CN102323579A - 一种连续波搜索雷达的测高方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续波搜索雷达的测高方法，该方法采用一个多口网络接收天线阵的俯仰面生成的一对呈镜像分布波束，多口网络上分布有缝隙波导以及二个输出端口，将多口网络的二个输出端口分别连接到两路对称的微波接收机的输入端，微波接收机采用超外差接收机；两路微波接收机将接收的回波经放大混频滤波后变为中频，经过放大滤波放大、正交解调后产生I、Q基带信号，将I、Q基带信号通过A/D转换成数字量，通过信号处理模块进行求模运算，并利用和差器求出定向值，然后以定向值为地址，从单脉冲表或多项式拟合得到仰角的数值。该方法实现简单、数据率高，适用于小型三坐标搜索雷达。

Description

一种连续波搜索雷达的测高方法

技术领域

本发明属于小型对空搜索和目标指示雷达的测高技术，涉及一种连续波搜索雷达的测高方法，该方法特别适用于采用全相参多普勒处理技术的比幅测角体制的小型连续波三坐标搜索雷达。

背景技术

目前的三坐标搜索雷达，基本上都采用脉冲体制的工作方式，尤其目前广泛流行的相扫天线搜索雷达，因采用时间分隔交替在不同俯仰波束工作，因此不适用于连续波工作体制，所以在连续波雷达中实现三坐标是比较困难的。但连续波雷达设备简单、接收灵敏度高、发射功率低、有一定的低截获概率的优点吸引了众多设计者，以至于雷达设计师不断探索在连续波体制中实现三坐标测高的技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种连续波搜索雷达的测高方法，该方法可用于连续波体制搜索雷达或目标指示雷达。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种连续波搜索雷达的测高方法，其特征在于，该方法采用一个多口网络接收天线阵的俯仰面生成的一对呈镜像分布波束，多口网络上分布有缝隙波导以及二个输出端口，将多口网络的二个输出端口分别连接到两路对称的微波接收机的输入端，微波接收机采用超外差接收机；

两路微波接收机将接收的回波经放大混频滤波后变为中频，经滤波、放大、正交解调后产生I、Q基带信号，I、Q基带信号通过A/D转换成数字量，通过信号处理模块进行求模运算，并利用和差器求出定向值，然后以定向值为地址，从单脉冲表或多项式拟合得到仰角的数值；

第一路的模值

和第二路模值的求模公式分别如下：

$\stackrel{\‾}{A}=\sqrt{({I_1}^2+{Q_1}^2)}---\left(1\right)$

$\stackrel{\‾}{B}=\sqrt{(I_2^2+Q_2^2)}---\left(2\right)$

式中，I₁是第一路输出的正弦分量；

Q₁是第一路输出的余弦分量；

I₂是第二路输出的正弦分量；

I₂是第二路输出的余弦分量；

输出的模值

和送到和差器求按下式求取定向值D：

$D=\frac{\stackrel{\‾}{A}-\stackrel{\‾}{B}}{\stackrel{\‾}{A}+\stackrel{\‾}{B}}---\left(3\right)$

定向值D是一个归一化的仰角定向因子，当

时，D＝0，时，D为正值，

时，D为负值；归一化就意味定向值D不随距离远近和目标大小的影响，它仅仅是目标入射角相对于天线电轴的函数；

单脉冲表可以是基于实测产生的定向值和相对于电轴的俯仰偏离角的函数表，利用实测的天线波束方向图的函数直接制作单脉冲表可以获得比较高精度，仰角测角的函数关系可用下式表示：

ε＝θ_A+θ_C+f_θ(D)       (4)

式中：f_θ(D)是定向值与仰角的函数关系，即单脉冲表；

θ_A天线安装的仰角；

θ_C电轴的指向角；

如果对仰角的测角精度要求不高时，定向值与俯仰角度的对应数据或者用“最小二乘法”拟合一个代数多项式来替代差单脉冲表；

f_θ(D)＝a+bD+cD²+dD³     (5)

式中，系数a，b，c，d由“最小二乘法”求出；

将结果代入公式(4)，求出目标的仰角，即：

目标高度的计算：对于很近距离的目标，平面地表近似可以由下式给出的目标高度：

h_T＝h_a+R_TSinθ          (6)

式中：h_a雷达天线的高度；R_T被测目标的距离；θ被测目标的仰角；

用抛物线近似为：

$h_T=h_a+R_T\mathrm{Sin\θ}+R_T^2/2R_0---\left(7\right)$

其中：R₀为地球半径；

准确的目标高度计算：

$h_T={[{(R_0+h_a)}^2+R_T^2+2(R_0+h_a)R_T\mathrm{Sin\θ}]}^{1/2}-R_0---\left(8\right)$

雷达在测量得到仰角数据之后，根据不同雷达的测量距离选择公式(6)～(8)解算成目标的高度，其中，近距离目标用公式(6)，远距离目标用公式(7)，对远距离又要求精确高度的目标选用公式(8)。

本发明的连续波搜索雷达的测高方法，利用比幅测高的原理，在接收天线阵的俯仰面中生成一对呈镜像分布波束。两个波束上下有一定的分离角，其波束在3dB点相交，波束由同一口径的接收阵面产生，口径利用率高。仰角测量过程中，不引入接收通道的相位信息，只利用信号的幅度，因而减少了接收通道设计的难度。该方法实现简单、数据率高，适用于小型三坐标搜索雷达。

附图说明

图1天线接收阵面的外形图；

图2连续波仰角测量框图。

图中的标号分别表示：1、多口网路(带缝隙波导的馈电网路)；2、天线阵面；3、A口法兰(连接接收机A路输入)；4、B口法兰(连接接收机B路输入)；5、缝隙波导。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本发明利用比幅测高的原理，在接收天线阵的俯仰面中生成一对呈镜像分布波束。两个波束上下有一定的分离角，两波束在3dB点相交，波束由同一口径的接收阵面产生，口径利用率高。

图1是具有两个镜像波束的接收天线阵面，其馈电网络是利用多口网络1(一种多路功率分配网络)与波导阵列连接，以减少功率损耗和简化了馈电网络的结构形式。天线阵面2的缝隙波导5接收到的回波，通过多口网络1送到A、B两路对称的微波接收机的输入端，天线阵面的缝隙波导5由俯仰波束宽度决定。多口网络1有两个输出端A口法兰3和B口法兰4，生成一对呈镜像分布波束。

图2是仰角测量连接框图，接收天线阵面2的信号从多口网络1的A口法兰3连接到A路微波接收机的输入端，多口网络1的B口法兰4连接到B路微波接收机的输入端，微波接收机采用超外差接收机(传统的在连续波雷达中发射的信号波形一般采用调频连续波，接收机一般采用差拍检波，也就是本振信号与发射信号相同，或者从发射信号直接耦合一部分能量作为本振信号，这种接收机的缺点是动态范围小)。而本实施例采用超外差接收机，由于超外差接收机的本振信号比发射信号高一个中频，该信号可以用发射信号的一部分与频率等于中频的信号，进行单边带混频产生本振信号。回波与本振信号混频产生接收机中频，经过放大滤波放大、正交解调后产生I、Q基带信号，将此I、Q基带信号进行处理。

I、Q基带信号通过A/D转换成数字量，在信号处理模块中进行求模运算，并利用和差器求出定向值，然后以定向值为地址，从单脉冲表或多项式拟合得到仰角的数值；

A路的模值

和B路模值的求模公式分别如下：

$\stackrel{\‾}{A}=\sqrt{({I_1}^2+{Q_1}^2)}---\left(1\right)$

$\stackrel{\‾}{B}=\sqrt{(I_2^2+Q_2^2)}---\left(2\right)$

式中，I₁是A路输出的正弦分量；

Q₁是A路输出的余弦分量；

I₂是B路输出的正弦分量；

I₂是B路输出的余弦分量；

信号处理模块输出的模值

和

送到和差器求定向值D(见图2)：

$D=\frac{\stackrel{\‾}{A}-\stackrel{\‾}{B}}{\stackrel{\‾}{A}+\stackrel{\‾}{B}}---\left(3\right)$

定向值D是一个归一化的仰角定向因子，当

时，D＝0，

时，D为正值，

时，D为负值。归一化就意味定向值D不随距离远近和目标大小的影响，它仅仅是目标入射角相对于天线电轴的函数。

单脉冲表可以是基于实测产生的定向值和相对于电轴的俯仰偏离角的函数，利用实测的天线波束方向图的函数直接制作单脉冲表可以获得比较高精度，仰角测角的函数关系可用下式表示：

ε＝θ_A+θ_C+f_θ(D)       (4)

式中：f_θ(D)是定向误差与仰角的函数关系，即单脉冲表；

θ_A天线安装的仰角；

θ_C电轴的指向角；

如果对仰角的测角精度要求不高时，定向值与俯仰角度的对应数据可以用“最小二乘法”拟合一个代数多项式来替代差单脉冲表。

f_θ(D)＝a+bD+cD²+dD³        (5)

式中，系数a，b，c，d由“最小二乘法”求出。

将结果代入公式(4)，求出目标的仰角。

目标高度的计算：对于很近距离的目标，平面地表近似可以由下式给出的目标高度：

h_T＝h_a+R_TSinθ             (6)

式中：h_a雷达天线的高度；R_T被测目标的距离；θ被测目标的仰角；

用抛物线近似为：

$h_T=h_a+R_T\mathrm{Sin\θ}+R_T^2/2R_0---\left(7\right)$

其中：R₀为地球半径；

准确的目标高度计算：

$h_T={[{(R_0+h_a)}^2+R_T^2+2(R_0+h_a)R_T\mathrm{Sin\θ}]}^{1/2}-R_0---\left(8\right)$

雷达在测量得到仰角数据之后，可以根据不同雷达的测量距离选择公式(6)～(8)解算成目标的高度，一般，近距离目标可用公式(6)，远距离目标可用公式(7)，对远距离又要求精确高度的目标可以选用公式(8)。

Claims (1)

1.一种连续波搜索雷达的测高方法，其特征在于，该方法采用一个多口网络接收天线阵的俯仰面生成的一对呈镜像分布波束，多口网络上分布有缝隙波导以及二个输出端口，将多口网络的二个输出端口分别连接到两路对称的微波接收机的输入端，微波接收机采用超外差接收机；

两路微波接收机将接收的回波经放大混频滤波后变为中频，经滤波、放大、正交解调后产生I、Q基带信号，I、Q基带信号通过A/D转换成数字量，通过信号处理模块进行求模运算，并利用和差器求出定向值，然后以定向值为地址，从单脉冲表或多项式拟合得到仰角的数值；

第一路的模值

和第二路模值的求模公式如下：

$\stackrel{\‾}{A}=\sqrt{({I_1}^2+{Q_1}^2)}---\left(1\right)$

$\stackrel{\‾}{B}=\sqrt{(I_2^2+Q_2^2)}---\left(2\right)$

式中，I₁是第一路输出的正弦分量；

Q₁是第一路输出的余弦分量；

I₂是第二路输出的正弦分量；

I₂是第二路输出的余弦分量；

输出的模值

和

送到和差器按下式求取定向值D：

$D=\frac{\stackrel{\‾}{A}-\stackrel{\‾}{B}}{\stackrel{\‾}{A}+\stackrel{\‾}{B}}---\left(3\right)$

定向值D是一个归一化的仰角定向因子，当时，D＝0，

时，D为正值，

时，D为负值；归一化就意味定向值D不随距离远近和目标大小的影响，它仅仅是目标入射角相对于天线电轴的函数；

单脉冲表可以是基于实测产生的定向值和相对于电轴的俯仰偏离角的函数，利用实测的天线波束方向图的函数直接制作单脉冲表可以获得比较高精度，仰角测角的函数关系可用下式表示：

ε＝θ_A+θ_C+f_θ(D)                (4)

式中：f_θ(D)是定向误差与仰角的函数关系，即单脉冲表；

θ_A天线安装的仰角；

θ_C电轴的指向角；

如果对仰角的测角精度要求不高时，定向值与俯仰角度的对应数据或者用“最小二乘法”拟合一个代数多项式来替代差单脉冲表；

f(D，θ)＝a+bD+cD²+dD³            (5)

式中，系数a，b，c，d由“最小二乘法”求出；

将结果代入公式(4)，求出目标的仰角，即：

目标高度的计算：对于很近距离的目标，平面地表近似可以由下式给出的目标高度：

h_T＝h_a+R_TSinθ                  (6)

式中：h_a雷达天线的高度；R_T被测目标的距离；θ被测目标的仰角；

用抛物线近似为：

$h_T=h_a+R_T\mathrm{Sin\θ}+R_T^2/2R_0---\left(7\right)$

其中：R₀为地球半径；

准确的目标高度计算：

$h_T={[{(R_0+h_a)}^2+R_T^2+2(R_0+h_a)R_T\mathrm{Sin\θ}]}^{1/2}-R_0---\left(8\right)$

雷达在测量得到仰角数据之后，根据不同雷达的测量距离选择公式(6)～(8)解算成目标的高度，其中，近距离目标用公式(6)，远距离目标用公式(7)，对远距离又要求精确高度的目标选用公式(8)。

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