自适应单脉冲天线角度估计算法研究(5)
2.3 单脉冲基础
单脉冲是通过比较在两个或更多天线波束内同时接收到的信号[17] ，来获得目标角度位置信息的一项雷达技术。它的优点是具有更高的测量效率，更高的数据率，基本上无目标闪烁效应并减小了易干扰性。它利用几个独立接收支路来同时接收目标的回波信号，然后再将这些信号的参数加以比较（比幅或比相），从中获取角误差信息。
如果连续发送信号的目标回波保持恒定，通过比较在小偏移下回波信号的大小可以得到精确的角测量结果。然而在实际应用中，在不同的脉冲之间的回波起伏是非常大的，因此回波信号恒定的假设是不现实的。单脉冲技术的基本思想是比较回波信号在两个独立波束投影的大小 ，回波信号的投影取决与波达角。因此，取决于波达角的 的幅度和相位是不同的。但是，由于雷达本身因素引起的幅度和相位在 上大致是一样的，这些因素包括目标距离，RCS，媒介损耗。如果以比例形式表示，两电压中相同的部分互相抵消，而与角度相关部分保留，表示为：
下面主要对和差波束的单脉冲比特性进行研究。
图 2 2具有和差波束的单脉冲天线
假定两个波束的方向性函数完全相同，设为 ，两波束接收到的信号电压振幅为 、 ，并且到达和差比较器∑端时保持不变，两波束相对天线轴线的偏角为 ，则对于 方向的目标，和信号的振幅为：
(式2.16)
式中， 为接收和波束方向性函数，与发射和波束的方向性函数完全相同， 为比例系数，它与雷达参数、目标距离、目标特性等因素有关。
在和差比较器的 (差)端，两信号反相相加，输出差信号，设为 。若到达 端的两信号用 、 表示，它们的振幅仍为 、 ，但相位相反，因此差信号的振幅为：
式中， ，及和差比较器。
图 2 3单脉冲波束形成网络
在图 2 3中，单脉冲技术应用于线阵。其中 是各阵元的接收数据，包括目标回波信号，干扰信号和热噪声。通过把接收到的各阵元数据加权形成和差波束，如下所示：
(式2.19)中 是和波束权矢量，它是实偶对称的。 是虚奇对称的差波束权矢量。 为各阵元的接收信号矢量。
上标 代表共轭转置。在低旁瓣天线设计中，经常使用泰勒（Taylor）权和贝里斯（Bayliss）权和波束权与差波束权。
天线的方向图是在目标位置 的复分布。对于线阵来说，天线的方向图可以由天线的权系数（如 ）、阵元数 、天线阵元间的距离 和频率 或波长 来确定。比如，在位置 的导向矢量为：
其中 。天线的波束方向图可以用 表示为：
和波束方向图 是在视轴方向（ ）有最大值得实偶幅度函数。差波束方向图 是实奇函数，它在视轴方向（ ）的幅度0。如图 2 4所示。
图 2 4 单脉冲天线方向图图 2 5 单脉冲比曲线2.4 传统单脉冲角度估计
传统单脉冲角度估计算法是根据回波信号来提取目标角度信息的。可以将传统单脉冲测角法分为两种基本方法：振幅测角法和相位测角法。此外，除了上述两种基本的测角方法外，还有将两种方法合成的振幅-相位测角法，也得到了应用。目前，实际上应用最广的单脉冲测角方法主要有四种：振幅-振幅式，相位-相位式，振幅和-差式及相位和-差式。这里限于篇幅，只简单介绍振幅测角法和相位测角法。
用于估计角度的典型单脉冲系统由两个不同的天线组成，要么是两者相距 （相位单脉冲），或是两者在同一相位中心但相差一个角度 （振幅单脉冲）。它们的输出相加后得到和波束，相减后得到差波束。如图 2 6所示