基于模擬器的單脈沖雷達幅相修正方法研究

任敏善(中國人民解放軍91913部隊,大連,116041)

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基于模擬器的單脈沖雷達幅相修正方法研究

任敏善
(中國人民解放軍91913部隊,大連,116041)

摘要：以某型單脈沖測量雷達為研究對象，提出一種單脈沖測量雷達無塔幅相修正方法。從而降低了建造成本和維護難度，取得了良好的軍事和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：單脈沖;雷達;幅相修正

0 引言

為確保單脈沖雷達正常工作，并獲取高精度的測量數(shù)據(jù)，雷達接收系統(tǒng)三路通道(和、方位、俯仰)的幅度、相位必須具有良好的一致性，為避免環(huán)境溫濕度、數(shù)字器件加載時序、接收器件性能變化等因素的影響，雷達開機后，系統(tǒng)必須進行幅相一致性修正。目前，幅相一致性修正需借助標校塔完成，標校塔建造成本和維護費用高，對地理位置、供電等條件要求高，受外界因素影響大，不利于維護保養(yǎng)，應急處置難度大。

基于此背景，提出了基于目標模擬的無塔幅相修正方法。

1 幅相一致性修正必要性

單脈沖測量雷達一個平面內的天線方向圖如圖1所示。當天線軸線(電軸)對準目標時，若歸一化后的輸出電壓U()=0，則天線維持指向不變，這時單脈沖雷達的測角誤差(即天線指向對于目標的偏差)為零。如果三路通道幅相不一致，天線軸線對準目標而歸一化后的輸出電壓U1()≠o，只有當天線指向偏離目標方向某一角度?，相應產(chǎn)生1個角誤差電壓抵消歸一化后的附加輸出時，才能使系統(tǒng)達到平衡，這時單脈沖雷達存在測角誤差，誤差大小為?。接收系統(tǒng)三路幅度、相位不平衡，是影響測角誤差的重要因素，且屬于系統(tǒng)誤差，因此必須進行幅相一致性修正。

圖1　雷達天線方向圖

2 幅相一致性修正原理可行性分析與驗證

2.1 理論分析單脈沖測量雷達有2種工作模式，激勵源工作模式和模擬源工作模式。以某型單脈沖測量雷達為例，激勵源工作模式用于實戰(zhàn)任務，模擬源工作模式用于調整設備狀態(tài)和跟蹤捕獲訓練。模擬源模式下幅相一致性修正受外界因素影響較小，可驗證其穩(wěn)定性。假設2種模式下，相對應的硬件通道幅度和相位有固定的數(shù)學關系，那么，通過一定的算法，就可以利用模擬源對激勵源模式下的幅相一致性進行修止，即可實現(xiàn)無塔幅相一致性修正。

2.2 公式推導

某型單脈沖測量雷達每種工作模式下都有2種工作方式，即單載頻方式和線性調頻方式，每種方式下有3種信號形式，即和信號、方位信號、俯仰信號。其中，和信號用來產(chǎn)生距離相關信息。方位信號和俯仰信號統(tǒng)稱為差信號，用來產(chǎn)生角度相關信息，3種信號均用復數(shù)表示，即I+iQ的形式表示。

要使設備能夠保持止常跟蹤，必須使和、差信號的幅相保持一致，所以就需要對差信號的幅相進行修正。目前程序中對設備的幅相一致性是根據(jù)式(1)進行修正的

其中I?、iQ?、I∑、Q∑參數(shù)由信號處理通過網(wǎng)絡發(fā)送到通信計算機；I修、Q修是通信汁算機幅相一致性修正軟件通過計算得到的。程序中分別對激勵源方式下單載頻的方位、俯仰，線性調頻的方位、俯仰；模擬源方式下單載頻的方位、俯仰．線性調頻的方位、俯仰等8種信號進行修止，得出8組修正參數(shù)。修正完成后，軟件將數(shù)據(jù)保存在自己的配置文件中，同時通過網(wǎng)絡發(fā)送給信號處理進行信號的幅相一致性修正。

為了得到激勵源與模擬源2種工作模式下，幅相一致性修正系數(shù)之間的關系，利用式(2)進行推理:

病蟲害是影響花卉觀賞性及生長情況的重要因素。對于不同的花卉，病蟲害的具體類型存在差異，因此應做好防控工作，采用綜合措施提升對花卉的管理水平?；ɑ懿∠x害防治應以預防為主，通過加強花卉的田間管理，控制農(nóng)藥的使用，有效避免農(nóng)藥殘留?；ɑ懿∠x害防治方法具體包括農(nóng)業(yè)防治、生物防治、物理防治及藥物防治等。

其中I模、Q模、I塔、Q塔均是指通信計算機中根據(jù)式(1)計算出的幅相一致性修正參數(shù)。

經(jīng)推導得出

2.3 試驗驗證

無塔幅相一致性修正的基礎是，模擬源方式下的幅相一致性是穩(wěn)定的，且模擬源與激勵源2種不同模式下修正系數(shù)之間存在有規(guī)律的數(shù)學關系。為此，設計以下2個試驗進行驗證。

2.3.1 驗證模擬源方式F幅相一致性的穩(wěn)定性

試驗步驟如下：

1)雷達全系統(tǒng)開機，列模擬源幅相一致性進行修正；

2)模擬源關機重啟，其余設備保持；

3)重新開機后，使用數(shù)據(jù)處理工作軟什記錄誤差電壓，驗證其穩(wěn)定性。

此試驗共進行10次，10次試驗結果一致，對試驗結果數(shù)據(jù)作圖，如圖2所示。

圖2中，2條曲線分別為角度正偏1 mil和負偏1mil時的誤差電壓情況。

圖2　誤差電壓統(tǒng)計

2.3.2驗證2種模式下，對應信號間有同定關系

試驗步驟如下：

1)雷達整機開機，開機后首先檢查2種方式下幅相一致性；

2)在2種工作模式下．分別進行幅相一致性修正，記錄方位、俯仰通道下幅相修正系數(shù)；

3)除發(fā)射機、激勵源外，設備全部關機重啟，檢查幅相一致性，重復步驟2)。

此試驗共進行20次，將試驗結果代入式(3)。

前5次I系、Q系結果如表1所示。

由表1可以看出，模擬源和激勵源2種工作模式，相對應的信號的幅柏一致性修止參數(shù)之間的比值只在一個很小的范圍內波動。雷達幅相補償?shù)奶幚矸椒ㄊ荌?+iQ?=（I原+iQ原）/（I修+iQ修），通過實際驗證，在相同的情況下，對塔修正與無塔修正2種方式，輸出的誤差電壓差值很小，所以利用無塔修正能確保設備正常工作。

3 方法實現(xiàn)

該方法主要實現(xiàn)模擬源模式的幅相一致性修正功能，同時保留了激勵源模式的幅相一致性修正功能，進入后可進行模擬源模式下的幅相一致性修正。修正完成后，可直接對塔進行激勵源模式下的幅相一致修正；也可進人無塔修正模塊，對激勵源模式的幅相一致性參數(shù)進行一鍵修正，軟件工作流程如圖3所示。

圖3　模擬器幅相一致性修正軟件流程圖

4 結束語

本文通過分析論證，建立了一套完整的基于模擬器的單脈沖測量雷達幅相一致性修正算法，經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)分析和論證，保證了算法的正確性、有效性，立足設備自身實現(xiàn)了無塔幅相一致性修正，軟件操作簡單，基于模擬器的幅相一致性修正方法對車載式、艦載式等機動脈沖測量雷達設備有較好的借鑒作用，移植性高，推廣前景好。此方法的實現(xiàn)，減少了建設成本和維護費用，減少了外界環(huán)境因素的影響，穩(wěn)定性高，降低了設備故障率和任務中的應急處置難度。

參考文獻

[1]韓傳久．單脈沖雷達接收系統(tǒng)[M].西安：西北電訊工程學院．1979.

[2]程鈞，鐘嵐．單脈沖雷達系統(tǒng)幅相一致性自動化標定的實現(xiàn)[J]．現(xiàn)代雷達，2007，29(4)：28—30．

任敏善（1976-），男，山東濰坊人，工程師，主要從事雷達信號處理。

表1　I、Q系數(shù)結果統(tǒng)計

Research on Simulator—Based Monopulse Radar Amplitude Phase Correction

Ren Minshan
(The unit 91913 of PLA, Dalian 116041,China)

Abstract：Based on a certain type monopulse radar as the research object.A new towerless monopulse radar amplitude phase correction is proposed.Thus,the construction cost and maintenance difficulty are reduced, and good military and economic benefits are achieved.

Keywords：Monopulse；Radar；Amplitude Phase Correction

作者簡介