姚小勇

（南京國睿防務系統(tǒng)有限分司 江蘇省南京市 210039）

1 現(xiàn)狀

現(xiàn)階段的相控陣雷達多為高精端相控陣雷達[1]，測角精度是其一項關(guān)重指標，大角度測角誤差曲線的擬合是否精確，直接關(guān)系到該雷達測角精度的實現(xiàn)。

在外場標校由于測量波位較多，且需要不停轉(zhuǎn)動陣面安裝轉(zhuǎn)臺才能實現(xiàn)不同掃描波位的遠場方向圖數(shù)據(jù)采集，受限于測量陣面安裝參數(shù)的儀表精度（3′），單個陣面多個測量波位之間的機械軸標校誤差呈現(xiàn)隨機性，雷達在不同波位的測角精度誤差也呈現(xiàn)隨機性，無法消除。

同時遠場標較時由于外場電磁環(huán)境比較復雜，開展大角度測角誤差數(shù)據(jù)測量時，雷達方向圖受電磁干擾比較嚴重，采集的測角數(shù)據(jù)失真嚴重，導致大角度誤差系數(shù)擬合曲線嚴重失真，測量結(jié)果反復多。

基于此，在研究分析ADS-B（廣播式自動相關(guān)監(jiān)視）技術(shù)及其在雷達測角精度比對中的精度量級后[2]，總結(jié)提出基于ADS-B 技術(shù)的該型雷達大角度測角誤差曲線擬合方法。

2 技術(shù)支撐

2.1 ADS-B測角精度分析

根據(jù)相關(guān)國軍標標準，某一計量設備誤差小于待測裝備精度要求1/3 的，即可作為真值使用[3]，從圖1 可以看出，ADS-B 可以作為相控陣該系列的大角度測角誤差曲線擬合用的真值。

圖1：ADS-B 測角精度

2.2 相控陣雷達正弦空間測角技術(shù)

目前，采用比幅法單脈沖測角技術(shù)的相控陣雷達角敏函數(shù)均由“正弦空間（U-V 坐標）”內(nèi)法向和差方向圖幅度相比進行仿真擬合而來[3]。其優(yōu)點是，各個掃描角度上的波束所給出的角敏函數(shù)的變化均表現(xiàn)為在U 軸和V 軸上的平移，其平移量為u0和v0。具體見公式：

仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2：不同頻點的角敏函數(shù)

從圖2 可以看出，頻率不同，角敏函數(shù)不同，頻率越高，角敏函數(shù)的斜率越大。所以，雷達大角度掃描誤差系數(shù)擬合的目的即是按照頻段劃分，擬合出全頻段大角度誤差系數(shù)，實現(xiàn)頻段內(nèi)不同角度掃描時，各掃描角測角值的實時補償，修正測角誤差。

2.3 去除陣面安裝誤差

在利用ADS-B 數(shù)據(jù)擬合雷達測角誤差修正前，要先對雷達因陣面單元位置誤差和陣面變形及雷達姿勢等原因產(chǎn)生的精度誤差予以修正[4-7]，根據(jù)對陣面安裝誤差對相控陣雷達測角精度的影響[8]對陣面安裝誤差進行修正，陣面安裝誤差解算公式為：

其中，T、E1、E2、Δσ、Δδ、Δγ分別為陣面安裝傾角、目標仰角、橫滾誤差、陣面安裝傾角誤差、陣面法向誤差，ΔAz1、ΔAz2、ΔEl1為目標以不同高度過法向時的方位測角誤差[8]。

3 試驗方法和步驟

3.1 航路規(guī)劃

架設雷達，通過試驗陣地的ADS-B 設備，觀察不同方位、仰角、距離進出的民航航路，確保民航航路能夠覆蓋陣面掃描范圍，為避免低角多路徑效應對仰角測角的影響，觀察錄取仰角2°以上的民航航路，統(tǒng)計計算出陣面法向?qū)姆轿?。航路?guī)劃如圖3所示。

圖3：航路規(guī)劃

3.2 數(shù)據(jù)處理方法

（1）將雷達方位掃描角數(shù)據(jù)相對于陣面法向Nt 作差（Az-Nt），得到雷達相對于陣面法向的掃描角范圍。

（2）在Excel 軟件中，以相對方位掃描角數(shù)據(jù)為橫坐標，雷達數(shù)據(jù)與ADS-B精度比對的誤差數(shù)據(jù)（ADS-B數(shù)據(jù)-雷達數(shù)據(jù)）作為縱坐標數(shù)據(jù)，繪制散點圖，如圖4 并進行三項式擬合。

圖4：安裝誤差處理及大角度測量誤差擬合示意圖

（3）將其它比對數(shù)據(jù)按照步驟b)進行擬合，獲得雷達完整的[‐45°45°]掃描角范圍內(nèi)誤差值。

（4）利用公式（1）消除傾角、不水平度和陣面方位法向誤差，并修正機械軸標定數(shù)據(jù)。

（5）統(tǒng)計不同頻點的方位法向位置的方位和仰角測角誤差值。

（6）以f0 對應的測角值作為系統(tǒng)差進行歸零處理，在Excel 中以頻點作為橫坐標，測角誤差作為縱坐標，畫散點圖，并進行三項式擬合，擬合系數(shù)即是方位/仰角的角敏函數(shù)修正系數(shù)，覆蓋系統(tǒng)參數(shù)文件夾相關(guān)參數(shù)文件。

（7）選擇工作頻點f0（中頻）時的覆蓋陣面方位掃描范圍的測角點跡數(shù)據(jù)再次進行重演，在[‐45°，45°]范圍內(nèi)對測角誤差數(shù)據(jù)進行拼接，拼接完成的測角誤差數(shù)據(jù)即是雷達在掃描范圍內(nèi)的大角度掃描誤差數(shù)據(jù)。

（8）對大角度掃描誤差數(shù)據(jù)在Excel 中畫散點圖，并進行三項式擬合，常數(shù)項作為系統(tǒng)差進行扣除，擬合后的系數(shù)即為大角度測角誤差修正系數(shù)。

（9）數(shù)據(jù)處理完成后，覆蓋系統(tǒng)參數(shù)的文件夾相關(guān)參數(shù)文件。

3.3 操作步驟

（1）通過試驗陣地的ADS-B 設備，觀察不同方位、仰角、距離進出的民航航路，確保民航航路能夠覆蓋陣面掃描范圍，為避免低角多路徑效應對仰角測角的影響，觀察錄取仰角2°以上的民航航路，統(tǒng)計計算出陣面法向?qū)姆轿弧?/p>

（2）將待測陣面法向轉(zhuǎn)至相應的方位，并由質(zhì)標人員標定出陣面的機械軸并將機械軸參數(shù)裝入雷達。

（3）開發(fā)射以錄取民航數(shù)據(jù)，選取不同高度經(jīng)過陣面法向的數(shù)據(jù)，進行三項式擬合，利用參考文獻[9]中機械軸安裝誤差驗證公式核算機械軸安裝參數(shù)是否有誤差，并進行二次裝訂和復核。

（4）機械軸標定誤差消除后，重復步驟3，根據(jù)大角度掃描誤差測量需要的頻點數(shù)量，以不同工作頻率精跟經(jīng)過陣面法向的民航目標，進行三項式擬合，分別得出不同頻點對應的陣面法向位置的測角誤差，并在頻率域上擬合測角誤差，得到角敏系數(shù)與頻率關(guān)系曲線，將系數(shù)裝訂在雷達參數(shù)文件相應的位置。

（5）系數(shù)裝訂完畢后，雷達工作在某一頻點，錄取不同方位角進出陣面掃描覆蓋范圍的民航目標數(shù)據(jù)，利用ADS-B 進行精度比對，綜合拼接出不同方位角上的測角誤差，在“方位（相對陣面法向）--測角誤差”域上進行大角度測角誤差系數(shù)擬合，該擬合系數(shù)即使大角度掃描誤差系數(shù)，將系數(shù)裝入雷達相應的參數(shù)文件位置）。

（6）系數(shù)裝訂后，利用其它工作頻點進行復核，無誤后，以該系數(shù)作為模板，在其它陣面測試時，進行驗證。

4 結(jié)論

經(jīng)過仿真和試驗驗證，利用ADS-B精度比對法可以用于相應等級精度要求的相控陣雷達大角度誤差比對修調(diào)。該方法已在多種型號多部雷達標校中得到充分驗證，且該方法還適用于雷達陣地缺乏標校塔的雷達陣地大修后的標校。該方法在工程實踐中有一定的實用價值。