董正宏

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SIR-S型二次雷達方位角測量方法的分析和研究

董正宏

民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750009

單脈沖二次雷達廣泛運用于空中交通管制系統(tǒng)中。單脈沖技術(shù)在二次雷達中的運用，極大的提高了二次雷達的測角精度，還可以有效的抑制二次雷達運行中常出現(xiàn)的異步干擾、詢問機過載等問題。本文就意大利selex公司的SIR-S二次雷達的測角過程進行分析，將對單脈沖二次雷達的研究具有重要的意義。

二次雷達；測角；單脈沖技術(shù)；和通道；差通道；相位檢測

引言

二次雷達是以地面設備詢問和機載應答的方式實現(xiàn)目標定位的，相比一次雷達而言，可以得到更豐富的飛機信息。但是常規(guī)二次雷達通過滑窗檢測求平均值的方式來得到飛機的角度，這樣就會導致測角精度較低，一般不優(yōu)于0.25°。單脈沖技術(shù)運用到二次雷達中，只需要一次有效詢問通過和差信號的相位關(guān)系就可以精確的測量應答脈沖偏離天線瞄準軸的角度，從而大大提高了二次雷達的測角精度，本文所講的SIR-S二次雷達的測角精度可以達到0.037°。

1 單脈沖二次雷達測角原理

單脈沖技術(shù)是一種精確測角技術(shù)，理論上講，只需要一個有效的應答碼串就能精確的測量目標的方位角。如圖1所示，圖中畫出了天線和波束和差波束，根據(jù)圖中可以知道，要測量飛機的方位角，需要得到以下三個信息：

（1）天線主瓣瞄準軸與正北基準方向的夾角；

（2）飛機偏離瞄準軸方向的夾角；

（3）飛機偏離瞄準軸的左邊還是右邊，即符號信息。

圖1 單脈沖二次雷達測角原理

根據(jù)圖示，單脈沖技術(shù)二次雷達測角公式如下：

飛機方位角=天線主瓣偏移正北方向夾角+/-飛機偏離主瓣方向夾角….………(1)

式中，天線主瓣偏移正北方向夾角是通過天線方位編碼器得到；+/-表示飛機方位是偏向主瓣左邊還是右邊；飛機偏離主瓣方向夾角通過和、差信號相位比較得到。

圖2 單脈沖二次雷達和差信號產(chǎn)生示意圖

如圖2所示，假設單脈沖二次雷達使用的時LVA天線，便可以等效成兩個輻射源，設它們之間的間距為。假設兩個等效輻射源接收到的應答信號強度相同。由于到達兩輻射源的波程差不同，從而導致相位不同，大小可以表示為：

如圖3所式，對和信號和差信號的矢量圖進行分析，可以得到以下關(guān)系：

再經(jīng)過相位檢測和信號和差信號，便可以得到相應的符號信息。通過歸一化和信號和差信號，進行幅度比較，便可以得到相應的相位差，從而計算出目標偏離瞄準軸角度。

2 SIR-S二次雷達測角方法分析

2.1 SIR-S二次雷達接收機工作過程介紹

SIR-S二次雷達接收機框圖如下圖所示，工作過程簡述如下：接收機端口接收到和通道、差通道、控制通道三個信號，每個通道分別獨立處理信號，經(jīng)過前置濾波器、限幅耦合器、低噪音放大器進行1090MHz高頻信號的處理，然后與來自發(fā)射機的1030MHz的本振信號進行混頻，從而得到60MHz的中頻信號，然后經(jīng)過對數(shù)放大器，再分別將各通道的輸出信號輸入RPCM模塊，對應答信號進行處理。在整個信號的處理過程中，三個通道通過相位幅度校準器的調(diào)節(jié)來保持通道信號相位、振幅的的一致性特性。

由于在頻率較高時，信號諧波多，穩(wěn)定性不強，不易進行鑒相，于是在對數(shù)中放后從和、差通道取出兩路信號，通過相位比較器從而得到相位符號信息。

圖4 SIR-S二次雷達接收機框圖

2.2 SIR-S二次雷達測角過程分析

（1）天線瞄準軸偏離正北方向夾角的獲得

天線瞄準軸偏離正北方向夾角是通過天線基座中的方位編碼器定時向雷達主機RPCM發(fā)送ARP、ACP信號，由RPCM對信號進行處理，然后得到夾角。ARP信號為天線正北方向基準信號，ACP為天線瞄準軸轉(zhuǎn)動后的方位信息，ACP和ARP由天線編碼器傳到錄取器中，錄取器由接收到ARP信號即開始計數(shù)，讀取ACP的取值，這樣就可以得到天線瞄準軸偏向正北方向的夾角。

在編碼器控制端可以對編碼器進行初始調(diào)節(jié)，即在控制端上有S1、S2、S3、S4調(diào)節(jié)按鈕，可以對雷達調(diào)試時正北方向校準進行調(diào)整。其中四個調(diào)節(jié)旋鈕中，S2、S4是對編碼器B的調(diào)整，S3、S4是對編碼器A的調(diào)整，S4為微調(diào)，S2、S3為粗調(diào)。其中調(diào)整時刻度對應的角度變化如下表。

表1 編碼器控制板刻度對應角度表

（2）飛機偏離瞄準軸符號信息的獲得

圖5 SIR-S二次雷達相位符號信息形成示意圖

假設本振信號為：

則經(jīng)過混頻過后，可以得知中頻信號分別為：

然后對和通道中頻信號和差通道中頻信號進行相位檢測，即相位檢測器進行模擬乘法器相乘實現(xiàn)和信號和差信號卷積：

然后經(jīng)過低通濾波器可以得到相位檢測器的輸出電壓為：

通過分析相位檢測器的輸出電壓，便可以得到飛機偏離瞄準軸方向的符號信息。然后將符號信息輸入到錄取器中進行處理。

（3）飛機偏離瞄準軸角度的獲得

將結(jié)果送至錄取器中進行A/D轉(zhuǎn)換，通過查詢內(nèi)部存儲的相位差和偏離瞄準軸角度的函數(shù)關(guān)系表（函數(shù)關(guān)系圖如圖6）就可以得到得到飛機偏離瞄準軸方向的角度值。

圖6 和、差信號電壓比值與偏離瞄準軸角度關(guān)系曲線圖

綜上所述，通過雷達詢問機接收單元和RPCM的信號處理和數(shù)據(jù)處理，三要素的結(jié)果都得到，通過公式(1)便可以計算出飛機的方位信息。由此可見，二次雷達采用單脈沖技術(shù)只需要一次有效的詢問和應答就能得到飛機的方位角度，與普通二次雷達相比，可以極大的降低地面詢問機的詢問率，從而減少二次雷達中常常出現(xiàn)的干擾等問題。

3 結(jié)語

本文詳細的講解了單脈沖二次雷達的測角原理，并結(jié)合意大利selex公司的SIR-S二次雷達對測角過程進行分析，對二次雷達的分析和研究具有重要的意義，對單脈沖技術(shù)也會具有更加深刻的認識。

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ANALYSIS OF AZIMUTH MEASUREMENT OF SECONDARY RADAR（SIR-S）

Dongzhenghong

Ningxia branch of civil aviation air traffic control, Yinchuan Ningxia 750009

The Monopulse SSR is widely used in air traffic control system .Monopulse technology being used in the SSR is greatly improving the azimuth measurement accuracy, but also can inhibit the FRUIT and TX overload. It will be good for understanding Mono-pulse SSR by this article.

SSR Measurement of Azimuth Monopulse technology channel channel Phase detection

TN958.96

A

1009-6434(2016)09-0054-03