基于目標(biāo)模擬器的跟蹤雷達(dá)無塔標(biāo)校實(shí)現(xiàn)方法

周繼飛 宋國棟 徐其貴

（1、南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京210039 2、徐州軍事代表室，江蘇 徐州221000）

現(xiàn)代雷達(dá)為了達(dá)到任務(wù)所需的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮各種因素，對各種參數(shù)進(jìn)行評估，對有變化的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)修正，從而得到穩(wěn)定、可靠的指標(biāo)。雷達(dá)測量精度的好壞由其測量誤差的大小表征和衡量，雷達(dá)精度設(shè)計(jì)是合理減小或限制雷達(dá)跟蹤測量中引起誤差的因素。幅度不平衡和相移誤差作為影響系統(tǒng)誤差的主要因素，作為固定誤差，會影響定向靈敏度變化[1]。

單脈沖跟蹤雷達(dá)的幅相標(biāo)校目前主要有對塔標(biāo)校[2]、放球標(biāo)定[3]和利用安裝偏饋陣子的無塔標(biāo)校[4]，對塔和放球標(biāo)定對標(biāo)校設(shè)備有較高的要求，無法滿足產(chǎn)品使用過程中的標(biāo)校需求；安裝偏饋陣子的標(biāo)校方式增加了產(chǎn)品的設(shè)備量，對產(chǎn)品本身有的一定的影響。為了適應(yīng)裝備使用過程中在保證精度的情況下快速修復(fù)需求，本文提出一種新的無塔標(biāo)校方法，該方法利用單脈沖跟蹤雷達(dá)出廠時(shí)的對塔幅相標(biāo)校數(shù)據(jù)和自帶的模擬器產(chǎn)生的模擬幅相標(biāo)校數(shù)據(jù)之間的關(guān)系系數(shù)K(i,j)，即轉(zhuǎn)換系數(shù)，通過轉(zhuǎn)換系數(shù)K(i,j)完成模擬幅相標(biāo)校和工作幅相標(biāo)校之間補(bǔ)償量的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)單脈沖跟蹤雷達(dá)的無塔標(biāo)校功能，通過在某型單脈沖跟蹤雷達(dá)上驗(yàn)證，可以滿足跟蹤雷達(dá)的精度要求。

1 對塔工作幅相標(biāo)校

對塔工作幅相標(biāo)校是目前單脈沖跟蹤雷達(dá)最常用的標(biāo)校方式，也是最基礎(chǔ)的標(biāo)校方法，解決雷達(dá)系統(tǒng)幅相一致性補(bǔ)償問題，是通過在標(biāo)校塔合適位置放置轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)，將雷達(dá)發(fā)射信號經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)延時(shí)后轉(zhuǎn)發(fā)回雷達(dá)，雷達(dá)對收到的信號進(jìn)行采樣，數(shù)據(jù)處理計(jì)算出補(bǔ)償量并保存的工作過程。本文對塔工作幅相標(biāo)校是基于無源相控陣天線和多模饋源等的硬件系統(tǒng)。

圖1 對塔幅相標(biāo)校示意圖

典型三通道單脈沖跟蹤雷達(dá)對塔幅相工作標(biāo)校分為對方位差標(biāo)定和俯仰差標(biāo)定，以方位差標(biāo)定為例，標(biāo)校流程如圖2 所示。在單脈沖雷達(dá)采用等信號法測角時(shí)，目標(biāo)偏離波速中心的角度偏移量可由接收機(jī)和差通道的幅度和相位差表示[5]：

圖2 對塔工作幅相標(biāo)校流程圖

2 無塔幅相標(biāo)校

無塔幅相標(biāo)校是利用對塔工作幅相標(biāo)校和模擬幅相標(biāo)校之間的關(guān)系，通過模擬測試信號測算出接收通道后端的一致性，將改變后的接收通道幅相一致性換算得出新的對塔工作幅相標(biāo)校系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)脫離標(biāo)校塔完成工作幅相標(biāo)校的過程。

2.1 初始幅相標(biāo)校

無塔幅相標(biāo)校的前提條件是對塔工作初始幅相標(biāo)校，根據(jù)對塔幅相工作標(biāo)校的標(biāo)校流程，完成初始標(biāo)校。對塔工作幅相標(biāo)校時(shí)，幅相標(biāo)校包含天線陣面、多模饋源、耦合器、接收通道中幅度相位不平衡的部分，如圖3 所示的信號流程圖，標(biāo)校得到對塔工作幅相標(biāo)校補(bǔ)償系數(shù)Kw，作為初始標(biāo)校結(jié)果保存在計(jì)算機(jī)中。

式中KA為對塔幅相標(biāo)校方位差通道補(bǔ)償系數(shù)，KE為對塔幅相標(biāo)校俯仰差通道補(bǔ)償系數(shù)。

圖3 幅相標(biāo)校信號流程示意圖

2.2 模擬目標(biāo)幅相標(biāo)校

計(jì)算得到無塔標(biāo)校方位、俯仰通道的幅度和相位補(bǔ)償系數(shù)K(i,j)

2.3 無塔幅相標(biāo)校

無塔幅相標(biāo)校是利用對塔幅相標(biāo)校的結(jié)果作為初始幅相標(biāo)校的數(shù)據(jù)，在通道無塔幅相標(biāo)校的工作幅度相位為初始對塔幅相標(biāo)校幅度相位與更換通道前的模擬幅相標(biāo)校的幅度相位和減去更換通道后的模擬幅相標(biāo)校的幅度相位，無塔標(biāo)校補(bǔ)償系數(shù)K 由下列公式計(jì)算，以差通道相位為例，

式中，Kw對塔工作標(biāo)校補(bǔ)償系數(shù)，Km2為通道更換后的模擬標(biāo)校補(bǔ)償系數(shù)，

3 無塔標(biāo)校結(jié)果

根據(jù)補(bǔ)償轉(zhuǎn)換系數(shù)K(i,j)計(jì)算公式，以相位補(bǔ)償為例，工作標(biāo)校和無塔標(biāo)校后方位差和俯仰差相位正負(fù)偏結(jié)果如圖4、圖5 所示，圖中橫軸表示方位或俯仰相位偏移后，對塔、無塔標(biāo)校系統(tǒng)方位或俯仰相位偏移量，單位為度。如圖6 所示為對塔標(biāo)校與無塔標(biāo)校時(shí)差通道相位偏移量差值。

圖4 對塔工作標(biāo)校后差通道相位正負(fù)偏值

從圖4、圖5 和圖6 看出，對塔工作幅相標(biāo)校后的差通道相位正負(fù)偏值與無塔幅相標(biāo)校后的差通道相位正負(fù)偏值的差值，同理可以得到差通道幅度對塔工作標(biāo)校和無塔標(biāo)校的后的正負(fù)偏的差值，通過差通道幅度和相位正負(fù)偏的差值可以看出通過模擬信號轉(zhuǎn)換后的補(bǔ)償系數(shù)K(i,j)可以滿足單脈沖跟蹤雷達(dá)幅相標(biāo)校的要求，從而實(shí)現(xiàn)無塔標(biāo)校功能。

為了驗(yàn)證無塔標(biāo)校工程實(shí)現(xiàn)效果，跟蹤雷達(dá)在真實(shí)跟飛過程中跟蹤飛行目標(biāo)在40KM 到100KM 距離段上，跟蹤目標(biāo)在方位測試數(shù)據(jù)與真值之間的差值如圖7 所示，方位精度滿足0.2°的要求。

圖5 無塔標(biāo)校后差通道相位正負(fù)偏值

圖6 對塔標(biāo)校和無塔標(biāo)校后差通道相位偏移差值

圖7 無塔標(biāo)校后方位檢飛精度

4 結(jié)論

本文在分析了傳統(tǒng)單脈沖雷達(dá)對塔幅相標(biāo)校的基礎(chǔ)上，利用目標(biāo)模擬器，提出了無塔幅相標(biāo)校的實(shí)現(xiàn)方法。在無塔幅相標(biāo)校中利用模擬通道一致性，測算出更換接收通道后的幅相補(bǔ)償轉(zhuǎn)換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)無塔幅相標(biāo)校功能。通過實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，基于目標(biāo)模擬器的跟蹤雷達(dá)無塔標(biāo)校方法解決了雷達(dá)在使用過程中因更換通道而帶來的幅相差異，保證單脈沖跟蹤雷達(dá)的跟蹤精度。對通道幅相一致性要求較高的雷達(dá)中，在沒有對塔標(biāo)校條件的情況下，有較強(qiáng)的借鑒意義。