多波束形成的基本原理精選(九篇)

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第1篇：多波束形成的基本原理范文

關(guān)鍵詞： 二次雷達(dá)；竄擾；多徑干擾；單脈沖方式；多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合

中圖分類號(hào)：TN958.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2012）0210010－01

0 引言

二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）以其能夠報(bào)告目標(biāo)位置、高度、身份等優(yōu)點(diǎn)，在軍事系統(tǒng)中以及民航空管系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。然而，由于二次監(jiān)視雷達(dá)在工作中均使用Lx頻段，在同一合理處理時(shí)段使用相同的詢問(wèn)頻率和應(yīng)答頻率，應(yīng)用中存在因同頻干擾引起的虛假目標(biāo)，加之近年來(lái)空間通訊密度日增，所需處理的目標(biāo)數(shù)目大大增多，使得航管以及識(shí)別工作中存在的竄擾和虛假目標(biāo)等問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。所有這些對(duì)二次雷達(dá)在高密度應(yīng)答環(huán)境下有效去除干擾提出了更高的要求。

目前，在處理二次雷達(dá)竄擾、多徑干擾引起的虛假目標(biāo)方面，多數(shù)技術(shù)都集中在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)級(jí)處理，如文獻(xiàn)[1]討論了在信號(hào)檢測(cè)級(jí)上實(shí)現(xiàn)對(duì)竄擾情況下單脈沖二次雷達(dá)應(yīng)答碼的提取。

1 概述

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外軍事上使用的新型雷達(dá)識(shí)別器大多是基于二次雷達(dá)工作方式，主要配置在陸海空等武器平臺(tái)上，以二次雷達(dá)“詢問(wèn)/應(yīng)答”的協(xié)同工作方式，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)的空海地目標(biāo)進(jìn)行快速可靠的敵我識(shí)別，判別目標(biāo)屬性，形成完整的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。

其中二次雷達(dá)識(shí)別使用的單脈沖詢問(wèn)方式，是通過(guò)終端的單脈沖信號(hào)處理，完成目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)的角度分離和目標(biāo)識(shí)別，有效減少了和通道旁瓣觸發(fā)引起的內(nèi)部干擾，提高了分辨率，消除假目標(biāo)。通過(guò)終端的單脈沖信號(hào)處理，完成目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)的角度分離和目標(biāo)識(shí)別，減少竄擾，處理多個(gè)目標(biāo)的回答。

2 旁瓣抑制處理方法

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外二次雷達(dá)通常使用單脈沖詢問(wèn)天線的和波束發(fā)射作為詢問(wèn)信號(hào)，使用和波束、差波束同時(shí)作為接收應(yīng)答信號(hào)，系統(tǒng)按接收旁瓣抑制方式（RSLS）工作。

單脈沖系統(tǒng)有幅度單脈沖和相位單脈沖兩種體制，我們常見的采用的是相位單脈沖系統(tǒng)。即對(duì)于由兩個(gè)天線口徑所形成的相互重疊的天線波束，通過(guò)比較目標(biāo)到達(dá)每個(gè)天線波束之間的信號(hào)相位差來(lái)得到目標(biāo)的指向角，以達(dá)到對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。

在這里，每組天線波束收到的信號(hào)幅度相同，目標(biāo)偏角是信號(hào)相位的函數(shù)。以相距為d的兩組天線所構(gòu)成的單脈沖系統(tǒng)為例。若目標(biāo)的距離為R，并假設(shè)R＞＞d，目標(biāo)瞄準(zhǔn)線和視軸（兩天線連接線的垂直平分線）之間構(gòu)成的夾角為，如圖1所示。

通過(guò)詢問(wèn)天線陣列設(shè)計(jì)和幅度加權(quán)可以控制差波束最大值角度靠近視軸，壓窄差波束叉口寬度，消除差波束零點(diǎn)并抬高其電平以便覆蓋和波束寬角旁瓣。

3 同步竄擾處理方法

找尋恰當(dāng)處理同步竄擾的方法一直是數(shù)據(jù)處理和雷達(dá)信號(hào)的一個(gè)重要

課題。在信號(hào)處理中，采用的方法有著包括滑窗法、單脈沖方法等等。在數(shù)據(jù)處理部分涉及的方法較多，但往往會(huì)因?yàn)樾畔⑸伲a(chǎn)生較大難度。以下簡(jiǎn)要描述信號(hào)處理的滑窗法，以及數(shù)據(jù)處理中采用的多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理方法。

3.1 滑窗法

傳統(tǒng)的二次雷達(dá)用以應(yīng)對(duì)接受應(yīng)答信號(hào)的交疊處理主要是基于滑窗法。第一步通過(guò)檢測(cè)相鄰間隔置有無(wú)脈沖對(duì)來(lái)檢測(cè)波形框架，然后進(jìn)行幻影處理。對(duì)所關(guān)心的一串重疊的框架中所有中間的框架全部認(rèn)為是幻影而丟掉，只保留其中首個(gè)和最后一個(gè)框架。然后對(duì)代碼的提取，方法是將保留的真實(shí)框架中代碼相應(yīng)位置上有脈沖的將其認(rèn)為代碼是1，沒(méi)有脈沖則代碼是0。

此方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：能較準(zhǔn)確確定每個(gè)應(yīng)答脈沖的位置；能準(zhǔn)確檢測(cè)到可能存在的框架（在低密度應(yīng)答中）；方法較簡(jiǎn)單，在中低密度中能準(zhǔn)確取出大多數(shù)的異步干擾。

但是，滑窗法由于自身構(gòu)成的原理決定了其無(wú)法避免地存在的嚴(yán)重缺陷，主要是：在應(yīng)答交疊數(shù)超過(guò)兩次的時(shí)候，最多只能同時(shí)處理兩架飛行參照物，就是說(shuō)在高密度應(yīng)答情況下檢測(cè)率會(huì)明顯偏低；在幻影較多、異步干擾嚴(yán)重的情況下，檢測(cè)概率偏低并且易出現(xiàn)誤判、錯(cuò)判[2]。

3.2 多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合自身的基本原理主要是充分利用多個(gè)傳感器所得到的資源，對(duì)可以檢測(cè)到的信息進(jìn)行合理支配與使用，將時(shí)間和空間上冗余或互補(bǔ)信息按照一定的規(guī)則進(jìn)行組合，獲得對(duì)被檢測(cè)目標(biāo)的較一致認(rèn)識(shí)。

這里對(duì)于竄擾目標(biāo)，僅靠雷達(dá)數(shù)據(jù)處理來(lái)避免虛假目標(biāo)的分析和處理，依舊是存在較大的難度。我們?cè)趯?shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，不僅考慮雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理，還主要融合多雷達(dá)融合信息進(jìn)行處理[3，4]。在本篇文章中，在多部雷達(dá)共同覆蓋區(qū)域內(nèi)，若其中一部雷達(dá)報(bào)告新的目標(biāo)，同時(shí)中斷其它兩個(gè)目標(biāo)的報(bào)告，而融合航跡中，若有兩個(gè)穩(wěn)定的航跡，且新目標(biāo)的3/A模式代碼與中斷的兩個(gè)航跡3/A模式代碼具有位或的關(guān)系，則可以認(rèn)為該目標(biāo)是虛假目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)高密度飛行區(qū)域、常規(guī)二次監(jiān)視雷達(dá)數(shù)據(jù)中常見幾類干擾形成原因及其對(duì)應(yīng)答碼的影響進(jìn)行了分析，并提出了單脈沖工作方式、數(shù)據(jù)處理級(jí)的滑窗法、多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法。本文方法適用于多雷達(dá)共同覆蓋區(qū)域。我國(guó)中東部目前基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多雷達(dá)覆蓋，應(yīng)用本方法在一定程度上可以避免同步竄擾對(duì)管制工作的影響。通過(guò)在民航管制中心引接的多雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的適用性和有效性。我們將在今后進(jìn)一步研究多雷達(dá)融合處理同步竄擾的細(xì)則和其 參數(shù)設(shè)置適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：多波束形成的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】SSR ADS-B；測(cè)角精度；標(biāo)校

1.引言

二次雷達(dá)設(shè)備在空中交通管制中發(fā)揮著重要的作用，可以為管制工作人員提供比一次雷達(dá)精度高的航跡數(shù)據(jù)，還能提供識(shí)別信息，即飛機(jī)的代碼，當(dāng)飛機(jī)發(fā)生故障、通信系統(tǒng)失效或遇到劫持時(shí)，能夠提供危機(jī)警告信息。為了監(jiān)視空域，和管理一些臨時(shí)空域，需要發(fā)展車載二次雷達(dá)設(shè)備，快速部署到監(jiān)視區(qū)域。與陸地固定安裝的二次雷達(dá)相比，有其共同的特點(diǎn)，也有其獨(dú)特的一面，主要是受安裝環(huán)境的影響，不能安裝大尺寸的機(jī)械掃描天線，需要安裝一維相掃的天線，特別是在空曠區(qū)域監(jiān)視時(shí)，地面的反射很強(qiáng)，多徑效應(yīng)非常顯著。針對(duì)這些情況，本文分析了影響二次雷達(dá)測(cè)角精度的主要因素，針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一些解決措施，在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.精度分析

二次雷達(dá)測(cè)角時(shí)，多種因素的影響都將產(chǎn)生測(cè)角誤差。按誤差的類型可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差可通過(guò)校正加以消除或減小，隨機(jī)誤差則難以消除，它們直接影響測(cè)角的精度。在雷達(dá)的各種測(cè)角方法中，單脈沖測(cè)角方法因?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)健性好等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的單脈沖測(cè)角方法主要有四種：振幅-振幅式，相位-相位式，振幅和-差式及相位和-差式。針對(duì)本設(shè)備中使用的振幅和-差式單脈沖測(cè)角方法，分析影響測(cè)角精度的主要因素。

2.1 振幅和-差式單脈沖測(cè)角

由于在使用和-差角度鑒別器的單脈沖雷達(dá)對(duì)于接收支路特性的相位一致性要求相對(duì)不太苛刻，所以比較普遍的用于現(xiàn)代的一些雷達(dá)站。這種方法所要求的設(shè)備量少，除要求和差通道的增益均衡外，對(duì)兩路之間的相位關(guān)系要求不高，具有較大的實(shí)用價(jià)值。其原理框圖如圖1所示。

在這種單脈沖系統(tǒng)中，應(yīng)答信號(hào)從天線的輸出端加到比較器進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)的相加和相減。由比較器輸出的高頻和通道信號(hào)及差通道信號(hào)分別輸出到和及差接收支路，經(jīng)接收機(jī)變換成中頻信號(hào)，同時(shí)放大到所需的電平。誤差角在一定范圍內(nèi)與差信號(hào)的幅度成正比，差信號(hào)的幅度可以確定角偏離的大小，而和通道信號(hào)與差通道信號(hào)之間的相位差則確定偏離角的符號(hào)，即目標(biāo)對(duì)于等強(qiáng)信號(hào)的偏移方向。

由圖2可見，天線輸出的差信號(hào)的相位隨目標(biāo)偏離等強(qiáng)信號(hào)的方向而不同，它可能與和通道信號(hào)同相，也可能與和通道信號(hào)反相。在沒(méi)有誤差時(shí)（即目標(biāo)與天線等強(qiáng)信號(hào)方向重合時(shí)），加到兩個(gè)接收支路輸入端的目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)的振幅相等，因此，差信號(hào)等于零。

假定天線對(duì)功率平均分配，則天線輸出的和信號(hào)及差信號(hào)分別為：

其中表示和信號(hào)，表示差信號(hào)。

經(jīng)過(guò)限幅、變頻和放大后，可以將信號(hào)處理分機(jī)輸入端的和通道信號(hào)及差通道信號(hào)表示為：

式中、—和差之路天線信號(hào)增益； 、—支路中的相移；

在信號(hào)處理后得到：

—為信號(hào)處理器鑒相后的傳輸系數(shù)

因?yàn)樵谝粋€(gè)特定的系統(tǒng)中，天線方向圖和鑒相器特性已經(jīng)確定，所以信號(hào)處理器中鑒相輸出信號(hào)只與目標(biāo)的偏離方向有關(guān)。

2.2 影響系統(tǒng)角度測(cè)量精度的因素

從理論上說(shuō)，相控陣具有很高的角度測(cè)量精度，但由于多種因素的影響，使實(shí)際的角度測(cè)量的精度難以達(dá)到理想的要求。導(dǎo)致角度測(cè)量精度下降的原因主要有：（1）系統(tǒng)內(nèi)部誤差，包括系統(tǒng)各組件幅相不平衡引起的非線性誤差及系統(tǒng)噪聲等；（2）由天線的角位置轉(zhuǎn)換為角坐標(biāo)過(guò)程中引起的轉(zhuǎn)換誤差；（3）目標(biāo)誤差，例如應(yīng)答信號(hào)起伏、角閃爍以及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而引起的跟蹤滯后誤差；（4）傳播誤差，包括對(duì)流層和電離層折射率變化帶來(lái)的無(wú)線傳播途徑偏離直線的誤差及環(huán)境干擾等。固定誤差和隨機(jī)誤差中的統(tǒng)計(jì)平均值屬于系統(tǒng)的誤差，從原理上可以予以補(bǔ)償；隨機(jī)誤差的大小只能用其方差表示，它對(duì)角度測(cè)量精度的影響起到?jīng)Q定性的作用，且難以進(jìn)行補(bǔ)償。

主要誤差的形成機(jī)理及其對(duì)角度測(cè)量精度的影響歸納如下：

1）中頻對(duì)數(shù)放大器對(duì)數(shù)精度引起的角度測(cè)量誤差

本設(shè)備中采用中頻信號(hào)處理，接收機(jī)輸出中頻信號(hào)，其對(duì)數(shù)放大精度≤±0.5dB，取最大0.5dB。假定天線在波束范圍內(nèi)1度的和差幅度比值差為9dB，因此對(duì)數(shù)斜率：1/9=0.11度/dB。由幅度誤差造成的方位隨機(jī)誤差：0.11度/dB*0.5dB=0.06度。

2）天線指向精度引起的角度測(cè)量誤差

設(shè)備采用數(shù)字移相器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低能耗，移相速度快，移相值穩(wěn)定，工作電壓低，易于計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字式移相器雖然具備以上優(yōu)點(diǎn)，但不能連續(xù)移相，移相值只能為最小相位值的整數(shù)倍，產(chǎn)生移相器的相位量化誤差。相位量化誤差的存在使相控陣天線各天線單元的實(shí)際饋電相位和理論值出現(xiàn)偏差，造成天線波束指向精度降低；同時(shí)相位量化使主瓣的波束展寬，增益降低，損失的能量分散到旁瓣中去又造成旁瓣電平增加，使相控陣的指向精度進(jìn)一步下降。表1是實(shí)測(cè)的天線指向誤差。

最大的指向誤差是0.14度，指向引起的隨機(jī)誤差是0.067度。

3）一維相位掃描兩坐標(biāo)雷達(dá)天線波束的傾斜引起的角度測(cè)量誤差

方位上一維相位掃描兩坐標(biāo)雷達(dá)天線波束在俯仰上為寬波束，其天線波束最大指向會(huì)隨著仰角的增大而發(fā)生偏移，隨著方位掃描角與仰角的增大，這一波束最大值偏移將快速增加。由此帶來(lái)的不良后果是方位上相位掃描的一維相控陣?yán)走_(dá)在大掃描角度情況下，對(duì)位于不同仰角上的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)角時(shí)，將有不同的方位測(cè)量系統(tǒng)誤差；對(duì)于高仰角的目標(biāo)，這一誤差將是相當(dāng)大的。（如圖3）

克服這一缺點(diǎn)的方法是根據(jù)目標(biāo)的仰角和掃描角度對(duì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償。

4）路面引起的車身?yè)u動(dòng)

裝備車在路上行駛，因受到地面不平的作用而產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)，裝備車坐標(biāo)系和以雷達(dá)天線陣面為基準(zhǔn)的雷達(dá)坐標(biāo)系也隨之運(yùn)動(dòng)起來(lái)，于是裝備車坐標(biāo)系和雷達(dá)坐標(biāo)系不再與大地坐標(biāo)系一致，天線波束不能按預(yù)期要求穩(wěn)定的指向目標(biāo)，導(dǎo)致降低作用距離，加大測(cè)量誤差，甚至丟失目標(biāo)，破壞了雷達(dá)的正常工作狀態(tài)。因此必須設(shè)法穩(wěn)定雷達(dá)天線的波束。車載雷達(dá)天線波束的穩(wěn)定方法大致分為機(jī)械穩(wěn)定和電氣補(bǔ)償兩種。本設(shè)備天線固定安裝在車輛上，傳統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái)體積大，造價(jià)高，不便于安裝；故目前的做法是采用電氣補(bǔ)償，在雷達(dá)天線的俯仰和方位軸上進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)穩(wěn)定天線的指向，滿足指向精度要求。

5）接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲引起的角跟蹤誤差

由于接收機(jī)熱噪聲的存在，即使天線中心軸對(duì)準(zhǔn)了目標(biāo)，接收機(jī)中頻輸出端仍然有噪聲電壓輸出，在中頻鑒相時(shí)，噪聲會(huì)直接地影響鑒相輸出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸出的正負(fù)號(hào)反向；噪聲疊加在信號(hào)上，差通道信號(hào)的頂部不平坦度增加，隨機(jī)誤差變大。通過(guò)分析可知，信噪比越大，噪聲引起的角度測(cè)量誤差就越小。

6）應(yīng)答頻偏產(chǎn)生的方位誤差

二次航管的工作頻率為詢問(wèn)1030MHz，應(yīng)答1090MHz，但實(shí)際工作中，由于不同的應(yīng)答機(jī)應(yīng)答頻率是不一致的，應(yīng)答頻率有±3MHz的誤差存在。頻率的偏置對(duì)相控陣天線的方向圖、天線指向以及A/D采樣的信號(hào)幅度都產(chǎn)生了影響，進(jìn)而影響到測(cè)角精度。

相控陣天線方向圖形成時(shí)，信號(hào)頻率是選定的某一固定頻率，即將雷達(dá)信號(hào)當(dāng)成連續(xù)波信號(hào)，實(shí)際所用的脈沖信號(hào)含有一定的頻帶寬度，天線方向圖計(jì)算公式中的波長(zhǎng)（λ）或信號(hào)頻率（f）不是一個(gè)固定不變的量，如圖4為一維線陣系統(tǒng)，第i單元的激勵(lì)信號(hào)可表示為：

令為相控陣天線中第i單元通道上移相器提供的相對(duì)于參考單元的陣內(nèi)相移；

將波長(zhǎng)λ以信號(hào)頻率f與光速c表示，d/c以Δt表示為電波在單元距離之間的傳播時(shí)間，則一維相控陣天線的方向圖為：

從公式可以看出，天線方向圖會(huì)隨信號(hào)頻率（）的改變而改變。

信號(hào)頻率的變化同樣對(duì)相控陣天線波束指向有影響，其關(guān)系為：

上式反映了信號(hào)頻率由變?yōu)椋?）后所引起的天線波束指向的偏移，這一現(xiàn)象反映了天線波束指向隨信號(hào)頻率的改變?cè)诳臻g擺動(dòng)，圖5為當(dāng)頻率偏移從0至最大達(dá)到3M，波束掃描角度為47.5度時(shí)的天線波束指向誤差，可以看出天線指向最大偏移為0.171度。

在外場(chǎng)，詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)之間做了頻偏±1M連續(xù)波的測(cè)角試驗(yàn)：

在頻偏±1MHz以內(nèi)測(cè)的角度測(cè)量的隨機(jī)誤差為0.06度。

7）角噪聲（角閃爍）引起的角度測(cè)量誤差

雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的跟蹤都是對(duì)目標(biāo)的視在中心進(jìn)行跟蹤，一個(gè)復(fù)雜的目標(biāo)，其視在中心的位置隨著目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化而變化，而且這種變化是隨機(jī)的，目標(biāo)的角閃爍使得雷達(dá)天線抖動(dòng)，產(chǎn)生測(cè)量誤差。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)角閃爍引起的角度測(cè)量誤差與距離成反比。因而角閃爍對(duì)中、近距離的目標(biāo)角度測(cè)量影響較大，對(duì)遠(yuǎn)距離的測(cè)量影響相對(duì)較小，甚至可以忽略。

8）A/D變換引起的角度測(cè)量誤差

SSR的動(dòng)態(tài)范圍55dB，采用10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，步進(jìn)為：±LSB，

精度為±LSB/2=0.027dB，天線在波束范圍內(nèi)1度的和差幅度比值為9dB，及1/9=0.11度/dB

由量化誤差造成的方位誤差：

sc=0.027*0.11=0.003°。

9）航向誤差

裝備車的最大轉(zhuǎn)速4°/S，裝備車航向信息50次/秒，航向數(shù)據(jù)最大誤差：

=（4°/50）=0.08°

10）多徑影響

當(dāng)設(shè)備車部署在空曠區(qū)域時(shí)地面對(duì)電磁波在俯仰方向上的鏡面反射、天線安裝面不嚴(yán)格水平以及地面反射點(diǎn)不完全水平等因素綜合造成多徑。

當(dāng)雷達(dá)天線俯視鏡面反射的表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多徑干涉現(xiàn)象。若發(fā)生鏡面反射，從天線到目標(biāo)的雷達(dá)電磁波有兩個(gè)不同的路徑：直射路徑和反射路徑。由圖一可知，兩條路徑的傳播的距離是不相同的，這就導(dǎo)致了直射波和反射波之間的相位差，它是產(chǎn)生多徑效應(yīng)的主要原因。

根據(jù)電磁波傳波的基本原理，若距離差S，則相位差等于2πS/λ，其中λ是雷達(dá)的波長(zhǎng)。附加相位差是反射表面的反射系數(shù)引起的，有時(shí)是由天線在直射方向和反射方向上傳播因子的相位差引起的。由于相位差，直射波和反射波在目標(biāo)處要么干涉相加，要么干涉相減。從干涉的角度看，當(dāng)相位差為2π的整數(shù)倍時(shí)，干涉是等效的。當(dāng)動(dòng)目標(biāo)以恒定高度接近雷達(dá)時(shí)（仰角增加），方向圖傳播因子將在最大值和最小值之間周期變化。當(dāng)方向圖傳播因子出現(xiàn)最小值時(shí)，航跡出現(xiàn)斷點(diǎn)。

11）其它因素

多路傳播引起的角度測(cè)量誤差、機(jī)載航管應(yīng)答機(jī)C模式高度測(cè)量誤差和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的滯后等都有可能使得角度測(cè)量的精度降低?？偟恼`差為0.108度。

=0.108。

3.提高系統(tǒng)角度測(cè)量精度的方法

（1）建立接收機(jī)中頻輸出對(duì)數(shù)曲線表，確保對(duì)數(shù)精度

接收機(jī)是影響單脈沖測(cè)角精度的另一個(gè)重要因素，由于接收機(jī)的和差通道的增益存在不一致性，因此對(duì)于相同的輸入信號(hào)，接收機(jī)的和差通道的輸出則存在很大差異，如圖6。

由圖8可以看出，隨著輸入信號(hào)的不斷增大，和通道的輸出信號(hào)增益大于差通道的輸出信號(hào)增益，因此需要對(duì)接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)后才能正常工作。

接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍為55dB，因此如果在每個(gè)電平下都進(jìn)行校準(zhǔn)（每隔1dB為一個(gè)電平），難度較大。本方案采用分段校準(zhǔn)的方法，即把輸入信號(hào)分成高、中、低三個(gè)電平范圍，每個(gè)電平內(nèi)取一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，這種方法則相對(duì)簡(jiǎn)單。

圖7為校準(zhǔn)以前的和差通道的幅度不一致性，從圖上可以看出，和差通道不一致性最大為2.5dB.

圖8為校準(zhǔn)以后的和差通道的幅度不一致性，從圖上可以看出，和差通道不一致性最大不大于0.4dB。滿足了指標(biāo)要求的和差通道的幅度不一致性小于0.5dB。

（2）利用車載雷達(dá)天線的電子穩(wěn)定方程補(bǔ)償雷達(dá)指向

裝備車在行駛過(guò)程中時(shí)受地面影響會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)可分為3個(gè)方向的平動(dòng)（前進(jìn)、起伏、橫漂）和3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)（橫搖、縱搖、車首尾搖），利用二次航管測(cè)角原理、天線安裝位置參數(shù)、縱搖和橫搖角度，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，得到了車搖對(duì)目標(biāo)測(cè)角影響的模型。用此模型計(jì)算出目標(biāo)位置經(jīng)過(guò)車搖補(bǔ)償后在大地平面上的位置，該位置應(yīng)當(dāng)與車搖后飛機(jī)所在位置一致，即可實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)定的目的。

二次航管雷達(dá)通過(guò)單脈沖測(cè)角獲得目標(biāo)在車身坐標(biāo)系的方位Ac、距離S，通過(guò)C模式代碼獲得目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的高度h。裝備車航向角H、縱搖角P、橫滾角R、目標(biāo)大地坐標(biāo)系俯仰角Ed、目標(biāo)車身坐標(biāo)系方位角Ac。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

把Ac、S、h、H、P、R代人（1）～（7）式，公式形式可變?yōu)椋?/p>

cosAd=a1·cosEc+a2·sinEc （8）

1=a3·cosEc+a4·sinEc （9）

sinAd=a5·cosEc+a6·sinEc （10）

由（9）得cosEc=（1·a4·sinEc）/a3

帶入（8）、（10）并將公式兩邊平方后求和可得如下形式：

1=b1·（sinEc）2+b2·sinEc+b3 （11）

解上式可計(jì)算出sinEc，再帶入（8）、（9）、（10）可計(jì)算出Ad。

通過(guò)以上計(jì)算就可以確定目標(biāo)在大地坐標(biāo)系下的方位和在車身坐標(biāo)系下的高度。

用二自由度搖擺臺(tái)模擬車搖，對(duì)車搖模型和二次航管單脈沖測(cè)角穩(wěn)定進(jìn)行了試驗(yàn)，并和GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)證明，該模型可用于二次航管車載電子穩(wěn)定系統(tǒng)

（3）補(bǔ)償一維相位掃描兩坐標(biāo)雷達(dá)天線波束的傾斜引起的角度測(cè)量誤差

一維相位掃描兩坐標(biāo)雷達(dá)天線波束的傾斜引起的角度測(cè)量誤差隨著仰角和掃描角度的增大而增大。誤差公式如（12）所示，其中αφ是天線相鄰單元之間波束控制數(shù)碼的增量，d1是天線單元間距，K是數(shù)字式移相器的計(jì)算位數(shù)，B是目標(biāo)的俯仰角度。

（12）

根據(jù)二次航管應(yīng)答機(jī)的C模式代碼和目標(biāo)的距離計(jì)算出目標(biāo)的仰角，依據(jù)仰角和天線的掃描和掃描角度按照公式（12）修正波束指向，消除天線波束傾斜引起的角度測(cè)量誤差。

（4）充分利用應(yīng)答信息減小接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲引起的角跟蹤誤差

在接收解碼通道中，所有應(yīng)答脈沖F1、F2框架內(nèi)最多有12個(gè)數(shù)據(jù)脈沖，經(jīng)過(guò)解碼后，根據(jù)脈沖數(shù)進(jìn)行平滑。隨機(jī)誤差在～之間平滑后得到改善。

（5）降低波束分裂對(duì)航跡的影響

對(duì)天線俯仰面和差通道賦形，通過(guò)減小天線俯仰面波束寬度降低地面反射信號(hào)上的增益以改善波瓣分裂情況，通過(guò)降低差通道旁瓣電平降低折射信號(hào)增益以改善和減小幻影。

針對(duì)波瓣分裂出現(xiàn)斷點(diǎn)的情況，目前在航跡處理方面采用了斷點(diǎn)預(yù)推法。斷點(diǎn)預(yù)推可根據(jù)先前形成的航跡預(yù)先判斷目標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨向，出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)根據(jù)天線掃描周期在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨向上，由軟件自動(dòng)補(bǔ)足若干個(gè)周期的航跡，從而達(dá)到航跡連續(xù)的目的。

（6）通過(guò)Kalman濾波器對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行平滑

信號(hào)處理分機(jī)測(cè)出目標(biāo)的距離和方位等信息，形成點(diǎn)跡發(fā)送給航跡處理器，航跡處理器對(duì)點(diǎn)跡進(jìn)行處理，將目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，即距離、方位及代碼（包括識(shí)別碼和高度碼）進(jìn)行凝聚處理，建立目標(biāo)航跡，識(shí)別并糾正由于干擾或應(yīng)答解碼錯(cuò)誤引起的應(yīng)答代碼錯(cuò)誤，去除假目標(biāo)，通過(guò)Kalman濾波器對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行平滑，形成最終的目標(biāo)報(bào)告。

4.結(jié)束語(yǔ)

由于引起測(cè)角誤差的因素很多，認(rèn)真分析引起這些誤差的主要因素，對(duì)引起誤差的這些主要因素分別進(jìn)行修正改善。在外場(chǎng)的試驗(yàn)中，這些方法得到了驗(yàn)證，可以大大提高單脈沖測(cè)角精度。

參考文獻(xiàn)

[1]張尉，徐炎祥.二次雷達(dá)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[2]張?bào)A，王輝，溫劍，張?jiān)疲魏５?搖擺狀態(tài)一維相控陣天線波束指向修正[J].電訊技術(shù)，2011，51（6）.

第3篇：多波束形成的基本原理范文

關(guān)鍵詞：移動(dòng)技術(shù)； 接收信號(hào)； OFDM技術(shù)

     隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化事業(yè)也得到了迅速發(fā)展，無(wú)線傳播技術(shù)在社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域引起深刻的變革，移動(dòng)接收成為重要的發(fā)展趨勢(shì)，:數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)電視、車載移動(dòng)電視，無(wú)處不在的數(shù)字信息亭等新興媒體紛紛涌現(xiàn)。廣播電視雖然有很長(zhǎng)的性產(chǎn)業(yè)的歷史，但現(xiàn)在的移動(dòng)接收技術(shù)的發(fā)展卻難以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。即使是調(diào)頻廣播，在汽車高速行駛中也難以連續(xù)接收電視節(jié)目。所以為滿足移動(dòng)人群對(duì)廣播電視和各類信息的消費(fèi)需求，必須引起了方方面面的重視。

1.數(shù)字電視廣播系統(tǒng)

        在現(xiàn)代通信中，數(shù)字微波通信和光纖、衛(wèi)星已經(jīng)成為通信傳輸?shù)闹匾е由蠌V播電視無(wú)線發(fā)射空中傳輸構(gòu)成信息主體。目前在我國(guó)數(shù)字電視按信號(hào)傳輸方式可分為地面無(wú)線傳輸、衛(wèi)星傳輸和有線電纜三種。而廣播電視移動(dòng)技術(shù)是數(shù)字電視地面廣播的重要應(yīng)用，由于其獨(dú)有簡(jiǎn)單接收和移動(dòng)接收的能力，能夠滿足現(xiàn)代社會(huì)信息化、工業(yè)化快速發(fā)展和社會(huì)群體利益多元化的要求。廣播電視移動(dòng)接收技術(shù)在應(yīng)用需求上要求在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)便攜設(shè)備上接收模擬電視(free-to-air)和調(diào)頻廣播，使整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的要求提高。因此具有一切數(shù)字系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)，較之衛(wèi)星接收，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化，而且價(jià)格低廉；較之有線接收不易受房屋建筑和城市道路建設(shè)、自然災(zāi)害等因素，從而避免此次斷網(wǎng)造成的影響；數(shù)字電視地面廣播通過(guò)電視臺(tái)地面或建筑物上的制高點(diǎn)發(fā)射無(wú)線電波，選擇并放大由天線接收電視高額調(diào)諧器到的高頻電視節(jié)目信號(hào)，覆蓋電視用戶，主要的受眾也是針對(duì)本地區(qū)的。完善的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)所具備的蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)，不僅有利于達(dá)到節(jié)省信道資源的目的，而且它可作為線纜和DSL的無(wú)線擴(kuò)展技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線寬帶接入；實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和便攜接收，能夠滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代信息和通信技術(shù)發(fā)展的需求。

2.移動(dòng)接收相應(yīng)的研究方向和所遇到的問(wèn)題

        移動(dòng)接收采用的方式是通過(guò)無(wú)線數(shù)字信號(hào)發(fā)射、地面接收的方式進(jìn)行電視節(jié)目的傳輸。所以，移動(dòng)接收所遇到的困難之一便是衰落，這是無(wú)線通信系統(tǒng)首先要遇到的問(wèn)題，譬如，在城市環(huán)境中，一輛快速行駛車輛上信號(hào)在傳輸中的衰減和波動(dòng)。對(duì)于固定接收可以采用在若干個(gè)支路上接收相互間相關(guān)性很小的載有同一消息的信號(hào)， 然后通過(guò)合并技術(shù)再將各個(gè)支路信號(hào)合并輸出的方法予以克服，但對(duì)于移動(dòng)接收而言信道編碼技術(shù)、數(shù)字信號(hào)交織技術(shù)、分集接收的方法顯然不實(shí)用，因此衰落問(wèn)題尤為突出。電波在沿地表傳播中會(huì)受到任何其它的影響（包括反射、折射、繞射、散射或吸收），實(shí)際不經(jīng)過(guò)任何發(fā)射，直接到達(dá)收信天線處的電波除了直射波外，還會(huì)遇到各種物體，經(jīng)反射、散射、繞射、到達(dá)接收天線時(shí)，形成的反射波和散射波，此外，在移動(dòng)通信中，還存在因汽車天線、車載移動(dòng)電視、移動(dòng)電視模組等（天線）的快速移動(dòng)而引起較大顛簸波節(jié)和波幅的駐播現(xiàn)象及無(wú)線電領(lǐng)域中的多普勒效應(yīng)及多普勒頻移，凡此種種原因，就使信號(hào)很不穩(wěn)定，電離層的變動(dòng)將會(huì)影響電波的傳播，信號(hào)容易產(chǎn)生衰落，這就是無(wú)線電波的衰落現(xiàn)象。另外，與其他無(wú)線通信系統(tǒng)不同的是，移動(dòng)接收的關(guān)鍵點(diǎn)是光發(fā)送和接收模塊的靈敏度范圍。因此，移動(dòng)接收還存在一個(gè)始終難以解決的問(wèn)題，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。

3.移動(dòng)通信系統(tǒng)有關(guān)的OFDM技術(shù)

       OFDM 是多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它將數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后調(diào)制為射頻信號(hào)，是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下通過(guò)減小和消除碼間串?dāng)_的影響來(lái)克服信道的頻率選擇性衰落，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施。OFDM的基本原理是：發(fā)送端將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串／并轉(zhuǎn)換器分解成N個(gè)低速數(shù)據(jù)塊，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，并利用每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，從而達(dá)到多路信號(hào)共用一個(gè)信道，這樣，系統(tǒng)就可以有效克服信道造成的碼間干擾，達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外，由于引入保護(hù)間隔，而且該保護(hù)間隔一般要大于無(wú)線信道中的最大時(shí)延擴(kuò)展，從而促進(jìn)系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。OFDM的特點(diǎn)是在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，不但避免各子載波之間的干擾，以達(dá)到空間復(fù)用的目的，而且同時(shí)提高頻譜利用率。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

     1）有效克服信道間干擾，在無(wú)線多徑衰落環(huán)境下進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸；

     2）讓發(fā)送端將所發(fā)送的能量對(duì)各子載波重新分配，有效地改善系統(tǒng)的性能,而且具有很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力；

     3）可通過(guò)離散傅利葉變換同樣可以實(shí)現(xiàn)OFDM的調(diào)制與解調(diào)過(guò)程；

OFDM能夠能有效地克服信號(hào)相消現(xiàn)象，并且具有良好的波束保形能力和快速收斂特點(diǎn)，使受到干擾的信號(hào)能夠可靠地接收。另外OFDM由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力，由于多徑效應(yīng)對(duì)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)產(chǎn)生時(shí)延擴(kuò)展，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。 

4.廣播電視移動(dòng)接收的制式

        眾所周知，數(shù)字電視廣播傳輸制式分為衛(wèi)星、有線和地面三種，ATSC是美國(guó)的數(shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的DVB-T是多載波的。作為第一個(gè)決定實(shí)施DVB-T2服務(wù)的國(guó)家，英國(guó)選擇這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的網(wǎng)絡(luò)容量，并成功地開通了地面數(shù)字電視廣播。我國(guó)制定了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地面電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)(DTTB)，其原理是：

     （1）傳輸信息要大，支持包括廣播電視采、編、播、傳、收、測(cè)各類設(shè)備與技術(shù)的多媒體廣播服務(wù)；

     （2）由于這種通信方式抗干擾能力強(qiáng)，它在一般室內(nèi)環(huán)境下可接收，在光纖通信、數(shù)字微波通 信、衛(wèi)星通信中均獲得了極為廣泛的應(yīng)用；

     （3）與現(xiàn)有提供原有的模擬頻道兼容，可以在現(xiàn)有和將來(lái)的電視廣播頻道中進(jìn)行分配，并有利于頻道規(guī)劃和摸擬向數(shù)字過(guò)渡；

     （4）具有可擴(kuò)展性；向廣大用戶綜合提供互聯(lián)網(wǎng)信息業(yè)務(wù)和 增值業(yè)務(wù)，支持廣播網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展需要。其使用范圍符合材料生產(chǎn)國(guó)相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

    但是，其優(yōu)缺點(diǎn)與同時(shí)制相同，制式的區(qū)分主要在于其幀頻（場(chǎng)頻）的不 同，并且都在相互參照改進(jìn)，用什么制式都要解決每個(gè)客戶都需要的個(gè)性化的需求，要多方面考慮和試用。解決了這些問(wèn)題，應(yīng)該就解決了移動(dòng)電視在市場(chǎng)上大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸，人類的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)又前進(jìn)了一步。廣播電視的移動(dòng)接收 是個(gè)熱點(diǎn)，尤其是電視廣播的移動(dòng)接收，它的市場(chǎng)和應(yīng)用空間發(fā)展是無(wú)窮盡的，發(fā)展到一定的高度, 不僅僅是造福自己更是造福為我們以后的生活。

結(jié)束語(yǔ)：

廣播電視的移動(dòng)接收是個(gè)熱點(diǎn)，尤其是電視廣播的移動(dòng)接收，為了使它能更好地為我們服務(wù),還有待于進(jìn)一步的研究其傳播策略。但是它還存在著信號(hào)衰落、徑產(chǎn)生時(shí)間擴(kuò)散，引起信號(hào)符號(hào)間干擾、多普勒效應(yīng)，接收機(jī)硬件成本高、耗電、攜帶不方便等問(wèn)題，所以說(shuō)它的市場(chǎng)和應(yīng)用空間發(fā)展是無(wú)窮盡的，發(fā)展到一定的高度, 不僅僅是造福自己更是造福為我們以后的生活。 

參考文獻(xiàn)： 

[1]都研美,劉峰.試論如何提高電視地面廣播技術(shù)[J].廣西輕工業(yè),2009(05).