單脈沖測(cè)角技術(shù)

軒健

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)，隨著導(dǎo)彈、衛(wèi)星和宇航技術(shù)的大幅提高和進(jìn)步，雷達(dá)技術(shù)逐漸應(yīng)用到了越來越多的領(lǐng)域中。對(duì)于目標(biāo)信號(hào)，雷達(dá)不僅需要測(cè)量目標(biāo)距離，還包括目標(biāo)的參數(shù)測(cè)量，而在某些應(yīng)用中為了快速地提供目標(biāo)的精確坐標(biāo)值，還需要采用自動(dòng)測(cè)角的方法。單脈沖測(cè)角技術(shù)定向精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)健性好，本文的工作就是圍繞著單脈沖技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用展開的。文章首先簡(jiǎn)要闡述了研究的背景和意義，重點(diǎn)表明了單脈沖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，然后介紹了單脈沖技術(shù)測(cè)角的原理，最后討論了該技術(shù)存在的缺陷。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)測(cè)角；單脈沖技術(shù)；同時(shí)波瓣測(cè)角

一、論文研究的背景和意義

這些年來，火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇航技術(shù)的日益成熟和不斷發(fā)展，隨之而來的是對(duì)跟蹤雷達(dá)的配套技術(shù)的迫切要求，這些方面和指標(biāo)主要體現(xiàn)在其跟蹤的速度、跟蹤的精度、跟蹤的距離和抵抗外界干擾的能力等方面。在很大一部分應(yīng)用情況下，跟蹤和檢測(cè)一個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)不僅需要估計(jì)目標(biāo)的距離值和速度值，而且要額外計(jì)算目標(biāo)的角坐標(biāo)。目前普遍有三種雷達(dá)測(cè)角方法：順序波瓣法、圓錐掃描跟蹤、單脈沖[1]技術(shù)。順序波瓣法利用兩波束交替出現(xiàn)，或只要其中一個(gè)波束，使它繞等信號(hào)軸旋轉(zhuǎn)，波束便按時(shí)間順序在1，2位置交替出現(xiàn)。單脈沖法則使用兩套一樣的接收系統(tǒng)同時(shí)工作。它們都是屬于等信號(hào)法[2]。圓錐掃描法屬于最大信號(hào)法，天線波束圍繞等強(qiáng)線錐形旋轉(zhuǎn)。當(dāng)目標(biāo)偏離其等強(qiáng)線時(shí)，接收機(jī)收到一個(gè)調(diào)幅信號(hào)的，由此計(jì)算出目標(biāo)的偏離值。然后將接收機(jī)輸出的偏離大小的誤差值，送到伺服控制電路，使天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

單脈沖雷達(dá)有很多其他雷達(dá)無法比擬和企及的優(yōu)勢(shì)。首當(dāng)其沖的當(dāng)屬其測(cè)量精度，其之所以能達(dá)到如此高的測(cè)量精度與其工作原理是分不開的。我們知道單脈沖雷達(dá)不會(huì)隨著目標(biāo)回波幅度的起伏變化而變化，而其他類型的雷達(dá)比如：圓錐掃描雷達(dá)卻會(huì)隨著隨著目標(biāo)回波幅度的起伏變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生了一種附加的調(diào)制誤差。同時(shí)，其角跟蹤精度也是相當(dāng)?shù)目捎^，一般是圓錐掃描雷達(dá)相應(yīng)參數(shù)的2倍，具體指標(biāo)可以達(dá)到波束寬度1/100 左右。其次，單脈沖雷達(dá)抵抗外界干擾的能力也是相當(dāng)突出。例如圓錐掃描雷達(dá)會(huì)受到回答式調(diào)幅信號(hào)的嚴(yán)重干擾，甚至可以說是致命的，之所以這么說是因?yàn)楦蓴_機(jī)收到相應(yīng)的雷達(dá)信號(hào)后，通過虛假調(diào)制這一流程后會(huì)再次將其轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而導(dǎo)致雷達(dá)角跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生不可以彌補(bǔ)的錯(cuò)誤信息接收。而這些影響和擔(dān)心于單脈沖雷達(dá)而言就不存在了，因?yàn)槠涔ぷ髟頉Q定了其可以不受任何回答式調(diào)幅干擾。同時(shí)，對(duì)于人為的干擾和自然的干擾，它都可以在最大程度上給予消除，以保證其高居不下的抵抗外界干擾的能力。

20世紀(jì)40年代后期開始萌發(fā)了單脈沖雷達(dá)這一新型技術(shù)，至此以來，其在航空和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中逐漸起著越來越重要和不可替代的重要作用，因其高精度的指標(biāo)更是滿足了許多精確制導(dǎo)武器的迫切和苛刻的需求。大多數(shù)情況而言，距離方面上的超高分辨率很多都是依賴于脈沖串的相參合成、處理來實(shí)現(xiàn)的，如脈沖線性調(diào)頻雷達(dá)、頻率步進(jìn)雷達(dá)等，而精確的測(cè)角則往往使用文中的此項(xiàng)技術(shù)。

二、單脈沖技術(shù)測(cè)角原理

我們知道雷達(dá)系統(tǒng)通常會(huì)依賴脈沖壓縮這一技術(shù)來達(dá)到增強(qiáng)其測(cè)距精度，而同時(shí)測(cè)角精度的增強(qiáng)又依賴于單脈沖這一技術(shù)。單脈沖技術(shù)把同一面上的兩個(gè)波束分別接收到的各自回波做詳細(xì)的具體對(duì)比，即可得到測(cè)量目標(biāo)的角誤差信號(hào)，由于兩個(gè)波束在接收時(shí)間上幾乎是一致的，所以由此得到的信號(hào)在時(shí)間上是非常短的，因此由一個(gè)回波脈沖就可以確定角誤差，這就是“單脈沖”這個(gè)名稱的由來。由于它避免了目標(biāo)起伏對(duì)結(jié)果的影響，因此精度很高。

文中單脈沖技術(shù)的核心或者本質(zhì)就是比較回波信號(hào)在兩個(gè)獨(dú)立波束上投影的大?。╒0，V1），兩電壓中相同的部分互相抵消，而保留角度相關(guān)的部分，表示為：

這里ξv叫做誤差電壓，包含全部的角誤差信息，通過映射函數(shù)則可以將其轉(zhuǎn)化為角度的形式，這個(gè)映射函數(shù)就稱為單脈沖比曲線，它是通過兩個(gè)接收波瓣函數(shù)的比例形式來定義的，波瓣函數(shù)代表目標(biāo)在角范圍的天線實(shí)際響應(yīng)。

站在結(jié)構(gòu)的層面上，其核心算法的工程實(shí)現(xiàn)順序由以下三大部分一次組成：角度傳感器、變換器及角度鑒別器[3]。第一部分是為了產(chǎn)生信號(hào)， 此信號(hào)中囊括了被測(cè)目標(biāo)的角度信息，其在類型上主要有比幅、比相、綜合之分；第二部分的主要作用是變換信號(hào)參數(shù)之間的相應(yīng)關(guān)系；第三部分是為了確定與目標(biāo)角度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，其比較的具體方法有幅度法、相位法、和差法三種。這樣一來總共有9種類型，但實(shí)際上大家所熟知的常用方法僅4種：幅度比較（直接比幅）、幅度和差（和差比幅）、相位比較（直接比相）、相位和差，其中和差比幅在實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛。

由于定向精度的高低受接收支路相位一致性及其穩(wěn)定性的影響很大，而有由于和及差角度鑒別器對(duì)此項(xiàng)要求相對(duì)不是那么嚴(yán)格，所以此項(xiàng)技術(shù)和儀器在單脈沖雷達(dá)中得到了較為普遍的應(yīng)用。在這種單脈沖雷達(dá)中，由波導(dǎo)橋傳輸出來的較高頻率信號(hào)和信號(hào)及差信號(hào)又分別加到和及差接收的支路，在此過程中其將被變換為中頻信號(hào)，同時(shí)其電平值夜會(huì)被放大到下一步所需要的水平。

三、單脈沖測(cè)角的缺陷

同時(shí)，單脈沖雷達(dá)也不是完全沒有缺點(diǎn)，比如在結(jié)構(gòu)上和技術(shù)上，相較其他方法略復(fù)雜一些。比如，它與圓錐掃描雷達(dá)主要在獲取誤差信號(hào)的方式有所不同，因此，二者的天線和饋線系統(tǒng)有較大的差別，由此而來，相應(yīng)的的電路要求也有很大區(qū)別。圓錐掃描雷達(dá)只需要單路接收機(jī)，只需要簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和加工，而普通的單脈沖雷達(dá)則需要三路幅相一致的接收機(jī)，一旦各路相位和振幅出現(xiàn)不平衡，會(huì)導(dǎo)致測(cè)角靈敏度降低并加大測(cè)角誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁鷺飛.耿富錄-雷達(dá)原理.西安：電子科技大學(xué)出版社，2002，21（05）：26-30.

[2]胡體玲.李興國(guó)-單脈沖探測(cè)技術(shù)的發(fā)展綜述.現(xiàn)代雷達(dá)，2006，28（12）：24-29.

[3]謝俊好.熊衛(wèi)明-傳統(tǒng)單脈沖方法的數(shù)學(xué)原理及工程實(shí)現(xiàn).系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004，26（04）：467-473.