單脈沖一致性監(jiān)視技術(shù)在雷神MK2系列二次監(jiān)視雷達OBA表校正中的應(yīng)用分析

【摘 要】單脈沖二次監(jiān)視雷達OBA表（Off-Boresight Angle）在二次雷達設(shè)備的運作過程中起著非常重要的作用，二次雷達單脈沖測角技術(shù)的最終實現(xiàn)，目標的正確方位角就是依靠該表獲得OBA值后計算獲得。本文針對雷神MK2系列二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)的單脈沖一致性監(jiān)視技術(shù)及OBA表的自動校正機制進行了深入的分析與探討，對深入了解單脈沖測角技術(shù)和OBA表工作原理提供了借鑒與幫助。

【關(guān)鍵詞】二次雷達；單脈沖一致性監(jiān)視；和差比；OBA表校正

引言：

現(xiàn)代的二次監(jiān)視雷達通過引進單脈沖技術(shù)，采用幅度法，來提高二次雷達的測角精度。主要是引入一個用于接收的差通道，通過比較和、差通道信號，得到和差比（SDR），與此值對應(yīng)的角度可形成OBA（Off boresight）信息。利用該方法，理論上一個應(yīng)答脈沖就可以得出目標方位，所以稱為單脈沖測角技術(shù)。目標的正確方位角是由天線的瞄準軸的角度（由方位編碼器給出）加上當前目標OBA修正值得出，因此，OBA表值的正確性直接關(guān)系到單脈沖二次監(jiān)視雷達測角精度。也正是由此，雷神二次雷達系統(tǒng)引入了單脈沖一致性監(jiān)視及OBA表自動校正的功能，它進一步提高測角精度和系統(tǒng)的可靠性，并為用戶維護OBA表提供了極為有效的手段。

一、單脈沖一致性監(jiān)視（Monopulse Consistency Monitoring）中SDR與OBA表概念

雷神二次雷達系統(tǒng)中，單脈沖一致性監(jiān)視程序內(nèi)嵌于系統(tǒng)的核心處理部件PE（Plot Extractor）板中，它自動地在錄取器系統(tǒng)的后臺運作，主要是通過實時檢測隨機目標應(yīng)答報告中的和差比（SDR）及方位角信息，周期地計算單脈沖測角的偏差值（Monopulse Error），來實現(xiàn)對系統(tǒng)整體性能的監(jiān)視，當系統(tǒng)性能下降或其他原因引起總偏差大于用戶所設(shè)定的門限值時，嚴重時用戶甚至會在雷達目標顯示屏上觀察到目標大幅度擺動，此時系統(tǒng)將會給出單脈沖一致性告警，提醒用戶，當前的OBA表誤差值變大，可靠性降低。

在解釋單脈沖一致性監(jiān)視程序如何實現(xiàn)測角偏差的計算之前，在此先引入幾個關(guān)鍵的概念。目標的正確方位由查OBA表得到偏軸角值加上當前天線的瞄準軸角度得到。OBA表實際上就是一個Table Index（表索引值）與OBA值的映射關(guān)系表，每一個Table Index對應(yīng)一個OBA值。為表述方便，將DDV-SDR求得的值稱為SDR值，將SDR+ SDR offset求得的值稱為unsigned SDR，將unsigned SDR+255求得的值稱為Table Index。以下說明Table Index的計算過程及其所代表的含義；

（二）DDV-SDV=SDR；

上式得出的SDR值可正可負，是一般意義上的和差比，只是它正負的含義并不能用來標識目標相對于天線瞄準軸的位置（即左邊還是右邊），參看圖1可以得出這個結(jié)論。等式中：DDV（Difference Digitised Video）表示差通道數(shù)字視頻；SDV（Sum Digitised Video）表示和通道數(shù)字視頻；

（三）DDV - SDV + SDR offset = unsigned SDR；

SDR值以8位二進制來表示，最高位為符號位，取值范圍為（-127～ +127），SDR offset則是與天線和波束中心最大增益有關(guān)的一個預(yù)設(shè)值，這里預(yù)設(shè)值為128（80H），SDR值加上SDR offset的目的是使SDR的正負只取決于目標處于天線的左邊還是右邊（即由相位檢波器輸出的符號脈沖決定正負），而不是由（DDV – SDV）來決定（參照圖1），SDR值加上SDR offset后得到unsigned SDR值，取值范圍變?yōu)椋?～255），該值表示應(yīng)答時目標相對天線瞄準軸的偏移量。

（四）Table Index= unsigned SDR+256；

應(yīng)答解碼器在算出unsigned SDR值后，將根據(jù)相位檢波器輸出的符號位給unsigned SDR標記一個表示正或負的符號標志，用于指示該應(yīng)答來自天線瞄準軸的左邊還是右邊，因此±unsigned SDR值的范圍在（-255～ +255）。為了在表示Table Index這一概念時更直觀及電腦編程上的方便，系統(tǒng)再次將±unsigned SDR+256，去掉負值，最終得到Table Index。

經(jīng)過變換后，Table Index范圍變?yōu)椋?～512）。它以256為中心，表示應(yīng)答時目標是正對天線瞄準軸（即主波束中心位置），對應(yīng)的OBA值為0；為（0～255）時，表示目標處于天線瞄準軸左邊，對應(yīng)的OBA值為負值；為（257～512）時，則表示目標處于天線瞄準軸右邊，對應(yīng)的OBA值為正值。

二、單脈沖偏差（Monopulse Error）的計算

如圖2所示，對一個目標來說，在雷達的一個波束掃描期間內(nèi)，它大概會收到10多個詢問（取決于雷達發(fā)射脈沖重復(fù)周期和雷達天線的轉(zhuǎn)速），于是它會返回相應(yīng)的10多個應(yīng)答，這里稱之為一組應(yīng)答。

上圖中，每一次應(yīng)答的目標方位a1…..an分別和該組的方位平均值（A）相減，相當于在n個Table Index上分別得到了相應(yīng)的單脈沖偏差（Monopulse Error）（e1到en）。單脈沖一致性監(jiān)視程序正是以這種方式，監(jiān)視盡量多的應(yīng)答組，一段時間后，使得幾乎每一Table Index上都累積了若干的偏差量。周期地統(tǒng)計所有Table Index上的平均偏差量，系統(tǒng)將周期性地給出一個反映單脈沖一致性的性能指數(shù)。當總的偏差量超過用戶設(shè)定的參數(shù)門限時，系統(tǒng)將產(chǎn)生一個告警，報告天線錯誤。

由于目標在觸發(fā)應(yīng)答的瞬間落在波束內(nèi)的位置具有極大的隨機性，因此每組應(yīng)答所覆蓋到的SDR也是隨機的，經(jīng)過足夠的時間后，通過處理多組應(yīng)答，幾乎每一個常用的Table Index（比如從116到372）上都會累積若干的偏差量xi。如下所示：

E116=x116

E117=x117

...

E372=x372

系統(tǒng)周期性地將各個Table Index上累積的偏差量平均后進行代數(shù)和，最終得到一個能反映OBA表準確性的偏差總量E= （ x116n116+ x117n117…+ x372n372） （其中n表示相應(yīng)Table Index上偏差累計的次數(shù)） ，如此，系統(tǒng)實現(xiàn)了對OBA表準確性也即單脈沖一致性的實時監(jiān)視。

三、單脈沖一致性監(jiān)視（MCM）功能的實現(xiàn)機制

COSSOR廠家在CMS（控制監(jiān)視系統(tǒng)）里提供一個透明模式功能，該功能以一個命令行窗口的方式供系統(tǒng)維護人員與系統(tǒng)配置參數(shù)交互。系統(tǒng)的配置參數(shù)包括動態(tài)參數(shù)及處理開關(guān)，一共有上千項（以DP5 25為例，它表示第5組動態(tài)參數(shù)的第25項）。用戶在CMS上進入透明模式后，以PE為核心的系統(tǒng)即開啟一個線程接收并響應(yīng)用戶輸入的命令。通過透明模式功能，用戶可重新刷寫系統(tǒng)配置參數(shù)或修改、查看某項參數(shù)，比如加反射體數(shù)據(jù)、修改OBA表、通信口參數(shù)等。

四、OBA表的校正

前文闡述了雷神二次雷達單脈沖一致性監(jiān)視的實現(xiàn)過程，系統(tǒng)在具備了單脈沖一致性監(jiān)視的功能后，實現(xiàn)OBA表的自動校正功能將變得輕而易舉，因為OBA表的校準正是在單脈沖一致性監(jiān)視功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，實質(zhì)上就是根據(jù)每個Table Index上累計的偏差量（Ei）來修正對應(yīng)的OBA表值。雷達在正常運轉(zhuǎn)過程中，單脈沖一致性監(jiān)視程序僅對OBA表值的準確性進行實時檢測，當OBA表不準確的程度在容許的范圍內(nèi)時，系統(tǒng)不會給出任何提示，只有當不準確程度超出容許的范圍時，才會給出一個天線告警，但此時系統(tǒng)并不會根據(jù)偏差量（Ei）主動地去修正OBA表的值。因為，對于一個完成調(diào)試投入服務(wù)的雷達系統(tǒng)來說，單脈沖一致性告警大多不是因為OBA表的校準誤差引起，而是由設(shè)備、環(huán)境、內(nèi)外部干擾等引起，因此，維護人員應(yīng)該仔細排查各種因素后才決定是否應(yīng)該執(zhí)行OBA表的校正。這也正是單脈沖一致性監(jiān)視程序不主動根據(jù)偏差量去修正OBA表值的原因。

五、結(jié)束語

單脈沖測角技術(shù)和OBA表修正的機理在現(xiàn)代民用二次雷達中得到廣泛的應(yīng)用。雷神MK2系列二次雷達是應(yīng)用這類技術(shù)的典型設(shè)備之一。深入了解這些原理，有助于我們實施對這類雷達設(shè)備的維修與維護。

參考文獻：

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