雷達(dá)對抗原理

雷達(dá)對抗原理大作業(yè)學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：姓名：zkw學(xué)號：一、單脈沖和差測角仿真實(shí)驗(yàn)單脈沖測角是雷達(dá)中常用的一種測角方法,它利用多個(gè)天線同時(shí)接收回波信號,通過比較回波信號的幅度或相位來獲得目標(biāo)的角位置信息。確定目標(biāo)準(zhǔn)確空間位置是雷達(dá)的重要任務(wù)。在大多數(shù)場合,雷達(dá)不僅要測定目標(biāo)的距離,還需要測定目標(biāo)的角度,即測定目標(biāo)的角坐標(biāo),其中包括目標(biāo)的方位角和高低角(仰角)。雷達(dá)測角的性能包含測角范圍、測角速度、測角精度和角分辨率等,準(zhǔn)確度與測角誤差是其中極為關(guān)鍵的指標(biāo)。1.單脈沖和差測角原理雷達(dá)測角的物理基礎(chǔ)是電波在均勻介質(zhì)中傳播的直線性和雷達(dá)天線的方向性，分為振幅法和相位法兩大類，其中振幅法測角又分為最大信號法和等信號法，等信號測角采用兩個(gè)相同且彼此部分重疊的波束，其方向圖如下圖1所示，若目標(biāo)處在兩波束的交疊軸OA方向，則兩波束收到的信號強(qiáng)度相等，否則一個(gè)波束收到的信號強(qiáng)度高于另一個(gè)，故常稱OS為等信號軸。當(dāng)兩個(gè)波束收到的回波信號相等時(shí)，等信號軸所指的方向即為目標(biāo)方向。若目標(biāo)處在OB方向，波束2的回波比波束1的強(qiáng)，處在OC方向時(shí)，則與之相反，因此比較兩個(gè)波束回波的強(qiáng)弱就可以判斷目標(biāo)偏離等信號軸的方向，并可用查表的方法估計(jì)出偏離等信號軸的大小。2、天線電壓方向性函數(shù)雷達(dá)測角的基礎(chǔ)是電波在均勻介質(zhì)中傳播的直線性和雷達(dá)天線的方向性。天線的方向性可用其方向性函數(shù)或根據(jù)方向性函數(shù)畫出的方向圖表示。但方向圖的準(zhǔn)確表達(dá)式往往很復(fù)雜，因而常采用簡單函數(shù)來近似，常用的有余弦函數(shù)、高斯函數(shù)、辛克函數(shù)。方向圖的主要技術(shù)指標(biāo)是半功率波束寬度以及副瓣電平。3、設(shè)天線電壓方向性函數(shù)為F() ，等信號軸OA的指向?yàn)?，則波束1、2的方向性函數(shù)可分別寫為 k為與波束最大值方向的傾角用等信號法測量時(shí)，波束1和波束2收到的回波信號為t為目標(biāo)偏離等信號軸的角度對信號進(jìn)行和差法處理，可獲得目標(biāo)信號的差值及和值，即在等信號軸附近差信號及和信號可近似表示為歸一化和差值為/由于正比于目標(biāo)偏離0的角度t，故可用它來判讀的大小及方向。4.單脈沖和差測角仿真Matlab程序如下：k=0.730;d=0.160;labda=2*pi/k;theta_3db=1.2*labda/d;theta_k=theta_3db/3;theta=-2*theta_3db:0.2:2*theta_3db;f1=exp(-1.3863*(theta-theta_k).2/theta_3db2);f2=exp(-1.3863*(theta+theta_k).2/theta_3db2);sigma=f1+f2;delta=f1-f2;figure,subplot(221),plot(theta,f1,r-),grid onhold on,plot(theta,f2),xlabel(角度theta),ylabel(兩個(gè)響應(yīng));subplot(222),plot(theta,sigma),xlabel(角度theta),ylabel(和波束Sigma),grid onsubplot(223),plot(theta,delta),xlabel(角度theta),ylabel(差波束Delta),grid onsubplot(224),plot(theta,(delta./sigma),grid on xlabel(角度theta),ylabel(Delta/Sigma)S3.數(shù)據(jù)制表由于最大單值測角范圍為有限，因此只考慮在-30,30范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，本文中為簡化內(nèi)容，只討論-15，15范圍內(nèi)的數(shù)值。利用一次回歸曲線擬合，得到對應(yīng)的一次曲線。k=0.730;d=0.160;labda=2*pi/k;theta_3db=1.2*labda/d;theta_k=theta_3db/3;theta=-15:1:15;f1=exp(-1.3863*(theta-theta_k).2/theta_3db2);f2=exp(-1.3863*(theta+theta_k).2/theta_3db2); sigma=f1+f2;delta=f1-f2;t=-15:1:15;f=-0.2115 -0.1978 -0.1840 -0.1701 -0.1562 -0.1422 -0.1281 -0.1140 -0.0999 -0.0857 -0.0715 -0.0572 -0.0429 -0.0286 -0.0143 0 0.0143 0.0286 0.0429 0.0572 0.0715 0.0857 0.0999 0.1140 0.1281 0.1422 0.1562 0.1701 0.1840 0.1978 0.2115;x=ones(size(t) t; a=xff3=ones(size(t) t*a;figure,plot(theta,(delta./sigma),r-)xlabel(theta),ylabel(Delta/Sigma);grid on;hold on;plot(t,f3,*)程序運(yùn)行結(jié)果如下：a = 0.0000 0.0142得到直線方程為=0.0142圖中原始圖像為紅色直線，擬合結(jié)果為星號連點(diǎn)。從程序運(yùn)行結(jié)果可以看出，利用二次回歸曲線擬合得到的星號直線和原始數(shù)據(jù)繪制出來的直線基本上重合，可以看出，結(jié)果的誤差是很小的。 -20-19-18-17-16-15-14-13-12/ -0.4318-0.4128-0.3935-0.3738-0.3537-0.3333-0.3126-0.2916-0.2704-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-0.2488-0.227-0.205-0.1828-0.1603-0.1377-0.115-0.0922-0.0692-0.0462-1012345678-0.023100.02310.04620.06920.09220.1150.13770.16030.182891011121314151617180.2050.2270.24880.27040.29160.31260.33330.35370.37380.393519200.41280.4318由上表也可以看出計(jì)算得到的和曲線擬合出來的結(jié)果誤差很小。二、仿真線性調(diào)頻信號1. LFM脈沖的匹配濾波脈沖壓縮雷達(dá)能同時(shí)提高雷達(dá)的作用距離和距離分辨率。這種體制采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠大的作用距離；而接受時(shí)采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得窄脈沖，以提高距離分辨率，較好的解決雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。脈沖壓縮雷達(dá)最常見的調(diào)制信號是線性調(diào)頻信號,接收時(shí)采用匹配濾波器壓縮脈沖。 從雷達(dá)回波信號提取出表征目標(biāo)特性的(表征相對距離)和(表征目標(biāo)反射特性)，常用的方法是讓通過雷達(dá)發(fā)射信號的匹配濾波器，如圖2.1所示圖2.1 雷達(dá)回波信號匹配濾波處理的匹配濾波器為： 于是， 如圖3.1,經(jīng)過系統(tǒng)得輸出信號， 當(dāng)時(shí), (2.1)當(dāng)時(shí), (2.2)合并2.1和2.2兩式： （2.3） 2.3式即為LFM脈沖信號經(jīng)匹配濾波器得輸出,它是一固定載頻的信號。當(dāng)時(shí)，包絡(luò)近似為辛克（sinc）函數(shù)。 （2.4） 圖2.2 匹配濾波的輸出信號如圖3.2，當(dāng)時(shí)，為其第一零點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)時(shí)，習(xí)慣上，將此時(shí)的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。 LFM信號的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D， 上式表明，壓縮比也就是LFM信號的時(shí)寬頻寬積。2.線性調(diào)頻信號回波matlab仿真close allclear alleps = 0.;B=200.0e6; T=10.e-6; mu=B/T; Fs=2*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);fi=10e6;St=exp(j*pi*mu*t.2);Sr=exp(j*pi*mu*(t-1e-7).2);Ht=exp(-j*pi*mu*t.2);Jt=exp(j*2*pi*(mu.*t.2/2+fi.*t);S_J=St+Jt;Sot=conv(St,Ht); Sot1=conv(Sr,Ht);Sot2=conv(S_J,Ht); L=2*N-1;t1=linspace(-T,T,L);Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z1=abs(Sot1);Z1=Z1/max(Z1);Z2=abs(Sot2);Z2=Z2/max(Z2);freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);LFMFFT=fftshift(abs(fft(St);figure(1),subplot(211),plot(t*1e6,real(St),grid;xlabel(時(shí)間/us),title(實(shí)部),axis(-1 1 -1 1);subplot(212),plot(t*1e6,real(Sr),r),gridaxis(-1 1 -1 1),xlabel(時(shí)間/us),title(實(shí)部)figure(2),subplot(211),plot(t*1e6,imag(St),gridaxis(-1 1 -1 1),xlabel(時(shí)間/us),title(虛部)subplot(212),plot(t*1e6,imag(Sr),r),gridaxis(-1 1 -1 1),xlabel(時(shí)間/us),title(虛部)figure(3),plot(freq*1e-6,LFMFFT),xlabel(頻率/MHz)grid,title(LFM信號的頻譜);figure(4),plot(t1*B,Z) ,title(LFM匹配濾波后的波形);hold,plot(t1*B,Z1),axis(-30 50