了雷达系统的实战能力。
综上所述，单脉冲测角技术是一种非常重要的雷达测向方法，它通过测量目标
返回信号的相位差来实现高精度、抗干扰和快速测向。
在现代雷达系统中，单脉冲测角技术已经得到了广泛的应用，并且不断得到改进和完善。
相信随着技术的进步，单脉冲测角技术将会发挥更加重要的作用，为雷达系统的性能提升和战场指挥提供更加可靠的支持。