脈沖雷達(dá)幅相一致性快速標(biāo)定方法研究

（大連91550部隊92分隊，116023）

脈沖雷達(dá)幅相一致性快速標(biāo)定方法研究

盧長海

（大連91550部隊92分隊，116023）

脈沖雷達(dá)對幅相一致性要求較高，在任務(wù)前需要對雷達(dá)幅相一致性進(jìn)行標(biāo)定。本文介紹了幅相特性不平衡的影響，給出了幅相不平衡標(biāo)定原理及方法。由于相位一致性標(biāo)定均需要標(biāo)校塔和信號源的支持，分析了常用的無塔校相方法，提出了在無塔條件下利用模擬器進(jìn)行幅相一致性的快速標(biāo)定。

單脈沖；幅相一致性；模擬器

0 引言

單脈沖雷達(dá)因其測角精度高，適用于反射式工作方式，因而得到廣泛的應(yīng)用。但是，單脈沖雷達(dá)要求在動態(tài)范圍內(nèi)幅相特性要一致，和差通道幅相特性的不一致性對測角精度會產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時甚至?xí)o法實現(xiàn)角度跟蹤，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。我們通常所講的幅相特性一致性，主要是對接收機(jī)的和、差通道而言的，一般要求幅度差不大于±1.5dB，相位差不大于±15°,因此任務(wù)前需要對脈沖雷達(dá)進(jìn)行幅相一致性標(biāo)定，以減小和改善幅相特性的不一致。

1 幅相特性不平衡的影響

1.1 對測角的影響

振幅和差式單脈沖系統(tǒng)中，若和差通道存在幅度不平衡，將引起電軸漂移，影響測角靈敏度和測角精度。比較器前出現(xiàn)相移，將會使零值“抬高”，減小零值深度，使相位檢波器中電軸的相位階躍反轉(zhuǎn)變成緩慢反轉(zhuǎn)，使得測角特性曲線斜率變小，降低了單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)測角靈敏度，但對測角精度沒有影響。

1.2 對改善因子的影響

理想情況下，相干接收機(jī)中的I、Q兩路相干檢波器在相位上嚴(yán)格相差900正交，在幅度上它們是相等的，但在實際接收機(jī)中，由于各種原因是難以達(dá)到的，因此在幅度和相位上會有誤差，分別以ΔA，Δθ表示。兩路正交信號表示為

式中：EI，EQ為兩路正交輸出直流分量；A為理想情況下的信號幅度；θ為信號的初始相位；fd為多普勒頻率；ΔA為幅度不一致百分比；Δθ為相位不一致因子。I、Q幅相不一致對改善因子IdB的限制，如圖1所示。由于在技術(shù)上控制相干檢波器的相位誤差比控制其幅度誤差更困難，因此對改善因子限制在-30dB時，Δθ=3%，ΔA≤3%。

2 幅度相位補(bǔ)償原理

圖1 幅相不一致對改善因子影響

在振幅和差式單脈沖體制中，和差比較器Δ端輸出的高頻角誤差信號還不能控制天線跟蹤目標(biāo)，必須變換成直流誤差電壓，其大小與高頻角誤差的振幅成比例，極性應(yīng)由高頻角誤差的相位決定，和信號為基準(zhǔn)信號，輸出誤差電壓為：

式中：AΔ位差信號幅度，AΣ為和信號幅度，φ為和差信號之間的相位差。

當(dāng)φ=0時為正極性，φ=π時為負(fù)極性，電壓幅度與目標(biāo)誤差角ε成比例，正負(fù)極性反應(yīng)了目標(biāo)偏離天線軸線的方向，相位檢波器輸出視頻脈沖幅度u與目標(biāo)誤差角ε關(guān)系曲線，稱為角鑒別特性（S曲線）。幅相一致性標(biāo)定就是要把這個相位差控制到0°或180° 。

文獻(xiàn)[3]中利用脈沖雷達(dá)和通道、方位差通道、俯仰差通道I、Q數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理計算機(jī)根據(jù)計算出系統(tǒng)幅相一致性的相位補(bǔ)償量和幅度補(bǔ)償量，計算結(jié)果送信號處理系統(tǒng)，根據(jù)補(bǔ)償量對和通道、方位差通道、俯仰差進(jìn)行修正補(bǔ)償，如圖2所示。

圖2 通道幅相一致性補(bǔ)償

I：和支路I通道數(shù)值

Q：和支路Q通道數(shù)值

IA：方位支路I通道數(shù)值

QA：方位支路Q通道數(shù)值

IE：俯仰支路I通道數(shù)值

QE：俯仰支路Q通道數(shù)值

即：方位差通道幅度相對于和通道的補(bǔ)償量為復(fù)數(shù)S/SA的實部，其相位補(bǔ)償量為復(fù)數(shù)S/SA的虛部。俯仰差通道補(bǔ)償原理同方位差通道，只需將方位、俯仰差兩通道信號復(fù)乘各自對應(yīng)的補(bǔ)償量，即可完成系統(tǒng)幅相一致性標(biāo)定。

該方法幅相一致性標(biāo)定需要借助塔信源，讓方位、俯仰通道利用雷達(dá)命令位置功能分別偏置1mil（密位）來統(tǒng)計幅度和相位的補(bǔ)償量，最后將左右、上下多次測試結(jié)果取平均值，最終取得方位、俯仰通道的補(bǔ)償值。

針對幅度的標(biāo)定，統(tǒng)計噪聲發(fā)也是常用的標(biāo)定方法，操作步驟原理如下：

三路幅度一致性測試補(bǔ)償量的計算如下：

將AGC/MGC置為0dB，將距離波門置于遠(yuǎn)區(qū)噪聲處，通過統(tǒng)計和∑、方位ΔA、俯仰ΔE三路噪聲信號I、Q值，計算三路幅度補(bǔ)償值（dΣ，dΔA，dΔE）

相位一致性的標(biāo)定，需要偏開塔信源一定角度，通過統(tǒng)計方位、俯仰與和路間的相位差，計算方位相位補(bǔ)償值A(chǔ)c與俯仰相位補(bǔ)償值Ec，可通過多次計算確認(rèn)相位補(bǔ)償值的準(zhǔn)確性。

以上方法均能實現(xiàn)幅相一致性的標(biāo)定，在實際應(yīng)用中均得到滿意的結(jié)果，兩種標(biāo)定原理都需要塔信源的支持，第二種方法幅度一致性標(biāo)定可以單獨完成，但相位一致性標(biāo)定需要標(biāo)校塔和信號源的支持。對于雷達(dá)應(yīng)急保障來講，建塔及維護(hù)成本較高，有些測量站點選址困難，因此無塔校相的研究是雷達(dá)應(yīng)急標(biāo)定的研究方向。在文獻(xiàn)[4]中提出了釋放標(biāo)定球利用微光電視加偏跟蹤的方法；文獻(xiàn)[5]中分析校相過程引入誤差的原理，再利用合適的濾波方法，將不穩(wěn)定因素濾除，進(jìn)而得到不穩(wěn)定條件下的穩(wěn)定正確相位；文獻(xiàn)[6]中提出了利用射電星校相得解決思路。對于我們雷達(dá)來講，由于天線口徑小，射電星信號微弱，所以不適用。釋放標(biāo)定球的確能解決無塔校相的問題，但操作過程費(fèi)時費(fèi)力，也不滿足快速標(biāo)定的目的；文獻(xiàn)[5]中也需要校相信號源的支持，對于配備目標(biāo)模擬器的雷達(dá)來說也不是備選方案，因此利用目標(biāo)模擬器實現(xiàn)快速標(biāo)定是最佳選擇。

3 利用模擬器進(jìn)行快速標(biāo)定

單脈沖雷達(dá)有激勵源工作模式和模擬器工作模式，在模擬器工作模式下可以完成距離搜索、跟蹤、信號幅度提取，用于調(diào)整雷達(dá)狀態(tài)和跟蹤捕獲訓(xùn)練。模擬器提供射頻模擬信號直接在天線及饋線單元后端定向耦合器輸入，如圖3所示。采用模擬器模擬電軸置偏量可以完成接收通道幅相一致性參數(shù)標(biāo)定，標(biāo)定原理如公式（6）。由于天線與饋線單位是無源器件，長時間使用幅相參數(shù)變化微小，因此通過完整通道的幅相補(bǔ)償參數(shù)和模擬器標(biāo)定的幅相補(bǔ)償參數(shù)可以確定出天線及饋線單元的幅相補(bǔ)償參數(shù)，將天線饋線的幅相補(bǔ)償參數(shù)作為一個固定值，在用模擬器自動補(bǔ)償過程中進(jìn)行二次修正，最終可以實現(xiàn)利用模擬器對雷達(dá)進(jìn)行幅相一致性標(biāo)定。在文獻(xiàn)[7]中實際驗證，在相同的情況下，對塔標(biāo)定與利用模擬器無塔標(biāo)定，輸出的誤差電壓差值很小，通過試驗驗證了利用模擬器無塔標(biāo)定能確保雷達(dá)設(shè)備正常工作。采用模擬器快速進(jìn)行幅相一致性標(biāo)定后，雷達(dá)進(jìn)行跟蹤國際空間站試驗，在理論彈道引導(dǎo)條件下，雷達(dá)捕獲跟蹤正常，試驗結(jié)果滿足雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

本文介紹了脈沖雷達(dá)幅相一致性標(biāo)定的原理及流程，并提出兩種脈沖雷達(dá)幅相一致性標(biāo)定的方法。經(jīng)試驗驗證，兩種方法所標(biāo)定出的接收通道幅相補(bǔ)償參數(shù)可以滿足脈沖雷達(dá)跟蹤快速目標(biāo)的需要。兩種方法的相位一致性標(biāo)定均需要標(biāo)校塔和信號源的支持，針對無塔情況下快速標(biāo)定現(xiàn)實需求，結(jié)合雷達(dá)自身特點，研究了利用模擬器進(jìn)行快速幅相一致性標(biāo)定的方法，其原理與方法一相同，經(jīng)過實際標(biāo)定驗證，滿足雷達(dá)快速幅相一致性標(biāo)定的要求，下一步針對標(biāo)定精度進(jìn)行深入研究。

[1] 袁永根.單脈沖測量雷達(dá)培訓(xùn)教材[M].南京：南京十四所.1994.

[2] 楊萬海。雷達(dá)系統(tǒng)建模與仿真[M].北京：西安電子科技大學(xué)出版社.2007.

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[4] 毛南平,徐昌慶,張忠華.船載測控雷達(dá)海上無塔校相技術(shù)[J].成都：電訊技術(shù).2004

[5] 劉童嶺,邵長寶,周成剛.船載雷達(dá)無塔動態(tài)相位標(biāo)校方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程. 2011.8

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[7] 陳大慶等.基于模擬器的單脈沖雷達(dá)幅相修正方法研究[J].飛行器測控學(xué)報 2012.4

盧長海.1977年10月.工程師.從事無線電測量相關(guān)工作.碩士研究生

Study on amplitued-phase consistency fast calibration method of Pulse radar

Lu Changhai
(Unit 91550 of PLA,Dalian,116023,Chian)

Pulse radar for amplitued-phase consistency demand is higher,before the task needs to be calibrated radar’s amplitued-phase consistency.This paper introduces the influence of unbalanced amplitude phase characteristics,gives the principle and method of amplitude-phase imbalance calibration.Due to phase consistency calibration all need the support of the calibration tower and signal source,Introduced no tower phase consistency calibration analysis commonly used methods,proposed under the condition of no tower by simulators for fast calibration of amplitued-phase consistency.

monopulse;amplitued-phase consistency;simulator

圖3 激勵信號和模擬信號信息流程