4。1 主要功能模块调试测试 21

4。2 系统联调测试 25

结论 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1。1 本课题的研究背景和意义

20 世纪 90 年代，无人机技术开始快速发展，无人机技术在现实中得到越来 越广泛的应用。在现代高科技战争中，无人机系统在信息侦察与作战打击方面起 到很大作用，已成为重要的军事手段和武器装备。无人机系统中重要的组成之一 是地面测控，对无人机的应用和发展有很大的影响。论文网

角度跟踪技术主要用于实现无人机地面监控系统对无人机的角度测量和角 度跟踪。传统的圆锥扫描机制雷达需要对一个角度区间进行密集的扫描，这将浪 费大量的时间和功耗，而且由于目标在不停移动，以及噪声等因素会导致目标回 波随着时间漂变，测角精度并不理想。而单脉冲测角只需要天线发射一个脉冲信 号，大大节省了时间和功耗。同时，单脉冲测角是将回波的和差波束的比值转化 为误差电压，不受目标回波幅度的影响，这大大提高了测角精度。

本文采用双通道比相测角技术，获得目标的角度误差，通过控制云台伺服系 统的转动，形成闭环的角度跟踪系统。

1。2 国内外研究动态

1。3 本文研究内容

本文讲述了和差比相角度跟踪系统的设计和实现。该系统主要实现如何利用 比相单脉冲进行测角，并将测角结果送至伺服控制系统实现自动跟踪目标飞行器 的功能。同时还能实现一些辅助功能：PC 端控制云台转动至某一指定角度；查 询当前云台与目标飞行器的角度偏角；查询当前云台的角度位置。

本文第二章主要介绍了 AD 采样、数字下变频和单脉冲测角的原理；第三章 则具体讲解了每个功能模块在 FPGA 中的设计和实现；第四章给出了 FPGA 模块的 调试结果，验证模块设计的正确性。

2 角度跟踪系统的相关原理

2。1 单脉冲测角技术的原理

单脉冲测角系统通常由两个相同的接收天线 a、b 构成，这两个天线或者是 相隔一定距离（相位单脉冲），或者是在相同的相位中心但是具有波束偏角（振 幅单脉冲）。此处的接收天线通常使用阵列天线，天线 a、b 收到的目标回波信 号相加即为和波束，相减为差波束，最终利用和差波束来测量角度。若目标与天 线的瞄准方向有较小的偏离角度，差、和误差电压之比具有简单的近似线性关系， 因此可以用这种近似线性关系来估计目标与天线瞄准方向的夹角，进而获得目标 角度。假设天线 a、b 完全相同且具有相同的相位中心，如图 2。1 所示。天线 a、b 的波束指向分别与天线瞄准方向 u0 有Δ的角度偏角。设目标方向为 u，天线瞄准 方向为 u0 。若 u 和 u0 为同一方向，则此时天线 a、b 收到的目标回波相同，即和 波束达到最大值，差波束的值为零。若目标与天线瞄准方向 u0 有小角度夹角，差

波束的输出与这一偏移角度线性相关，而和波束则基本保持不变。那么差和波束 的比值也和偏移角度 u u0线性相关。下面是相关推导：

设目标与天线方向的夹角为 ε u - u0 。a、b 天线的波束之和记为σ，波束之 差记为δ。在夹角较小时，对差和波束之比进行泰勒展开可得：