（大連91550部隊(duì)92分隊(duì)，116023）

脈沖雷達(dá)幅相一致性快速標(biāo)定方法研究

盧長(zhǎng)海

（大連91550部隊(duì)92分隊(duì)，116023）

脈沖雷達(dá)對(duì)幅相一致性要求較高，在任務(wù)前需要對(duì)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(hào)源的支持，分析了常用的無(wú)塔校相方法，提出了在無(wú)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(cè)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(dòng)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(duì)測(cè)角精度會(huì)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)o(wú)法實(shí)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(duì)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(duì)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(duì)測(cè)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(cè)角靈敏度和測(cè)角精度。比較器前出現(xiàn)相移，將會(huì)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(cè)角特性曲線斜率變小，降低了單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)角靈敏度，但對(duì)測(cè)角精度沒(méi)有影響。

1.2 對(duì)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(shí)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(huì)有誤差，分別以ΔA，Δθ表示。兩路正交信號(hào)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(hào)幅度；θ為信號(hào)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(duì)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(duì)改善因子限制在-30dB時(shí)，Δθ=3%，ΔA≤3%。

2 幅度相位補(bǔ)償原理

圖1 幅相不一致對(duì)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(hào)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(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，輸出誤差電壓為：

式中：AΔ位差信號(hào)幅度，AΣ為和信號(hào)幅度，φ為和差信號(hào)之間的相位差。

當(dāng)φ=0時(shí)為正極性，φ=π時(shí)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(gè)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(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)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(jì)算結(jié)果送信號(hào)處理系統(tǒng)，根據(jù)補(bǔ)償量對(duì)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(duì)于和通道的補(bǔ)償量為復(fù)數(shù)S/SA的實(shí)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(hào)復(fù)乘各自對(duì)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(lái)統(tǒng)計(jì)幅度和相位的補(bǔ)償量，最后將左右、上下多次測(cè)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(duì)幅度的標(biāo)定，統(tǒng)計(jì)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(cè)試補(bǔ)償量的計(jì)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(guò)統(tǒng)計(jì)和∑、方位ΔA、俯仰ΔE三路噪聲信號(hào)I、Q值，計(jì)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(guò)統(tǒng)計(jì)方位、俯仰與和路間的相位差，計(jì)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(guò)多次計(jì)算確認(rèn)相位補(bǔ)償值的準(zhǔn)確性。

以上方法均能實(shí)現(xiàn)幅相一致性的標(biāo)定，在實(shí)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(dú)完成，但相位一致性標(biāo)定需要標(biāo)校塔和信號(hào)源的支持。對(duì)于雷達(dá)應(yīng)急保障來(lái)講，建塔及維護(hù)成本較高，有些測(cè)量站點(diǎn)選址困難，因此無(wú)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(guò)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(duì)于我們雷達(dá)來(lái)講，由于天線口徑小，射電星信號(hào)微弱，所以不適用。釋放標(biāo)定球的確能解決無(wú)塔校相的問(wèn)題，但操作過(guò)程費(fèi)時(shí)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(hào)源的支持，對(duì)于配備目標(biāo)模擬器的雷達(dá)來(lái)說(shuō)也不是備選方案，因此利用目標(biāo)模擬器實(shí)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(lì)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(hào)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(hào)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(wú)源器件，長(zhǎng)時(shí)間使用幅相參數(shù)變化微小，因此通過(guò)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(gè)固定值，在用模擬器自動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程中進(jìn)行二次修正，最終可以實(shí)現(xiàn)利用模擬器對(duì)雷達(dá)進(jìn)行幅相一致性標(biāo)定。在文獻(xiàn)[7]中實(shí)際驗(yàn)證，在相同的情況下，對(duì)塔標(biāo)定與利用模擬器無(wú)塔標(biāo)定，輸出的誤差電壓差值很小，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了利用模擬器無(wú)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(guó)際空間站試驗(yàn)，在理論彈道引導(dǎo)條件下，雷達(dá)捕獲跟蹤正常，試驗(yàn)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(yàn)驗(yàn)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(hào)源的支持，針對(duì)無(wú)塔情況下快速標(biāo)定現(xiàn)實(shí)需求，結(jié)合雷達(dá)自身特點(diǎn)，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(guò)實(shí)際標(biāo)定驗(yàn)證，滿足雷達(dá)快速幅相一致性標(biāo)定的要求，下一步針對(duì)標(biāo)定精度進(jìn)行深入研究。

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

[2] 楊萬(wàn)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.

[3] 程鈞,鐘嵐.單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)幅相一致性自動(dòng)化標(biāo)定的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá).2007.4

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

[5] 劉童嶺,邵長(zhǎng)寶,周成剛.船載雷達(dá)無(wú)塔動(dòng)態(tài)相位標(biāo)校方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程. 2011.8

[6] 仇三山,汪遠(yuǎn)玲,楊洪軍.深空測(cè)控系統(tǒng)跟蹤接收機(jī)射電星校相的可行性分析.電訊技術(shù).2010.8

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盧長(zhǎng)海.1977年10月.工程師.從事無(wú)線電測(cè)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(lì)信號(hào)和模擬信號(hào)信息流程