雷达考试复习

ξ1 概论

导航：

• 安全可靠地引导运动体
• 精确地按既定航线
• 抵达目的地。

导航的实质(根本任务):

• 定位
• 为运载体提供实时、精确的位置信息。

导航一般要求

• 导航系统级基本四性：精确性、可用性、连续性、完好性；
• 可靠性
• 实时性
• 经济、实用、方便
• 容量、覆盖范围
• 抗干扰、反欺骗

导航方法

<1>. 陆标导航(视觉导航)

<2>. 天文导航

<3>. 惯性导航(推算导航)

<4>.无线电导航：根据电磁波的空间传播特性,通过测量无线电波信号参量,来确定目标位置,实现导航功能。

<5> 激光导航

<6> 组合导航

无线电导航的一般原理

基本术语

<1>. 位置点

测者在空间处的位置点,由某种坐标系的坐标表示。如直角坐标系，大地坐标系等。

<2>. 航迹

运动体在空间运动时,其重心的理想轨迹。航迹在地面上的投影成为航线。

<3>. 航向θ

通过运动体重心的北向子午线顺时针与运动体首线在水平面上的夹角。

<4>. 方位α(真方位)

从测者到目标的射线称为目标方位线。

通过测者的北向子午线顺时针到目标方 位线的夹角。

<5>. 相对方位β

运动体首线顺时针到目标方位线的夹角。

一般过程

定位的几何原理

(1)无线电定位要素

• 精确已知的参考点
• 用来定位测量的信号
• 测者与参考点之间的几何关系

(2)无线电定位流程

定位方法

（1）位置线和位置面

位置线(LOP)：某种几何参量相等的点的轨迹；

位置面：某种几何参量是恒定值，所有轨迹组成的几何面。

（2）常用定位方法:

测向法：测定已知点方位

测距法：测量已知点距离

测距差法：到两个已知参考点距离差

综合法：综合上述多种测量方法

测向法

测距法

测距差法

几何参量与电参量的关系

关系：

ξ2 定位精度

无线电导航信号传播及对精度影响

一、概要

（1）电波的传播：由发射部分天线所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒介到达接收设备天线的过程。

（2）无线电导航物理基础：

1）恒速性	2）直线性

（3）实际传播中：

1）信号畸变	2）速度改变；

二、无线电波传播特性

（1）反射；（2）折射；（3）绕射；（4）散射；（5）吸收。

三、无线电波传播方式对精度影响

（1）地波传播及信号特性；

（2）天波传播及信号特性；

（3）视距传播特性及对导航信号影响；

（无线电导航常用方式）

（4）波导模传播（甚低频，奥米加导航系统）；

（5）电离层及对流层对导航信号影响

误差的一般特性

导航误差：是指运行体得到的实测导航参数与真实参数之间的偏差，即导航参数测量误差。

一、误差产生原因分类

1.方法误差

由于测量方法或测量原理本身不完善，或作为这种测量方法所依据的理论不完善、算法不完善而引起的误差。（如测距、测距差不

同方法）

2.设备误差

也为仪器误差，由无线电导航设备不完善引起的误差。

3.环境误差

由测量环境的工作条件引起的误差。

4.人为误差

由操作人员主观因素造成的误差。

二、性质不同误差分类

1. 系统误差

特点：测量时，数值和符号都按一定规律重复出现，具

有积累特性，可修正；

2. 随机误差（偶然误差）

特点：由测量过程中多种偶然因素产生，无法准确一次

测量，也无法消除，只能利用统计方法降低。

随机误差近似符合正态分布，具有如下特点：

（1）对称性，（2）不均匀性，（3）有限性。

电参量测量误差

几何参量误差

位置线误差

位置线上某点P在法线方向的变化量,

或该点测量位置线到准确位置线的垂直距离

具体系统的位置线误差

测向系统

测距系统

测距差系统

几何因子

定位误差

等概率密度误差椭圆

定位误差圆

定位精度几何因子

ξ3 无线电测向系统

一、系统构成

2个导航台，一个测量设备。

（1）无线电指向标：，发射测向信号，供用户测向定位；

（2）无线电测向仪：测定信号来波方向，查找电台。

二、系统用途

（1）测向

（2）定位：精度差，一般误差为1度（1σ）

三、测向方法

（1）最小值法

（2）最大值法

（3）双通道振幅比较法

测向原理

• 在θ=90和270方向上接收信号为零，
• θ=0与180时，接收信号最强

• 双值性：正负两个方向；
• EL最小值附近，变化率最大，测向精度最高。

测角系统

（1）x、y环性天线设计

两个正交的环形天线，一个与运载体首位线平行，称为Y环，另一个与首尾线垂直，称为X环；同时，这两个天线参数完全匹配。

1. 非合作信号处理 ：无法预知信号参数（如调制方式、脉冲重复频率），需盲源测向，算法复杂度更高。
2. 距离未知的角度模糊 ：仅测向不测距时，无法确定信号源在空间中的唯一位置（需多站交叉定位），单站测向存在 “角度 - 距离耦合” 模糊。

测角系统结构

定边线圈和竖天线

为解决寻向线圈双值性，引入定边线圈和竖天线。

定边线圈

（1）内场定边线圈与外场竖天线电势同频，并通过调整后具有相同振幅；

（2）内场定边线圈与内场寻向线圈垂直；

竖天线

（3）外场竖天线电势与内场叠加，感应电势形成心形，其最值为单值点，不再存在双值问题；

（4）内场定边线圈与内场寻向线圈垂直，且同步旋转，心形电势也随之转动；

（5）定边线圈与寻向线圈同步转动，其二者参数相同；

结论：心形线

当转动寻向线圈至感应电势振幅为零（最小）时，

若此刻定边线圈与竖天线叠加电势 振幅最大时，则寻向指针指向来波方向；

若此刻叠加电势 振幅最小，则寻向指针指向来波反向。

ξ6 测距定位系统--BD卫星导航系统

系统组成

空间卫星部分 -> 终端用户部分

空间卫星部分 <-> 地面控制部分

空间卫星部分

共30颗卫星组成：

• 3颗 静止轨道（GEO）卫星
• 3颗倾斜斜地球同步轨道（IGSO）卫星
• 24颗中圆地球轨道（MEO）卫星

地面段部分

• 主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站
• 星间链路运行管理设施

用户段部分

卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，终端设备、应用系统与应用服务等

系统基本原理

几何原理

（1）属于测距系统

（2）电参量：信号传播时延

（3）几何参量：距离

（4）位置线（面）：球面

（5）定位解算：多个球面的交点

定位原理

伪距方程：

(xSi,ySi,zSi):卫星Si位置

ΔtAi:大气传播附加延时

ΔtSi:卫星钟差

要求：(xu,yu,zu):用户位置，Δtu:用户钟差

测速方程：

定位解算

ξ6 BD卫星导航系统

空间直角坐标与地理坐标转换

开普勒定律

轨道定律：椭圆定律所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。

面积定律：行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。

周期定律：所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道长半轴的立方成正比

开普勒方程

卫星轨道参数

卫星信号组成

基带信号(导航电文)

BD导航系统载频信号B1I,B2I,B3I和B2b

导航电文

扩频码

LFSR：线性反馈移位寄存器序列

不同反馈逻辑，有不同输出循环周期，同时与初始值有关。

m序列

Gold序列

北斗B1I码

BD信号生成

作业1

答案：

作业2

根据测向系统相关知识，简述利用最小值法测向过程?

并说明为什么最小值法相对最大值法精度较高。

原理：

环天线的感应电势振幅与来波方向入射角 θ 的余弦成正比，形成 “8” 字形方向图。

• 当来波方向与天线法向垂直（θ=90° 或 270°）时，感应电势振幅为 最小值0；
• 当来波方向与天线法向平行（θ=0° 或 180°）时，感应电势振幅为 最大值 。

最小值法测向过程

• 旋转天线 ：通过机械/电子方式旋转环天线，改变法向方向 n 与来波方向夹角 θ；
• 监测电势振幅 ：实时测量感应电势振幅，寻找振幅最小的位置；
• 确定方向 ：当振幅达到最小值时，天线法向 n 与来波方向垂直，此时天线法向的垂直方向即为来波方向。

原因

EL最小值附近：

• 变化率最大，测向精度最高。
• 方向图曲线斜率最大，来波方向 θ 的微小变化会导致感应电势振幅E l显著变化。

作业4

简述北斗卫星导航系统扩频码(测距码)是如何生成的?

画出测距码生成图?

扩频码如何生成？

1. 移位寄存器与生成多项式

利用两个 11 级的移位寄存器分别产生 m 序列 G1、G2 ，每个移位寄存器都有对应的生成多项式，通过特定的反馈逻辑，基于移位寄存器中的初始值和时钟信号，不断移位和计算产生相应序列。

2. G2 序列相位偏移

对产生 G2 序列的移位寄存器不同抽头进行模二加操作，实现 G2 序列相位的不同偏移 。不同的抽头选择会产生不同相位的 G2 序列。

3. 模二和运算

将经过相位偏移的 G2 序列与 G1 序列进行模二和运算 。模二和即对应位进行异或运算。

4. 截短处理

对模二和运算后的序列截短一个码片，最终得到北斗卫星导航系统用于测距的扩频码。

测距码生成图