单脉冲雷达测角特性分析.pdf

### 单脉冲雷达测角特性分析 #### 引言 单脉冲雷达技术因其卓越的测角精度、强大的抗干扰能力以及高速的数据传输速率，在现代雷达系统中扮演着极其重要的角色。尤其在军事和民用航空领域，单脉冲雷达的应用尤为广泛。本文将深入探讨单脉冲雷达测角特性中的几个关键因素——幅相不平衡、馈源间距，并通过仿真分析这些因素对单脉冲测角性能的具体影响。 #### 比幅单脉冲基本原理简介 单脉冲雷达通过比较接收信号的强度或相位来精确测量目标的角度位置。其中一种最常见的实现方式是比幅单脉冲（Amplitude Comparison Mono-pulse, ACMP），它利用两个主馈源形成的波束进行角度测量。当目标位于某一角度时，由于馈源的位置偏差，产生的两个波束强度不同，这种强度差异被用来计算目标的角位置。 - **振幅定向法**：在振幅定向法单脉冲雷达中，通过形成两个相互交错的天线方向图来确定目标在平面内的角度坐标。这两个方向图的中心线与等强度方向偏离一定的角度，分别记作+θ_0和-θ_0。当目标偏离等强度方向θ时，根据目标相对于两个方向图的位置，其中一个方向图接收到的信号会更强，其信号强度差可以用来指示目标的角位置。 - **比幅单脉冲的基本工作原理**：在比幅单脉冲雷达中，两个天线（或者同一天线的两个馈源）接收来自目标的信号，然后将这些信号通过和差支路进行处理。如果目标恰好位于等强度线上，则两个天线接收到的信号强度相同；当目标偏离等强度线时，两个信号的振幅会出现差异，这种差异被用来计算目标的角位置。 #### 比幅单脉冲测角理论 在比幅单脉冲测角系统中，假设两个天线（或馈源）接收到的信号分别为v_1和v_2，其电压信号可以表示为： \[ v_Σ = v_1 + v_2 = A [g(θ_S - θ_T)\cos(ωt + φ) + g(θ_S + θ_T) \] 其中，\( g(θ) \) 是天线增益函数，\( θ_S \) 和 \( θ_T \) 分别代表天线的扫描角和目标的角位置，\( ω \) 是信号的角频率，\( t \) 是时间，\( φ \) 是相位偏移。 #### 幅相不平衡的影响 在实际应用中，由于制造工艺限制和技术挑战，单脉冲雷达系统的幅相特性很难做到完全平衡。这导致了幅相不平衡问题，主要包括： - **幅度不平衡**：当两个馈源或天线之间的信号强度存在差异时，会导致零位偏移现象。零位偏移是指即使目标位于等强度线上，系统也会错误地报告目标位置有所偏移。 - **相位不平衡**：相位不平衡指的是两个馈源之间存在相位差。这种不平衡会导致测角灵敏度下降，从而影响系统的整体性能。 #### 馈源间距的影响 除了幅相不平衡外，馈源之间的物理间距也会影响单脉冲雷达的测角性能。理论上，只要馈源间距足够小，其对测角性能的影响可以忽略不计。然而，在实际应用中，由于物理结构的限制和制造误差，馈源间距可能会引入额外的误差。 #### 仿真结果分析 通过对上述因素的仿真分析，可以得出以下结论： - **幅度不平衡**：幅度不平衡主要影响零位的准确性。在极端情况下，即使目标位于等强度线上，也可能被错误地认为偏离了该位置。因此，幅度不平衡会直接影响到系统的测角精度。 - **相位不平衡**：相位不平衡会导致测角灵敏度下降。这意味着系统对于目标角度变化的响应能力减弱，进而影响测角精度。 - **馈源间距**：相比之下，馈源间距对测角性能的影响较小。只要馈源间距能够保持在合理范围内，其对测角精度的影响几乎可以忽略。 单脉冲雷达的测角性能受到多种因素的影响，特别是幅相不平衡。为了提高系统的测角精度，需要采取措施减小或消除这些不平衡因素的影响。此外，合理设计和优化馈源间距也是提升单脉冲雷达性能的重要方面之一。