1、 摘要 摘 要 相控阵体制雷达作为新体制雷达 代表之一，其 能 跟踪多 个 目标 ， 机动性强 ，反应时间短 ， 数据率高 ， 抗干扰能力强 ，可靠性高等特点为其提供了诸多优势。随着相关技术的不断发展，相控阵体制雷达在各个领域内都被广泛采用。本文主要对相控阵雷达角度测量 与 干扰方法 进行研究 ，所做的主要研究 工作 如下： 介绍了阵列天线 的 方向图函数，波瓣宽度，零点位置等基本知识 ， 并 在 不同窗函数下，对阵列天线进行实验仿真说明 窗函数对 阵列天线 方向图的影响。 介绍了三种雷达发射信号，相参脉冲、线性调频 和 相位编码信号 ， 并分别对它们 的 模糊 函数进行 仿真，分析 了 信号
2、的特点。 研究 了匹配滤波器的工作原理， 对 线性调频信号 经过 匹配滤波 处理进行了 信号仿真 。 论文重点对相控阵雷达的角度测量方法及其干扰方法进行了研究。主要内容有：对 比幅单脉冲雷达的角度测量方法研究 ， 其中包括比幅单脉冲雷达的角度测量模型和比幅法单脉冲测角的精度分析； 对 幅度和差单脉冲雷达的角度测量方法研究， 其中包括幅度和差单脉冲雷达的角度测量模型和幅度和差单脉冲测角的 精度分析。对比幅单脉冲雷达的角度欺骗方法研究 ，其中包括比幅单脉冲雷达的角度测量分析 、 角度欺骗干扰方法分析 ，并 对 比幅单脉冲雷达的 角度欺骗干扰 进行仿真实验；对幅度和差单脉冲雷达的角度欺骗方法研究 ，
3、其中包括 幅度和差单脉冲 雷达的角度测量分析 、 角度欺骗干扰方法分析 ， 并对幅度和差单脉冲雷达 角度欺骗干扰进行仿真 实验 。 通过研究 表明， 通过相干干扰方式可以， 增大 相控阵雷达的 测角误差，达到好的角度欺骗干扰效果。 对相控阵雷达跟踪滤波器进行研究，介绍了两种跟踪滤波器 滤波器和卡尔曼滤波器的原理，在两种不同的航迹函数下 ，对它们进行实验仿真 ， 分析仿真所得到 的 误差函数 。 关键词： 相控阵 雷达 角度测量 角度欺骗干扰 跟踪滤波器 Abstract Abstract As the representative of the new radar system, phased
4、-array radar system can keep track of multi-objective, which has strong mobility, short reaction time, high data rate, strong anti-jamming capability and high reliability. With the relevant technology developed continuously, phased array radar system has been widely adopted in various fields. This p
5、aper focuses on the phased-array radar angle measurement and interference methods, the main contents are described as followings. Firstly, the basic knowledge of the antenna array is introduced, which includes pattern of phased array antenna, mainlobe width and zero positions. Simulation is made to
6、show the effect of window functions on pattern of phased array antenna. Three kinds of radar transmitted signals are introduced, which are coherent pulse, the LFM and phase-coded signals. Ambiguous function is simulated to analyze their signal characteristics. The principle of matched filter is stud
7、ied, and linear frequency modulation signal after matched filter is simulated. Secondly, the angle measurement method of amplitude comparison monopulse radar is researched, including the angle measurement model of amplitude comparison monopulse radar and the angle measurement precision analysis of a
8、mplitude comparison monopulse radar. The angle measurement method of the sum and difference patterns of amplitude monopulse radar is studied, including the angle measurement model of sum and difference patterns of amplitude monopulse radar and the angle measurement precision analysis of sum and diff
9、erence patterns of amplitude monopulse radar. Angle deception method of amplitude comparison monopulse radar is studied, including the angle measurement analysis and angle deception jamming methods analysis of amplitude comparison monopulse radar. Angle deception method of sum and difference pattern
10、s of amplitude monopulse radar is studied, including the angle measurement analysis and angle deception jamming methods analysis of sum and difference patterns of amplitude monopulse radar. Corresponding simulation is made. Finally, tracking filter of phased array radar is studied, principle of two
11、tracking filters is introduced, which are filter and the Kalman filter. Simulation is made to analyze the error function. Keywords: phased array radar angle measurement angle deception jamming tracking filter 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 相控阵 雷达发展历史 . 1 1.2 相控阵雷达的特点 . 2 1.3 研究目的和意义 . 2 1.4 论文结构安排 . 4 第二章 阵列天线基础
12、理论 . 7 2.1 引言 . 7 2.2 线性 阵列天线 . 7 2.2.1 天线方向图 . 7 2.2.2 波瓣宽度 . 9 2.2.3 零点位置 . 10 2.2.4 天线带宽 . 10 2.2.5 加权方式 . 11 2.3 阵列天线实验仿真 . 11 2.3.1 阵列天线方向图 . 11 2.3.2 阵列天线加窗 . 12 2.4 小结 . 14 第三章 雷达信号形式及处理方法研究 . 15 3.1 引言 . 15 3.2 雷达发射信号 . 15 3.2.1 相参脉冲信号 . 16 3.2.2 线性调频信号 . 16 3.2.3 相位编码信号 . 18 3.3 雷达发射信号模糊函数仿
13、真 . 19 3.3.1 雷达模糊函数 . 19 3.3.2 信号模糊函数实验仿真 . 20 3.4 匹配滤波器 . 23 3.4.1 匹配滤波器原理 . 23 3.4.2 LFM 的匹配滤波 . 24 3.4.3 LFM 的匹配滤波实验仿真 . 25 3.5 脉冲压缩 . 26 3.5.1 相关处理 . 26 3.5.2 扩展处理 . 28 3.6 脉冲压缩实验仿真 . 30 3.6.1 相关处理仿真 . 30 3.6.2 扩展处理仿真 . 31 3.7 小结 . 33 第四章 比幅单脉冲雷达的角度测量方法研究 . 35 4.1 比幅单脉冲雷达的角度测量模型 . 35 4.2 比幅法单脉冲测
14、角的精度分析 . 37 4.3 小结 . 41 第五章 幅度和差单脉冲雷达的角度测量方法研究 . 43 5.1 幅度和差单脉冲雷达的角度测量模型 . 43 5.2 幅度和差单脉冲测角的精度分析 . 46 5.2.1 幅度和差单脉冲测角的噪声误差 . 46 5.2.2 网络 误差 . 49 5.3 小结 . 52 第六章 对比幅单脉冲雷达的角度欺骗方法研究 . 53 6.1 比幅单脉冲雷达的角度测量分析 . 53 6.2 对比幅单脉冲雷达的角度欺骗干扰方法分析 . 54 6.3 对比幅法单脉冲雷达的角度欺骗干扰仿真实验 . 56 6.4 小结 . 62 第七章 对幅度和差单脉冲雷达的角度欺骗方法
15、研究 . 63 7.1 幅度和差单脉冲雷达的角度测量分析 . 63 7.2 对幅度和差单脉冲雷达的角度欺骗干扰方法分析 . 64 7.2.1 只有两个相干干扰信号的角度欺骗方法分析 . 64 7.2.2 目标与两个相干干扰信号都 存在时的角度欺骗方法分析 . 66 7.2.3 非相干干扰的角度欺骗方法分析 . 67 7.3 对振幅和差单脉冲雷达的角度欺骗干扰仿真实验 . 69 7.4 小结 . 79 第八章 跟踪滤波器 . 81 8.1 引言 . 81 8.2 跟踪滤波器 . 81 8.2.1 滤波器 . 82 8.2.2 卡尔曼滤波器 . 83 8.3 滤波器仿真分析 . 85 8.4 小结
16、 . 91 结束语 . 93 致 谢 . 95 参考文献 . 97 在读期间的研究成果 . 99 第 一 章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 相控阵雷达 发展 历史 相控阵技术，早在 20 世纪 30 年代后期就已经出现。 1937 年， 美国 首先开始这项研究工作 ， 但一直到 20 世纪 50 年代中期才研制出 2 部实用型舰载相控阵雷达。 60 年代，美国和 前 苏联 相继研制和装备了多部相控阵雷达，多用于弹道导弹防御系统，如美国的 AN/FPS-46、 AN/FPS-85、 MAR、 MSR。 前苏联 代号为“猫窝” 和 “ 狗窝 ”，也 属于大型相控阵雷达， 主要用于弹道导弹预警和反
17、导作战的空间探测跟踪。该系列雷达的探测距离为 2800 3000 公里，具有信号处理、信号波形设计、抗干扰、识别诱饵与弹头以及同时跟踪多个目标等功能。它们将来袭弹头的弹道参数、攻击目标等信息传送给预警指挥中心，以协调拦截作战的火力分配。以上几种 共同点：采用固定式平面阵天线，天线体积大、辐射功率高、作用距离远。其 中 以 美国的 AN/FPS-85 和前苏联的 “狗窝 ”最为典型。 20 世纪 70 年代，相控阵雷达得到了迅速发展，除美苏两国外，又有很多国家研制和装备了相控阵雷达，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最为典型的有：美国的 AN/TPN-25、 AN/TPQ-37 和 GE-592
18、、英国的 AR-3D、法国的 AN/TPN-25、日本的 NPM-510 和 J/NPQ-P7、意大利的 RAT-31S、德国的 KR-75 等。这一时期的相控阵雷达具有机动性高、天线小型化、天线扫描体制多样化、应用范围广等特点。 20 世纪 80 年代，相控阵雷达由于具有很 多独特的优点，得到了更进一步的应用。在已装备和正在研制的新一代中、远程防空 导弹武器系统中多采用多功能相控阵雷达，它已成为第三代中、远程防空导弹武器系统的一个重要标志。从而，大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。 从 80 年代末 经过十年时间 的努力，“ 海之星 ” 让中国成为了第三个拥有自主创新舰载多功能雷达的国家，该雷达是中国真正自主创新研制的相控阵雷达。它的研制成功标志着中国第一部舰载多功能相控阵雷达的研制已达国际领先水平。国内新型导弹驱逐舰 “ 海口” 号上的相控阵雷达是目前最先进的雷达之一，不但能扫描探测目标，还能对 发出的导弹进行跟踪，对空探测距离、引导能力和同时处理的目标数量，在世界范围内都处于领先地位。 “ 武汉 ” 号上的超视距雷达可对敌舰艇实施超视距攻击，并且可以同时攻击多批次水面目标。 到了 21 世纪，相控阵雷达随着科技的不断发展和现代战争兵器的特点，其制造和研究更上一层楼。
