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大家好

今天我们来学习

雷达测角方法

我们知道雷达获取目标位置信息时

方位角α和俯仰角β

是两个重要的位置参量

通过今天这次课的学习

就是要让大家掌握雷达是如何获取这两个角度信息的

首先各种测角方法的实现依据两点

一是假设电波是在均匀介质中沿直线传播

与测距方法一样

做这样的假设主要是为了简化对问题的分析

二是雷达天线的方向性

天线的方向性使得天线在各个方向辐射电磁波的强度是不一样的

这将导致在不同方向接收到空间中同一目标的回波强弱

也是不一样的

基于以上两点

这次课我们主要讲两大类测角方法

其中振幅法测角包含了最大信号法和等信号法两种方法

首先我们来学习相位法测角

大家看到这两幅图可能并不陌生

因为在我国的大型阅兵活动中可以说是多次见到了

这就是我们说的相控阵雷达

最吸引我们眼球的就是它的天线

它的天线很有特点

那就是由多个规则的单元组成

其实这里的每一个单元对应的就是一个收发辐射单元

这种雷达使用的测角方法就是相位法测角

该测角方法的原理中有两个关键词

一是它使用的是多个天线

显然大于等于2都算是多天线

二是测量的是回波间的相位差

可见最后角度信息是通过相位差计算得到的

下面我们首先来看使用两天线如何测角

假设图中两部接收机（也就是两幅天线）他们间的距离为d

如果假设目标到雷达的距离R>>d

此时目标到接收机1 2的来波方向就近似平行

现在过天线1向天线2目标方向做一垂线

这样就构造出了目标方向角θ

此时从图上很容易可以计算出

目标到两接收机的距离差∆R为dsinθ

距离差会产生到达时间差

时间差呢又会产生接收信号的相位差

由相位差与时间差的计算式φ=2πf∆t

经简单推导可得最终的相位差

此时如果利用相位计测出相位差φ

就可以计算目标方向θ

由dθ可以看出增大d测角精度会提高

但相位差的计算式可以看出

当d比较大时

真实的相位差可能会大于2π

此时表示为2nπ+ψ

ψ就是相位计的读数

目前的相位计只能测出(0,2π)范围内的角

n就是相位的模糊数

这种情况下如何准确求解n成为准确测角的关键

此时如果增加一部接收机

能否解决上面的模糊性问题呢

假设条件和辅助线做法同上

此时由接收机1 2可以得到φ12

由接收机1 3可以得到φ13

通过设置合适的d使φ12小于2π

φ13 大于2π

从而推导出n的值

求出n值后

由于d13> d12

所以利用接收机1 3就可以获得高精度的角度信息

接收机1 2在这个过程中起的作用就是求解模糊数n

让我们再来看前面提到的相控阵雷达

阵面上的一个个单元就好比上面的多个接收机

因此相位法测角揭示了相控阵雷达获取高精度角信息的原理

目前相控阵雷达广泛应用于地面 机载

星载的警戒 跟踪 指挥引导等多个领域

接下来让我们来学习振幅法测角

振幅法测角是指当天线在空间中匀速扫描时

接收到的脉冲幅度值

会随着天线主轴旋转过的角度θA发生变化

若此时利用回波脉冲串最大值方向

对应的波束轴线指向作为目标所在的方向

这种测角方法称为最大信号法测角

由图上可见

该方法测出的角度并非真实最大值位置

而且偏离真实值的大小难以准确衡量

因此测角精度不高

目前主要用于搜索警戒雷达中

等信号法是振幅法提高测角精度的有效方法

该方法采用两个相同且彼此部分重叠的波束

此时当空间中出现不同位置的目标时

两个波束接收到的信号幅度值

会发生不同的变化

但当目标处于两波束重叠轴位置时

接收到的信号幅度值相等

该位置称为等信号轴位置

等信号法测角就是利用两个波束接收到的回波信号相等时

等信号轴所指方向即为目标方向

该方法中哪怕目标偏离等信号轴一点点

此时接收到的回波幅度值就不相等

而且偏离的角度越大

两回波幅度值差别就越大

因此该方法不仅可以准确测角

而且可以很好的实现目标的跟踪

因此在跟踪雷达中用的比较普遍

本次课主要介绍了两大类测角方法

相位法测角

优点是测角精度高 应用普遍

振幅法测角有两种

最大信号法测角

方法简单但精度差 应用有限

等信号法测角需要生成满足要求的两个脉冲

方法较复杂

但精度高

且可用于对目标的自动跟踪

最后给大家留一个思考题

如图所示当两架飞机相对等信号轴飞行时

满足什么样的飞行条件能够实现对两飞机目标进行正确测角呢

本讲到此结束

谢谢大家