振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的应用

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，而且必须精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(即出现了误差角)时，就能产生一误差电压。误差电压的大小正比于误差角，其极性随偏离方向不同而改变。此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。

1.1圆锥扫描雷达简介

圆锥雷达的针状波束的最大辐射方向偏离天线旋转轴一个角度，当波束以一定的角速度绕天线轴旋转时，波束最大辐射方向就在空间画出一个圆锥，故称圆锥扫描。

波束在作圆锥扫描的过程中，绕着天线旋转轴旋转，因天线旋转轴方向是等信号轴方向，故扫描过程中这个方向天线的增益始终不变。当天线对准目标时，接收机输出的回波信号为一串等幅脉冲；如果目标偏离等信号轴方向，则在扫描过程中波束最大值旋转在不同位置时，目标有时靠近有时远离天线最大辐射方向，这使得接收的回波信号幅度也产生相应的强弱变化。

由此实现对目标的探测，从而完成在角度上对目标的自动跟踪。

1.2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进行比较，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，各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，从而实现对目标的测量和跟踪。

二、振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中的优势

由第一小节我们知道，自动测角系统中常见的雷达体制有圆锥扫描式雷达、单脉冲雷达等，但相比之下，振幅和差单脉冲雷达在自动测角系统中有较大的优势。

2.1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。主要有以下两点原因：

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锥扫调制信号(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，以免将频率为锥扫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。而单脉冲雷达是在同一个脉冲内获得角误差信息，且自动增益控制电路的带宽可以较宽，故目标振幅起伏噪声的影响可以基本消除。

第二，圆锥扫描雷达的角误差信号以调制包络的形式出现，它的能量存在于上、下边频的两个频带内，而单脉冲雷达的角误差信息只存在于一个频带内。故圆锥扫描雷达接收机热噪声的影响比单脉冲雷达大1倍。单脉冲雷达的角跟踪精度比圆锥扫描雷达的要高一个量级，约为0.1~0.2密位。

2.2天线增益和作用距离

单脉冲雷达在增益利用方面比圆锥扫描雷达好。单脉冲用和波束测距，差波束测角，合理设计馈源可使和波束的增益与差波束的增益同时最大，因而使测距测角性能最佳。在相同天线增益、发射功率、接收机噪声系数情况下，单脉冲雷达比圆锥扫描雷达作用距离远，测距精度高。并且，圆锥扫描雷达的角跟踪灵敏度和作用距离不能同时最大，兼顾两者性能，权衡选择波束参数，只能做到角跟踪灵敏度和作用距离约为最大值的88%。

2.3角度信息的数据率

单脉冲雷达比圆锥扫描雷达高。单脉冲雷达理论上只要一个脉冲就可获得一次角信息，数据率为(脉冲重复频率)。而圆锥扫描雷达必须经过一个圆锥扫描周期才能获取一次角信息。圆锥扫描一周内至少需4个脉冲，因而理论数据率是，考虑到调制包络信号不失真，通常需要10个脉冲以上，所以实际数据率小于。

2.4抗干扰能力

圆锥扫描雷达易受敌方的回答式干扰。因为敌方接收到的圆锥扫描雷达发射信号也是正弦调制信号，只需要取出调制包络，进行倒相放大，然后去调制高频信号再发射回来，圆锥扫描雷达接收此信号后，天线轴线就跟踪到错误方向上。而单脉冲雷达没有回答式干扰的影响。

2.5复杂程度

单脉冲雷达在结构上和技术上复杂，需要多个性能完善的宽频带馈源和高频和差比较器，多路接收机要求性能一致，如果各路相位和振幅不平衡，会使测角灵敏度降低并加大测角误差，因而单脉冲雷达技术复杂，加工工艺要求高。

由此可见，要求精密跟踪尤其是远程精密跟踪雷达，常用单脉冲体制。下面主要介绍振幅和差单脉冲雷达自动测角的原理。

三、振幅和差单脉冲雷达自动测角原理

对于振幅和差单脉冲雷达的自动测角原理，我们可以用下示框图用来理解：