雷达原理第7章课件.ppt

d为相邻阵元的间距。若相位差Δφ不变, 则三个波束是固定的, 若Δφ可变, 则波束在空间可进行扫描。这里的移相器组(波束形成网络)可以放在射频部分, 也可以放在中频部分。 -Δφ, 0, Δφ。θ0与Δφ的关系为 127/179 4. 脉内频扫系统 图7.43(a)为频扫多波束形成系统。雷达按一定的重复周期发射一个较宽的脉冲, 每个宽脉冲由M个频率各不相同的子脉冲组成［图 7.43(b)］, 这些子脉冲依次激励频扫天线阵列, 在空间相继出现M个指向不同的波束。 图 7.43 脉内频扫系统 (a)方框图; (b) 发射脉冲波形示意图 128/179 这个系统发射的实际上是一种脉内离散调频信号。若改用脉内连续调频信号, 也同样适用。这时, 每个信道占有一定的频带(与空间每个波束所占频带相应), 并通过脉冲压缩处理, 得到一个窄脉冲输出。这样不仅有高的角数据率, 还具有较高的距离分辨力。  脉内频扫系统各信道的信号带宽有一定的限制。例如, 假定总的调频带宽为 200 MHz, 各信道所占带宽为 20MHz, 则每个信道的信号带宽也就限制在 20 MHz。另外, 所有频扫天线有一个共同缺点: 不宜采用随机频率捷变技术。 脉内频扫技术在现有的三坐标雷达中得到应用。 由于这些波束前后出现相差时间很短, 因而近似于M个波束同时照射整个覆盖区域。目标的角信息就包含在回波信号的载频上。也就是说，处在不同方向的目标的回波信号, 脉宽(子脉冲宽度)和重复周期相同, 但载频不同。根据接收机内中心频率与各子脉冲频率相应的M个信道的输出, 可确定目标方向。这里，M个信道对应M个指向不同的波束。 129/179 5. 数字波束形成系统 数字波束形成(DBF)。构成如图 7.44。 (1)首先要将阵列天线中每个阵元收到的信号经过混频、中放和正交相位检波, 变为正交视频(零中频)信号I和Q分量； (2)分别经A/D变换器转变为数字量Is和Qs。 从图中可看出, 各阵元信号均有独立的接收通道, 为了保持各阵元信号之间相对的相位关系, 各通道所用的本振信号与中频相参信号的相位应严格相同, 各接收通道应保持振幅和相位均衡。 图 7.44 数字波束形成系统组成框图 (a) 单波束DBF 130/179 正交信号Is和Qs包含了阵元信号的幅度和相位信息,幅度Us和相位φs分别为 (3)波束形成时要对信号的相位进行控制, 在数字信号处理时，可以对它进行复加权，以获得数字式移相。 设复权值为 w=wI+j wQ=ejθ=cos θ+j sin θ 信号为 131/179 将信号乘复权值后即可得到相移后的信号U0， 只需改变权值w, 即可控制信号的移相量θ。 实际的复乘是由四个实数乘法器完成的, 而实乘可用数字式快速乘法-累加器实现。 可将上式展开如下: 132/179 改变权值可以控制相移, 也可以改变幅度。例如令: w=wI+jwQ=aejθ。只改变相位时, 对数字信号复加权和相扫天线阵中所接移相器的作用是相同的。  波束形成要对阵列天线的各阵元信号加上按线性改变的相移量, 在数字波束形成系统中， 要对各阵元信号乘以不同的复权值。  设天线阵列有N个阵元, 设其基频阵元接收信号矢量为 S=［s1 s2 … sN］T si均为复信号；上标T表示转置。 133/179 由相移量化误差引起的均方副瓣电平增加可表示为 (7.3.15) 此处N为天线阵的阵元数; B=3 时, 副瓣较主瓣低 47dB; B=4 时, 则副瓣低于主瓣 53 dB, 对一般应用是可以接受的。但由于实际的相移量化误差分布不是随机的而具有周期性, 因而会产生寄生的量化副瓣。在周期性三角形分布条件下，其峰值为1/22B, 此值较大而需设法降低, 一种办法就是破坏其周期性规律。 相移量化所产生的最大指向误差Δθ为 (7.3.16) 式中，θB为波束宽度。 例如B=4 时, Δθ/θB=0.049 为可能产生的最大指向误差。 95/179 7.3.4 频率扫描 如图 7.28 所示, 如果相邻阵元间的传输线长度为l, 传输线内波长为λg, 则相邻阵元间存在一激励相位差 (7.3.17) 改变输入信号频率f, 则λg改变, Φ也随之改变, 故可实现波束扫描。这种方法称为频率扫描法。  图 7.28 频扫直线阵列 96/179 通常l应取得足够长, 这对提高波束指向的频率灵敏度有好处(下面说明), 所以Φ值一般大于 2π, 式(7.3.17)可改写成 (7.