8阵元线性阵列单脉冲和差测角仿真程序

资 源 简 介

本程序旨在实现基于8阵元均匀线性阵列的单脉冲和差波束测角仿真。程序的核心功能在于模拟雷达系统在同一个脉冲周期内，通过全阵元信号的幅度或相位加权，同时形成指向相同的和波束与差波束。通过计算差通道信号与和通道信号的比值并提取其实部，构建关键的测角鉴别曲线。该测角方法主要应用于雷达目标跟踪任务，能够根据回波信号直接估计目标相对于波束轴线的偏离量。程序在此过程中深入探讨了测角误差的来源，特别是在测量角度偏差较大时，误差会显著增加。这种现象主要归结为两个因素：一是算法对鉴别曲线线性段的理论近似在大角度下失效；二是阵

详 情 说 明

单脉冲和差波束测角仿真系统

项目介绍

本仿真系统旨在演示基于8阵元均匀线性阵列（ULA）的单脉冲和差波束测角原理。在雷达目标跟踪任务中，单脉冲测角技术通过在同一个脉冲周期内同时形成指向一致的和波束与差波束，利用两者的比例关系精确估计目标相对于波束轴线的偏离量。本程序完整模拟了从信号加权、方向图生成、鉴别曲线（S-Curve）提取到最终测角误差分析的全过程，并深入探讨了在大偏移角度下由于线性近似失效和波束畸变导致的测角性能下降。

功能特性

1. 阵列流型模拟：实现基于8阵元均匀线性阵列的物理建模，支持中心频率1GHz的载波工作环境。
2. 和差波束合成：通过幅度与相位加权，同时生成具有最大增益指向的和波束及在轴线处具有零陷的差波束。
3. 测角鉴别曲线提取：计算差通道与和通道信号比值的实部，构建反映偏角与信号比例关系的测角鉴别曲线。
4. 线性段自动斜率计算：程序能够自动提取轴线附近线性度良好区域的斜率，用于目标的快速角度估计。
5. 误差非线性分析：通过对比理想测角与线性近似测角的结果，直观展示在大偏差角下误差增大的物理现象。
6. 全维度可视化分析：程序输出四路图表，涵盖方向图、鉴别曲线、测角性能及误差曲线。

使用方法

1. 确保您的计算机已安装 MATLAB 环境。
2. 将仿真主程序文件放置在 MATLAB 的工作目录下。
3. 在命令行窗口直接运行该程序。
4. 程序将自动计算相关参数并在控制台输出波束斜率及特定偏角下的估计误差值，同时跳出包含四个子图的可视化界面。

系统要求

• 操作系统：Windows, macOS 或 Linux。
• 软件版本：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 硬件要求：基本的图形处理器，用于流畅显示绘图结果。

详细实现逻辑

程序遵循雷达信号处理的标准流程，分为以下五个核心步骤：

1. 参数定义与阵列初始化 系统设定的阵元数为8，采用半波长间距（d = λ/2）构建均匀线性阵列。波束中心默认指向法线方向（0度）。

2. 权向量构建

• 和波束（Σ通道）：使用均匀加权权向量，使能量集中在预设指向。
• 差波束（Δ通道）：采用相位翻转加权法，将前半阵元的权值取反，后半阵元保持不变，从而在波束中心形成深度零陷，其相位特征在零陷两侧正好相反。

3. 方向图与信号响应计算 程序在-90度到90度的范围内扫描空间响应。通过将阵列流型向量与权向量进行共轭转置相乘，获得归一化的和差通道幅度方向图。和波束代表目标回波的总强度，差波束代表目标偏离轴线的程度。

4. 测角鉴别分析（S-Curve） 在目标的预期波动范围（-20度到20度）内，程序计算测角比值：$Ratio = Re(Delta / Sigma)$。

• 在波束中心，比值为0。
• 在小角度范围内，比值与偏移量呈接近完美的线性关系。
• 通过中心点附近的采样计算得到斜率 $k$。

5. 目标测角估计与误差评估 程序通过模拟不同真实角度的目标回波，利用线性公式 $theta_{est} = theta_{scan} + Ratio / k$ 进行反解。最后，将估计角度与真实角度相减，得出误差随偏移角变化的曲线。

关键算法与实现细节分析

• 单脉冲鉴别率（Slope k）：其计算精度直接决定了近轴测角精度。程序通过在0度附近取微小增量计算割线斜率来近似切线斜率。
• 线性近似的局限性：由于和波束主瓣呈正弦类形状而非纯线性，当目标偏离轴线较远时，差/和比值会迅速偏离线性段。程序通过误差曲线清晰地展示了这种非线性畸变。
• 投影效应模拟：虽然由于是在空间角度域通过 $sin(theta)$ 建模，程序隐性地包含了阵列有效孔径随扫描角变化而引起的波束加宽效应，这直接导致了在大偏角下鉴别曲线斜率的改变和误差的非线性增长。
• 归一化处理：方向图显示采用了20log10的对数坐标，并以和波束峰值进行归一化，便于观察差波束零陷深度及副瓣水平。