一种小信号下实现单脉冲测角的方法

摘要

本发明涉及一种小信号下实现单脉冲测角的方法，对于∑/△体制雷达系统，∑通道和△通道各含一个接收机，采用传统接收机作为∑通道接收机，而△通道接收机采用改进接收机，所述的改进接收机是在传统接收机的基础上，去掉其门限D－E的限制，使△接收机能输出小于灵敏度并大于噪声的信号。本发明的有益效果在于：仅需对△通道传统接收机系统进行算法改进；∑/△接收机均硬件沿用，可大大降低雷达研制成本；在确保雷达系统原有系统性能的基础上，新增小信号下单脉冲测角性能，从而实现雷达系统整个探测范围内都具有对目标单脉冲测角能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现单脉冲测角的方法，特别地涉及一种小信号下 实现单脉冲测角的方法。

背景技术

自20世纪30年代雷达问世以来，雷达技术发展迅猛。特别是第二 次世界大战中，作为主要探测手段的雷达应运而生，它的主要任务是发 现目标的存在，测量目标的坐标位置(目标的距离、方位、仰角)。第二 次世界大战以后，相控阵雷达日益广泛，其具有波束快速电扫，波束形 状捷变、天线与雷达平台共形、多波束形成等优点。

对于采用∑/△体制的雷达，一种测量目标角度的实现方式是利用 ∑/△方向图特性一次性测出目标角度。如图1、图2所示，图中，虚线分 别表示“∑”和“∑-△幅度”；其中的“∑”代表∑通道方向图，“△”代表差 方向图，具体实现方法是：

a)预先在实验室采集到雷达的∑方向图和△方向图，提取∑、△方向 图的幅度和相位，得到∑/△方向图的幅度差和相位差，即图1中的 “∑-△幅度”和“∑-△相位”。将“∑-△幅度”和“∑-△相位”存储到信号处 理模块上；

b)在雷达实际工作中，雷达对目标进行探测，接收到目标反射或响应 的信号形成∑、△信号，提取出∑、△幅度和相位，得到实测幅度差fc 和相位差xc；

c)从预存在信号处理模块上的“∑-△幅度”曲线上找到对应的实测幅 度差值fc，即可查表得出目标角度为

A＝B±C

其中：A为查表得出的目标角度；

B为波束指向；

C为实测幅度差值fc在“∑-△幅度”曲线上偏离波束指向的角度 绝对值。

再从“∑-△相位”曲线上查出实测相位差xc对应的角度在波束指向的 左侧还是右侧。若在左侧，则目标角度为A＝B－C，若在右侧，则目标 角度为A＝B+C。

现有技术存在的缺点：探测范围是雷达的一个重要指标，在现代雷 达中，要求具有更远的探测范围。但是探测距离越远，雷达接收到得反 射或响应信号就越小。由于传统雷达系统接收机都具有一定的灵敏度， 设为D±E，对于大于D－E的信号，接收机输出实际大小信号，对于小于 灵敏度D－E的信号，接收机通常设置门限值D－E，统一输出D－E大 小的信号。

随着单脉冲技术的发展和应用，采用∑/△体制雷达使用传统接收机 将无法实现小信号的单脉冲测角。如图1所示，假设波束指向角度为a， 目标角度也为a，雷达测得目标的∑/△幅度差为b，由于∑信号在角度a 方向一定比△大，故b＞0。随着∑/△信号大小逐渐变小，当∑减小到D －E+b时，△信号为D－E；当∑/△信号继续变小时，△信号由于门限设 置仍输出D－E，此时∑/△幅度差将减小于至c(c＜b)，出现如图2所示 的情况：△信号“截止变形”。在△信号“截止变形”的情况下根据c从预存 在信号处理模块上的“∑-△幅度”曲线查找对应值，将引起查找的角度值错 误，最终对目标测角错误。更严重的情况是，如果信号处理对∑/△幅度 差设置了门限d，当实测∑/△幅度差c小于门限d时，将因∑/△幅度差不 满足门限值舍弃目标，引起目标的丢失。因此，∑/△体制雷达使用传统 接收机进行单脉冲测角时，只有△通道实际信号大于D－E的大信号才有 效，对于小于D－E的信号，无法进行单脉冲测角。即现有∑/△体制雷达 只能在部分探测范围内实现单脉冲测角技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题即在不影响雷达系统性能的情况下解决 在小信号时△信号“截止变形”引起测角错误或目标丢失的问题。特别地， 涉及一种在小信号状态下实现单脉冲测角功能并提高测角性能的方法。

本发明涉及一种小信号下实现单脉冲测角的方法，对于∑/△体制雷 达系统，∑通道和△通道各含一个接收机，采用传统接收机作为∑通道接 收机，而△通道接收机采用改进接收机，所述的改进接收机是在传统接 收机的基础上，去掉其门限D－E的限制，使△接收机能输出小于灵敏度 并大于噪声的信号。

由于∑通道信号始终大于接收机灵敏度，对信号进行相关解调后能输 出稳定的相关峰，并在同一时刻对△通道信号进行相关解调，可输出小 于灵敏度的信号。

所述的传统接收机具有一定的灵敏度，设为D±E，对于大于D－E 的信号，接收机输出实际大小信号，对于小于灵敏度D－E的信号，接收 机通常设置门限值D－E，统一输出D－E大小的信号。

去掉其门限D－E的限制，具体改进方案是：传统接收机对输出幅度 进行了最小幅度输出限制(最小输出限制为D－E的信号)，且传统接收 机△通道的幅度、相位信息是依靠相关解调出的相关峰位置进行采集， 也即传统接收机△通道的幅度、相位信息是依靠自身接收机相关解调出 的相关峰位置进行采集，改进后的接收机取消对最小幅度输出限制，且 对接收机△通道的幅度、相位信息的采集不在依靠△通道的相关峰位置， 而是依靠∑通道的相关峰位置，使△接收机能输出小于灵敏度并大于噪声 的信号。

假设波束指向角度为a，目标角度也为a，雷达测得目标的∑/△幅度 差为b，由于∑信号在角度a方向一定比△大，故b＞0；随着∑/△信号大 小逐渐变小，当∑减小到D－E+b时，△信号为D－E；当∑/△信号继续 变小时，△信号由于门限设置仍输出D－E，此时∑/△幅度差将减小于至 c，其中c＜b。

△通道噪声电平N要尽量满足小于D－E－b的要求，此时在噪声电 平到灵敏度电平范围内仍有信号能量存在，改进型接收机可将N～(D－ E)范围的△信号解调送出。

本发明具体来说，其沿用∑通道传统接收机，保留门限设置；改进△ 通道传统接收机系统，去掉门限设置，使其能输出小于灵敏度的信号； 两种接收机配合使用。

本发明的有益效果在于：

a)仅需对△通道传统接收机系统进行算法改进；∑/△接收机均硬件沿用， 可大大降低雷达研制成本；

b)在确保雷达系统原有系统性能的基础上，新增小信号下单脉冲测角性 能，从而实现雷达系统整个探测范围内都具有对目标单脉冲测角能力。

附图说明

图1为∑/△体制雷达测角方向图。

图2为传统接收机在小信号下△信号“截止变形”方向图。

图3为本发明在小信号下的方向图。

图4(a)、图4(b)为使用传统接收机分别对∑通道和△通道信号进 行幅相采集的示意图。

图5(a)、图5(b)使用传统和改进接收机配合对∑通道和△通道信 号进行幅相采集的示意图。

具体实施方式

对于∑/△体制雷达，∑通道和△通道一般各含一个接收机，本发明采 用沿用传统接收机作为∑通道接收机，而△接收机将采用改进接收机。

改进接收机是在传统接收机的基础上，修改其系统算法，去掉其门 限D－E的限制。具体改进方案是：传统接收机对输出幅度进行了最小幅 度输出限制(最小输出限制为D－E的信号)，且传统接收机△通道的幅 度、相位信息是依靠自身接收机相关解调出的相关峰位置进行采集，改 进接收机取消对最小幅度输出限制，且对接收机△通道的幅度、相位信 息的采集不在依靠△通道的相关峰位置，而是依靠∑通道的相关峰位置， 使△接收机能输出小于灵敏度并大于噪声的信号。

当信号小于D-E时，传统接收机可能输出的相关峰不稳定或无相关 峰输出，只有大于D-E的信号时，传统接收机才能输出稳定的相关峰， 故改进的接收机虽去掉了门限限制，但为了在正确的时刻进行信号幅度、 相位采集，必须依靠稳定的∑通道相关峰。

修改后的雷达系统正常工作时，由于∑通道信号始终大于接收机灵敏 度，对信号进行相关解调后能输出稳定的相关峰，并在同一时刻对△通 道信号进行相关解调，可输出小于灵敏度的信号。

采用本发明后的∑/△体制雷达在小信号时测角原理如图3所示，图3 中，虚线分别表示“∑”和“∑-△幅度”；其中的“∑”代表∑通道方向图， “△”代表差方向图，由于取消了门限D－E的限制，△通道可输出实际信 号幅度小于D－E的信号，从而两接收机输出的∑/△方向图基本与图1中 的大信号情况下的∑/△方向图一致。

本发明的前提是△通道噪声电平N要尽量满足小于D－E－b的要 求，此时在噪声电平到灵敏度电平范围内仍有信号能量存在，改进型接 收机可将N～(D－E)范围的△信号解调送出。

由于未对∑通道接收机进行修改，因此不影响雷达系统探测范围等技 术指标，即不影响雷达系统原有性能。

进一步地，如图4(a)、图4(b)所示，图4(a)、图4(b)是使用 传统接收机对∑通道和△通道信号进行幅相采集，其中，△通道根据射频 信号相关解调出的相关峰脉冲，在相关峰位置对射频信号幅度相位进行 采集。

如图5(a)、图5(b)所示，，图5(a)、图5(b)是使用传统和改 进接收机配合对∑通道和△通道信号进行幅相采集，△通道已经过改进， 其中，由于△通道信号可能小于灵敏度，改为采用∑通道相关峰位置对射 频信号进行幅度相位采集，并释放D－E限制。其中，图4、图5中，横 坐标表示时间，纵坐标表示信号幅度。

由于△通道信号是接近噪声电平的信号，信噪比很小，解出的△信 号波动比大信号情况下大，测角精度将受到一定影响。但是从系统出发， 在整个探测范围内都具有对目标进行测角的能力将是一个质的提升。

本发明所能在小信号状态下实现单脉冲测角功能并提高其性能的方 法。通过改进△通道传统接收机软件算法，使其输出小于灵敏度的信号， 解决小信号下△通道输出信号“截止变形”问题；同时沿用原∑通道的 传统接收机，使接收机在小信号下也能输出正常的∑/△信号。实现∑/△ 体制雷达在小信号状态下亦能实现单脉冲测角功能并提高测角性能。

本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举 的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所 作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。