第一章 引言
第一章 引言
1.1课题背景
对目标的定向，是雷达的主要任务之一，单脉冲定向是雷达定向的一个重要方法。之所以叫“单脉冲”，是因为这种方法只需要一个目标回波脉冲，就可以给出目标角位置的全部信息。单脉冲雷达系统中，目标的角位置信息是将回波信号加以成对比较得到的，在进行这种比较时，系统输出电压只取决于信号的到达角。单脉冲探测技术的作用就是首先选择一个具体的目标，然后在角度、距离，有时还在频率（或者速度）坐标上跟随目标的路线。其中角度跟踪也即测角就是测定目标的方位角和俯仰角。单脉冲测角的基本原理是运用指向目标（或发射机）的有方向性的天线波束，测量接收信号的到达角。为实现这样的目的，天线必须有这样的特性：它能测量指向误差，并将该指向误差作为适用于控制天线位置的信号。
单脉冲测角属于同时波瓣测角。在一个平面内，两个相同的波束部分重叠，其交叠方向即为等信号轴。将这两个波束同时接收到的回波信号进行和差处理，就可取得目标在这个平面上的角误差信号，然后将此误差电压放大变换加到驱动电动机控制天线向减小误差的方向运动。因为两个波束同时接收回波，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间可以很短，理论上只需分析一个回波脉冲就可以确定角误差。为了能够在两个正交的角坐标上得到单脉冲角度偏离估计值并进行角度跟踪，基本的单脉冲必须有三个通道，且通道之间都需要保持良好的幅度和相位响应的一致性。单脉冲技术由于其良好的测角、角跟踪性能和抗干扰能力，因此除了在跟踪雷达中应用之外，还广泛应用到各种武器平台的控制雷达当中。
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1.2 MATLAB在信号处理中的应用
现代雷达系统日益变得复杂，难以用简单直观的分析方法进行处理，往往需要
借助计算机来完成对系统各项功能和性能的仿真。利用计算机来进行雷达系统仿真具有方便、灵活以及经济的特点。而MATLAB提供了强大的仿真平台，可以为大多数仿真系统提供方便快捷的运算。根据雷达信号处理的主要方式，运用信号处理理论与MATLAB仿真软件相结合的思想，可以确定仿真模型。该模型应该具有将包含杂波的信号输入信号处理机的动态处理过程。利用MATLAB的仿真平台，能够方便的产生所需类型的回波信号，以及信号与各类干扰、噪声的组合；能够方
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便的进行信号处理，消除不需要的信号及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号。
一般来说，在MATLAB上进行系统仿真应该有如下步骤： 要达到的目的和要求。
2) 根据所研究的问题和目的，确定合理的系统模型，并给出数学表达式，这也是
仿真成败的关键。一般要求模型尽量简单，但又要与原型保持一致。 3) 确定具体的系统结构、描述方法、参数。 4) 确定仿真次数，打印仿真结果或直接绘制出曲线。
5) 最后对结果进行分析、判断，看是否达到仿真目的和要求。
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1) 首先确定研究的对象及要解决的问题，然后根据要解决的问题提出系统仿真所
1.3 主要工作及章节安排
本文主要是在MATLAB下进行和差脉冲测角的研究和仿真，研究和仿真的内
容主要有：雷达信号、天线、各种测角方法及其比较，并且着重对比幅和差单脉冲测角进行了仿真。
各章节大致安排如下：
仿真及信号处理方面的作用进行了介绍。
2) 第二章，提出了具体的角度处理模型，对雷达的发射信号、目标回波信号、以
及在噪声存在条件下的回波信号进行了建模和仿真。
3) 第三章，对天线方向图进行了介绍，介绍了三种天线方向图函数模型，仿真了
二维和三维天线方向图及和差波束方向图。 4) 第四章，对常用的测角方法进行了介绍及对比。
5) 第五章，对单脉冲系统的具体实现形式进行介绍、对比。重点仿真了和差比幅
测角，建立了具体仿真系统，并对在不同信噪比条件下仿真结果进行了对比。 1) 第一章，简要介绍了当下最为常见的单脉冲探测技术，并对MATLAB在系统
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第二章 信号环境的建模与仿真
第二章 信号环境的建模与仿真
现代雷达的体制多种多样，根据雷达体制的不同，
雷达发射信号 可以选用各种各样的信号形式，雷达信号形式的不同，对发射机和射频部分和调制器的要求也不同。对于常规雷达的简单脉冲波形而言，调制器主要满足脉冲宽度、脉冲重复频率和脉冲波形（脉冲上升沿、下降沿、和顶部的不稳定）的要求，一般困难不大，但对于复杂调制、射频放大器、调制器往往要用一些特殊措施才能满足。
天线调制 和差波束形成 2.1 角度测量处理模型
目标角度测量的基本处理流程框图如图2-1。其处理的基本原理是：发射机产生电磁信号（如正弦波短脉冲），经由天线调制，辐射到空中。发射信号的一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。向后再辐射回到雷达的信号被雷达天线采集，并送到接收机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并且确定其位置。
和差通道幅度比较 回波信号接收 杂波 目标 干扰 2.2 常用雷达信号
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目标角度（方位角、俯仰角计算） F（???0?K?） F∑2.2.1 线性调频信号
线性调频信号也称为chirp信号，它是通过对载波
进行线性频率调制而得到的。调频信号的频率变化规律可以是单调增加的，也可以是单调减小的，还可以是按
V字型变化的。 图2-1 其中
u(t)?21trect()ej?Kt
TT线性调频矩形脉冲信号的复数表达式可以写成
s(t)?u(t)ej2?f0t
(2-1)
(2-2)
为信号的复包络信号，T为脉冲宽度。且
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?1?t?rect()??T?0??t?T2 Tt?2(2-3)
信号的瞬时频率可以写成
fi?1d[2?(f0t?Kt2/2)]?f0?Kt 2?dt(2-4)
其中K=B/T为频率变化斜率，当k大于零时，表示频率递增，当k<0时，表示频率递减。B为频率变化范围，简称频偏，f0表示时间为零时的频率。 常见的线性调频信号的应用包括声纳、雷达、多普勒效应。为了能够测量长距离又保留时间的分辨率，雷达需要短时间的派冲波但是又要持续的发射信号，线性调频信号可以同时保留连续信号和脉冲的特性，因此被应用在雷达和声纳上。如图2-2及图2-3为其实部及其虚部图像，线性调频信号具有如下特点：
1）具有近似矩形的幅频特性，时宽带宽积D=BT值越大，其幅频特性越接近矩形，频谱宽度近似等于信号的调制频偏B。
2）具有平方率的相频特性，它是设计匹配滤波器时主要考虑的部分。
3）具有可选择的时宽带宽积。普通脉冲雷达产生的是单一载频脉冲信号，它的时
线性调频信号（实部）10.80.60.40.2幅度0-0.2-0.4-0.6-0.8-1-6-4-2024x 106-6时间（t） 图2-2 线性调频信号I路
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