基于模拟器的单脉冲雷达幅相修正方法研究

任敏善(中国人民解放军91913部队,大连,116041)



基于模拟器的单脉冲雷达幅相修正方法研究

任敏善
(中国人民解放军91913部队,大连,116041)

摘要：以某型单脉冲测量雷达为研究对象，提出一种单脉冲测量雷达无塔幅相修正方法。从而降低了建造成本和维护难度，取得了良好的军事和经济效益。

关键词：单脉冲;雷达;幅相修正

0 引言

为确保单脉冲雷达正常工作，并获取高精度的测量数据，雷达接收系统三路通道(和、方位、俯仰)的幅度、相位必须具有良好的一致性，为避免环境温湿度、数字器件加载时序、接收器件性能变化等因素的影响，雷达开机后，系统必须进行幅相一致性修正。目前，幅相一致性修正需借助标校塔完成，标校塔建造成本和维护费用高，对地理位置、供电等条件要求高，受外界因素影响大，不利于维护保养，应急处置难度大。

基于此背景，提出了基于目标模拟的无塔幅相修正方法。

1 幅相一致性修正必要性

单脉冲测量雷达一个平面内的天线方向图如图1所示。当天线轴线(电轴)对准目标时，若归一化后的输出电压U()=0，则天线维持指向不变，这时单脉冲雷达的测角误差(即天线指向对于目标的偏差)为零。如果三路通道幅相不一致，天线轴线对准目标而归一化后的输出电压U1()≠o，只有当天线指向偏离目标方向某一角度∆，相应产生1个角误差电压抵消归一化后的附加输出时，才能使系统达到平衡，这时单脉冲雷达存在测角误差，误差大小为∆。接收系统三路幅度、相位不平衡，是影响测角误差的重要因素，且属于系统误差，因此必须进行幅相一致性修正。

图1　雷达天线方向图

2 幅相一致性修正原理可行性分析与验证

2.1 理论分析单脉冲测量雷达有2种工作模式，激励源工作模式和模拟源工作模式。以某型单脉冲测量雷达为例，激励源工作模式用于实战任务，模拟源工作模式用于调整设备状态和跟踪捕获训练。模拟源模式下幅相一致性修正受外界因素影响较小，可验证其稳定性。假设2种模式下，相对应的硬件通道幅度和相位有固定的数学关系，那么，通过一定的算法，就可以利用模拟源对激励源模式下的幅相一致性进行修止，即可实现无塔幅相一致性修正。

2.2 公式推导

某型单脉冲测量雷达每种工作模式下都有2种工作方式，即单载频方式和线性调频方式，每种方式下有3种信号形式，即和信号、方位信号、俯仰信号。其中，和信号用来产生距离相关信息。方位信号和俯仰信号统称为差信号，用来产生角度相关信息，3种信号均用复数表示，即I+iQ的形式表示。

要使设备能够保持止常跟踪，必须使和、差信号的幅相保持一致，所以就需要对差信号的幅相进行修正。目前程序中对设备的幅相一致性是根据式(1)进行修正的

其中I∆、iQ∆、I∑、Q∑参数由信号处理通过网络发送到通信计算机；I修、Q修是通信汁算机幅相一致性修正软件通过计算得到的。程序中分别对激励源方式下单载频的方位、俯仰，线性调频的方位、俯仰；模拟源方式下单载频的方位、俯仰．线性调频的方位、俯仰等8种信号进行修止，得出8组修正参数。修正完成后，软件将数据保存在自己的配置文件中，同时通过网络发送给信号处理进行信号的幅相一致性修正。

为了得到激励源与模拟源2种工作模式下，幅相一致性修正系数之间的关系，利用式(2)进行推理:

病虫害是影响花卉观赏性及生长情况的重要因素。对于不同的花卉，病虫害的具体类型存在差异，因此应做好防控工作，采用综合措施提升对花卉的管理水平。花卉病虫害防治应以预防为主，通过加强花卉的田间管理，控制农药的使用，有效避免农药残留。花卉病虫害防治方法具体包括农业防治、生物防治、物理防治及药物防治等。

其中I模、Q模、I塔、Q塔均是指通信计算机中根据式(1)计算出的幅相一致性修正参数。

经推导得出

2.3 试验验证

无塔幅相一致性修正的基础是，模拟源方式下的幅相一致性是稳定的，且模拟源与激励源2种不同模式下修正系数之间存在有规律的数学关系。为此，设计以下2个试验进行验证。

2.3.1 验证模拟源方式F幅相一致性的稳定性

试验步骤如下：

1)雷达全系统开机，列模拟源幅相一致性进行修正；

2)模拟源关机重启，其余设备保持；

3)重新开机后，使用数据处理工作软什记录误差电压，验证其稳定性。

此试验共进行10次，10次试验结果一致，对试验结果数据作图，如图2所示。

图2中，2条曲线分别为角度正偏1 mil和负偏1mil时的误差电压情况。

图2　误差电压统计

2.3.2验证2种模式下，对应信号间有同定关系

试验步骤如下：

1)雷达整机开机，开机后首先检查2种方式下幅相一致性；

2)在2种工作模式下．分别进行幅相一致性修正，记录方位、俯仰通道下幅相修正系数；

3)除发射机、激励源外，设备全部关机重启，检查幅相一致性，重复步骤2)。

此试验共进行20次，将试验结果代入式(3)。

前5次I系、Q系结果如表1所示。

由表1可以看出，模拟源和激励源2种工作模式，相对应的信号的幅柏一致性修止参数之间的比值只在一个很小的范围内波动。雷达幅相补偿的处理方法是I∆+iQ∆=（I原+iQ原）/（I修+iQ修），通过实际验证，在相同的情况下，对塔修正与无塔修正2种方式，输出的误差电压差值很小，所以利用无塔修正能确保设备正常工作。

3 方法实现

该方法主要实现模拟源模式的幅相一致性修正功能，同时保留了激励源模式的幅相一致性修正功能，进入后可进行模拟源模式下的幅相一致性修正。修正完成后，可直接对塔进行激励源模式下的幅相一致修正；也可进人无塔修正模块，对激励源模式的幅相一致性参数进行一键修正，软件工作流程如图3所示。

图3　模拟器幅相一致性修正软件流程图

4 结束语

本文通过分析论证，建立了一套完整的基于模拟器的单脉冲测量雷达幅相一致性修正算法，经过大量试验数据分析和论证，保证了算法的正确性、有效性，立足设备自身实现了无塔幅相一致性修正，软件操作简单，基于模拟器的幅相一致性修正方法对车载式、舰载式等机动脉冲测量雷达设备有较好的借鉴作用，移植性高，推广前景好。此方法的实现，减少了建设成本和维护费用，减少了外界环境因素的影响，稳定性高，降低了设备故障率和任务中的应急处置难度。

参考文献

[1]韩传久．单脉冲雷达接收系统[M].西安：西北电讯工程学院．1979.

[2]程钧，钟岚．单脉冲雷达系统幅相一致性自动化标定的实现[J]．现代雷达，2007，29(4)：28—30．

任敏善（1976-），男，山东潍坊人，工程师，主要从事雷达信号处理。

表1　I、Q系数结果统计

Research on Simulator—Based Monopulse Radar Amplitude Phase Correction

Ren Minshan
(The unit 91913 of PLA, Dalian 116041,China)

Abstract：Based on a certain type monopulse radar as the research object.A new towerless monopulse radar amplitude phase correction is proposed.Thus,the construction cost and maintenance difficulty are reduced, and good military and economic benefits are achieved.

Keywords：Monopulse；Radar；Amplitude Phase Correction

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