相控阵雷达比相测角法研究.pdf
《相控阵雷达比相测角法研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《相控阵雷达比相测角法研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 2024 年 2 月第 1 期 现代导航 49 相控阵雷达比相测角法研究 郑 刚(中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068)摘 要:在抛物面天线体制跟踪雷达中,采用和差通道比幅法来测量目标角度,在相控阵天线体制中,目前多使用和差通道比幅法来测角。介绍了一种比相测角的方法,用于相控阵雷达的目标角度测量,此方法优点是测角精度高、测角速度快、测角范围大。关键词:比幅测角法;比相测角法;相控阵;三点测角 中图分类号:TN953 文献标志码:A 文章编号:1674-7976-(2024)-01-049-07 Research on Angle Measurement Method for
2、Phase Comparison of Phased Array Radar ZHENG Gang Abstract:In parabolic antenna radar systems,the sum and difference channel amplitude comparison method is used to measure angle.In phased array radar systems,the sum and difference channel amplitude comparison method is still used to measure angle.A
3、method of phase comparison angle measurement for phased array radar target angle measurement is introduced.The advantages of the method are high angle measurement accuracy,fast angle measurement speed,and wide angle measurement range.Key words:Amplitude Comparison Method;Phased Comparison Method;Pha
4、sed Array;Three-Point Goniometry 0 引言 对于跟踪雷达测角,常用到的方法是和差波束比幅法,此方法应用很普遍。但这种方法有几个问题,一是测角定向互导线性差,二是俯仰角误差与方位角误差相互影响,当目标的方位角和俯仰角同时偏离天线指向时,测角精度低。为达到较高的测角精度,通常采用闭环跟踪的方法,不断调整波束指向,当俯仰角误差与方位角误差都较小时,才能达到较高的测量精度。闭环跟踪是一个逐渐收敛的过程,它需要一定的调整时间才可达到所要求的精 收稿日期:2023-03-17。郑刚(1963.03),河北冀州人,研究员级高工,主要研究方向为雷达总体设计。度,其过程较长,影响
5、输出目标数据的实时性。本文提出了一种适用于相控阵雷达的比相测角算法,得到稳定的、高精度的目标角度数据,且测角范围是和差比幅法测角范围的 2 倍。1 相控阵雷达和差比幅测角原理 雷达为实现单脉冲测角,通常使用和差比幅测角原理。具体方法是将天线阵面分为 4 个相等的子阵,如图 1 所示。图 1 子阵矩形分配图 甲乙 丙丁 50 现代导航 2024 年 甲乙 丙 丁设差路为,和路为,S甲、S乙、S丙、S丁分别为甲、乙、丙、丁子阵收到的目标信号,有以下关系,如式(1)所示 丁丙乙甲丁丙乙甲俯仰丁乙丙甲方位)()(SSSSSSSSSSSS (1)角误差计算公式如式(2)所示 俯仰方位ImcosImcos
6、coskk (2)式中:dk,受天线锥削等因素影响,k 值会有 所波动;Im 为取虚部运算;为方位角;为俯仰角;为方位角误差;为俯仰角误差;为波长;d 为甲乙两子阵等效中心间的距离。天线布阵可以是矩形布置,也可以菱形布置,如图 2 所示。图 2 子阵菱形分配图 有以下关系,如式(3)所示 丁丙乙甲丁甲俯仰菱乙丙方位菱SSSSSSSS (3)角误差计算公式如式(4)所示 俯仰菱方位菱ImcosImcoscosklkl (4)式中,dkl2。式(2)和式(4)有两处不足,一是它们都是近似公式,是泰勒展开式的一次项,只有目标偏差较小时,计算出的角误差精度较高,当目标偏差较大时,计算出的角误差精度变差
7、。在误差精度要求较高时,必须用闭环跟踪的方法,不断调整波束指向,使目标偏差减小,来获得较高的测角精度。但闭环跟踪是一个逐渐收敛的过程,它需要一定的调整时间才可达到要求的精度,过程较长,影响输出目标数据的精度。二是测角范围受到和路波束宽度较窄的限制,角误差计算范围较小。2 相控阵雷达比相测角原理 2.1 等相位面与 T/R 布相关系 假定收发组件(Transmitter and Receiver,T/R)所在平面为 X-Z 平面,法线为 Y 轴,A(x,0,z)点为平面阵中一个 T/R 位置,设波束的方位角为,俯仰角为,等相位面为 F,如图 3 所示。图 3 T/R 到等相位面的距离 由图 3
8、可看出,线段 AB 和 BC 的长度为:sinsinzBCxAB 设 r 为 A、C 两点的距离(即 A 点到等相位面F 的距离),有如式(5)所示关系 sincossinzxr (5)第 i 个 T/R 到等相位面的距离可表示为 sincossiniiizxr (6)根据波长可计算任意一个 T/R 的布相量 P,如式(7)所示 iirP2 (7)FrZA(x,0,z)X YCB 第 1 期 郑刚:相控阵雷达比相测角法研究 51 C 2 子阵 3 子阵 A 1 子阵 B A 2.2 三点比相法测角 根据三点可确定一平面的原理,设相控阵由三个子阵组成,每个子阵由若干 T/R 构成,三个子阵等效电
9、中心为 A、B、C。其坐标分别为 A(X1,Z1),B(X2,Z2),C(X3,Z3),如图 4 所示。图 4 三子阵等效电中心示意图 三个子阵的测量相位为 p1,p2,p3,将 p1,p2,p3转换为三个等效接收点到等相位面的距离为 r1,r2,r3,转换公式如式(8)所示 3213212ppprrr (8)令第 3 点 C(X3,Z3)为基准点(坐标零点),进行坐标系平移。平移后 A 点和 B 点位置分别为(X1-X3,Z1-Z3)和(X2-X3,Z2-Z3),距离差为(r1-r3)和(r2-r3)。设 a1=X1-X3,a2=X2-X3,b1=Z1-Z3,b2=Z2-Z3,c1=r1-r
10、3,c2=r2-r3。设目标方位角为1,目标俯仰角为1,根据 式(6)建立式(9)212112111111sincossinsincossincbacba (9)解方程可得目标方位角1,目标俯仰角1,如式(10)所示 122112211111111arcsincossinarcsinbabacacaabc (10)若 a1=0,式(10)因分母为 0,无法计算,需将式(9)的两个方程进行对调,计算公式如式(11)所示 211221121121221arcsincossinarcsinbabacacaabc (11)在整个推导中,并没有考虑天线的布置方法,因此不论矩形或菱形布置,计算公式是一致的
11、,仿真结果也是一致的,矩形或菱形布置只是覆盖范围转了 45。只要这三点不在一条直线上,就可求出目标方位角1,目标俯仰角1。2.3 四子阵测角方法 假定相控阵采用 4 区域对称布阵,如图 5 所示。图 5 4 子阵分区测角示意 设 A、B、C、D 为 4 区域的等效中心,使用 4 次三点比相法分区测角(分别用 ABC、BCD、CDA和 DAB)来计算目标方位角,目标俯仰角,可得到4 组数据,再将 4 组数据进行加权,即可求得目标方位角和目标俯仰角。4 组数据进行加权后可提高测角精度,降低随机误差。3 算法仿真 3.1 比相法与和差比幅法计算误差比较 用 Matlab 做数值仿真。设阵面规模为 1
12、6 行 16 列,工作频率 10 GHz,T/R 组件矩形和菱形布置,间距为/2。使用式(10)进行比相法测角仿真计算,使用式(2)和式(4)进行和差比幅测角仿真计算。3.1.1 法线方向仿真 仿真分两部分,一部分为和差比幅法计算不同角度偏差下的误差(包含矩形布置和菱形布置),另一部分为比相法计算不同角度偏差下的误差(矩形布置和菱形布置误差相同)。1)和差比幅测角仿真 天线矩形分布时,在波束宽度内进行仿真,方位角增量为 0.5,俯仰角增量为 0.5,和差法测角形成的误差图如图 6 所示,图(a)为方位角计算误差,图(b)为俯仰角计算误差。Z 位置/m 0.10.080.060.040.020-
13、0.02-0.04-0.06-0.08-0.1-0.1 -0.05 0 0.05 0.1X 位置/m A B CD 52 现代导航 2024 年 (a)比幅法方位角误差 (b)比幅法俯仰角误差 图 6 法线指向和差比幅测角误差分布(矩形布置)由于方位角、俯仰角计算公式为近似公式,可以看出计算误差随目标偏离角度增大而增大,在大约半波束宽度(3)时,计算误差约 0.4。天线菱形布置时,在波束宽度内进行仿真,方位角增量为 0.5,俯仰角增量为 0.5,和差法测角形成的误差图如图 7 所示,图(a)为方位角计算误差,图(b)为俯仰角计算误差。(a)比幅法方位角误差 (b)比幅法俯仰角误差 图 7 法线
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 相控阵 雷达 相测角法 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。