一种制导雷达窄波束展宽的测角方法与流程

本发明属于雷达系统设计技术领域，具体为一种制导雷达窄波束展宽的测角方法。通过采用将窄波束展宽进行制导雷达测角的方法，解决了宽波束在合适的角度范围内进行与窄波束的制导交接班，降低了对宽波束精度要求，实现了宽窄波束顺利交接。

背景技术：

在制导雷达测角方法中，单脉冲测角方法因测角精度高、抗干扰能力强等优点广泛应用于雷达系统中。单脉冲测角方法属于同时波瓣测角法。在一个角平面内，同时产生两个相同的部分重叠的波束，其交叠方向为等信号轴，将这两个波束接收到的回波信号进行比较，可以得出在这个平面上的角误差信号。因两个回波信号同时接收到，故单脉冲测角获得目标角误差信息的时间很短，理论上只需分析单个回波脉冲就可以确定角误差，所以叫“单脉冲”。

由于获得角误差信号的具体方式不同，单脉冲雷达测角方法的种类很多，这里以比幅和差测角方法为例。比幅和差测角单脉冲雷达组成框图如图1所示，工作过程为：发射时，发射机将发射信号加到和差比较器的σ端，分别从1、2端辐射出两个同相激励信号。接收时，回波信号从1、2端进入到和差比较器，σ端输出两个信号相加后的和信号，δ端输出两个信号相减后的差信号，经过混频、中频放大后，和信号分两路，一路用作和、差路的自动增益控制；另一路进入到相位检波器作为基准信号，差信号输出后进入到相位检波器，和差信号作比较后输出单平面角误差信号。比幅和差测角单脉冲雷达波束图如图2所示，接收回波信号方向图为f1(θ)、f2(θ)，和信号方向图为fσ，差信号方向图为fδ。

制导雷达的主要任务是，完成对空中来袭目标的截获、跟踪，同时导弹发射后完成对导弹的截获、跟踪和制导，直至摧毁来袭目标。对于采用无线电指令制导方式的制导雷达而言，制导系统作用原理图如图3所示，测角方法为比幅和差式单脉冲测角，当制导雷达测量出目标与导弹信息后，送入制导计算机，制导计算机按选定的制导规律形成控制指令，送入指令发射机，经无线信道传到弹上应答系统，经解调、解码后，送入控制系统，控制导弹完成对目标的摧毁。制导雷达在测量导弹信息过程中，采用雷达宽波束初制导、窄波束末制导的方式进行导弹测角，雷达根据导弹制导规律，引导宽波束对导弹进行跟踪，并适时转入窄波束自动跟踪，完成制导雷达宽窄波束交接。

制导雷达采用宽窄波束交接班的方式完成导弹制导，因此要求制导雷达宽波束测角精度与窄波束波束宽度必须匹配。当制导雷达宽波束测角精度难以满足宽窄波束交接班要求时，可将制导雷达窄波束展宽，降低对雷达宽波束测角精度的要求，完成制导雷达宽窄波束顺利交接。然而，当雷达窄波束展宽后，将出现窄波束展宽区域测角精度低、差信号饱和等一系列问题。因此，为解决窄波束展宽后对测角的影响，须对制导雷达信号处理器、中心控制计算机等分系统进行一系列设计改进。

技术实现要素：

要解决的技术问题

针对制导雷达采用宽窄波束交接的方式完成导弹制导时，制导雷达宽波束测角精度与窄波束波束宽度必须匹配的要求，本发明提供了一种采用窄波束展宽的方法，在保证宽波束在合适的角度范围内进行与窄波束的制导交接班的同时，解决了窄波束展宽测角问题，降低了对宽波束精度要求，实现了宽窄波束交接。

技术方案

一种制导雷达窄波束展宽的测角方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：制导雷达窄波束导弹通道角误差信号经混频后由射频信号转为中频信号，在中频接收机中，信号处理分系统对测角误差信号的强度进行自动增益控制：在保证对和路信号进行检测与控制的基础上，增加对方位差路、俯仰差路信号检测与控制功能，当和路信号强度、方位差路、俯仰差路信号强度任何一路信号强度高于特定门限时，信号处理分系统进行自动增益控制，降低信号强度，保证任何一路信号强度不会因为饱和造成测角误差失真；

步骤2：测角误差信号经信号处理，和路信号进入到相位检波器作为基准信号，方位差路、俯仰差路信号输出后进入到相位检波器，和差信号作比较后输出测角误差值；因波束展宽，输出的测角误差信号将会变大，原有与中心控制计算机、显控终端的通信协议已无法满足，故在信号处理与中心控制计算机、中心控制计算机与显控终端数据传输中增加2bit位，保证数据的真实性与完整性；

步骤3：测角误差值经中心控制计算机发送给导弹发射车的数据传输过程中增加数据位，同时调整测角误差值的量化范围，使得测角误差值可以完成显示与记录。

有益效果

本发明提出的一种制导雷达窄波束展宽的测角方法，与现有技术相比具有以下优点：

1)制导雷达窄波束展宽测角，解决了宽波束在合适的角度范围内进行与窄波束的制导交接班，降低了宽波束测角精度要求，实现了宽窄波束顺利交接；

2)消除角度误差信号的测角“死区”；

3)自动增益控制在和波束信号减小时使用差波束信号进行控制，实现了和、差双通道自动增益控制。

附图说明

图1比幅和差测角单脉冲雷达组成框图

图2比幅和差测角单脉冲雷达波束方向图：(a)接收回波信号方向图；(b)和、差信号方向图

图3无线电指令制导系统作用原理图

图4窄波束展宽测角效果图

图5窄波束展宽测角改善效果图

具体实施方式

本发明主要包括以下3个部分：

1)制导雷达窄波束展宽。根据制导雷达窄波束方向图和实际测试性能，将窄波束展宽，降低制导雷达宽波束精度要求，保证宽波束在合适的角度范围内进行与窄波束的制导交接班；

2)系统内通信协议设计改进。窄波束展宽后，角度输出误差值增大，信号处理分系统输出误差有效位应增加，同时完成与中心控制计算机的通信协议设计改进；

3)采用和信号、差信号共同作为输入信号，进行自动增益控制，使测角误差值在扩展区域输出平滑。

下面以某制导雷达为例，说明本发明的具体实施方式。

某制导雷达制导方式采用无线电指令制导，雷达采用的测角方式为比幅和差式单脉冲测角。制导雷达在测量导弹信息过程中，采用制导雷达宽波束初制导、窄波束末制导的方式进行导弹测角。其中，宽波束波束宽度为6°，测角精度约为6mrad。窄波束波束宽度为1°，宽波束初制导测角精度难以满足窄波束制导稳定交接班的要求。将窄波束进行展宽，根据窄波束方向图和实际测试性能，将波束展宽为2°，此时由信号处理分系统输出的角误差将由8mrad变为16mrad；具体实施方式如下：

1)制导雷达窄波束导弹通道信号处理自动增益控制增加差路检测与控制功能，自动增益控制启控条件增加对方位和俯仰差路信号回波强度的判断，将自动增益控制从双门限控制改为单一门限控制，实现和差双通道自动增益控制。

2)对制导雷达信号处理、中心控制计算机和显控终端分系统通信协议进行设计改进，通信协议内增加2bit位，同时对数据记录分析软件进行设计更新；

3)制导雷达中心控制计算机与导弹发射车通信协议(制导计算机、发射控制计算机和伺服控制部分)进行设计改进，将原量化范围从±150增加至±600；

窄波束展宽后，当目标处于展宽波束角度时，此时差信号回波强度将大于和信号，此时根据和信号回波强度作为基准进行自动增益控制将会导致差信号回波强度饱和，造成测角误差失真，存在“死区”。如图4所示。图中蓝色曲线为测角真值，黑色曲线为窄波束测角误差值，从图中可以看出，当目标处于展宽波束角度时，由于信号处理分系统自动增益控制会形成测角“死区”。通过试验本发明测角方法，改善后测角效果如图5所示，蓝色曲线为测角真值，红色曲线为修正后的测角误差曲线，“死区”消失。