单脉冲二次监视雷达天线波瓣测量方案研究

【前言】单脉冲二次监视雷达天线波瓣测量方案研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。WEI Yuejun (Civil Aviation University of China,Tianjin,300300,China) Abstract:The principle of Monopulse Secondary Surveillance Radar(MSSR),the merits and disadvantages of external method measurement and internal method measurement are introduced.T...

摘 要:对单脉冲二次雷达工作原理作简要介绍,分析天线波瓣外部测量法与内部测量法的优缺点以及波瓣发生变形产生的后果,从而对外部测量法进行相应改进。使用振幅-相位法测试二次雷达天线水平极化图和垂直极化图,并给出幅相不一致和交叉极化影响的解决方法,最终设计了一套二次雷达天线极化测量系统。该系统为民航雷达检测中心的建设提供理论与实践指导。

关键词:MSSR;天线波瓣;外部测量法;极化

中图分类号:TN95文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)05-044-03

Measurement Research of Monopulse Secondery Surveillance Radar Antenna Pattern

WEI Yuejun

(Civil Aviation University of China,Tianjin,300300,China)

Abstract:The principle of Monopulse Secondary Surveillance Radar(MSSR),the merits and disadvantages of external method measurement and internal method measurement are introduced.The result of on pattern distortion working is given,and the external method is improved.Using amplitude phase method to measure the HPD/VPD of MSSR,the solution for amplitude and phase discordance and cross polarization impac are provided.A set of polarization measurement system is designed.This can be applied for the centre of civil radar detection construction and the theoretical and practical guidance are provided.

Keywords:MSSR;antenna pattern;external measurement method; polarization

0 引 言

二次雷达系统在民航空管领域的重要性勿需置疑,但由于该系统的复杂程度,决定了对其设备各级单元及系统整体性能的测试,带来了一定的难度。目前中国民航尚未建立起一套完整的、系统性的雷达综合测试系统,更不可能更多地去研究、优化系统测试方法。同时,目前民航有关部门正在建立空管设备系统测试评估平台,并且有关部门还在筹备建设雷达合资工厂,雷达天线性能测试系统作为其中的一个主要组成部分,如何更好地展开建设,是目前建设者需考虑的一个重要课题。由此,本文着重从二次雷达天线测试方案进行研究。

1 单脉冲二次雷达(MSSR)工作原理

单脉冲二次雷达为三脉冲体制,它的询问信号为脉幅调制(PAM)信号。询问脉冲由三个脉冲组成,P1,P3脉冲为询问信息脉冲,由定向天线发射;P2脉冲为旁瓣抑制脉冲,由全向天线发射。按照P1和P3脉冲的时间间隔可以分为六种询问模式[1],见表1。

表1 二次雷达工作模式

模式P1到P3脉冲间隔 /μs作用用途

13±0.1识别军用

25±0.2识别军用

3/A8±0.2身份民用/军用

B17±0.2识别民用

C21±0.2高度民用

D25±0.2未指定备用

近代民航的航管二次雷达,一般只用A模式和C模式轮流询问,这样,在航管中心荧光屏上就能同时在目标旁显示出飞机的代号和高度。这里称这种雷达为A-C模式二次雷达,其时间关系[2]如图1所示。

图1 询问信号格式

2 单脉冲二次雷达测试方法及影响分析

目前对于二次雷达天线波瓣测量的方法主要有┝街[3]:

(1) 远场法,通常称为外部测量法。把射频接收测量设备放于雷达天线作用范围内的某点,通过对┒次雷达天线发射的电磁波进行检测,从而得出二次雷达天线水平波瓣图。

(2) 内部测量法,把测量设备接于雷达接收通道输入端进行检测。

2.1 外部测量法分析

外部测量法原理[4]如图2所示。

图2 外部测量原理

外部测量法是日常对天线进行测试时常用的一种最直观的方法,也是最有效的方法,但同时应用在二次雷达天线测量中也存在着不足,通过二次雷达原理[2]可知,二次雷达系统工作时,只发射和(Σ)信号与控制信号(Ω),而差(Δ)信号只用于接收。因此该方法只能测量和(Σ)通道与控制(Ω)通道的波瓣图,不能测量差(Δ)通道的波瓣,而差信号在判别目标方位角起着至关重要的作用。再者,难以使两发射通道波瓣图实现较好的重叠[3]。由于两通道是不同时刻辐射的电磁波,难以分辨各通道何时发射的电磁波,难以对两通道不同时刻发射的电磁波进行分离,继而增加了系统测量的难度和复杂性。

2.2 内部测量法分析

内部测量法原理如图3所示。

图3 内部测量法原理

内部测量法从测量原理可知,它只能测量二次雷达天线三个通道接收时的波瓣特性,而无法测量发射时的波瓣特性。若天线上的某一列馈存在驻波,在天线接收时对波瓣的影响不会太大,但在发射时此列列馈对二次雷达天线波瓣的影响将变得较大,所以这种测量法并不能反映出二次雷达天线发射时真实的波瓣特性[3]。

2.3 影响分析

A/C模式二次雷达代码数据项由八进制数转换,初始格式[5]如表2所示。

表2 二次雷达代码数据格式

Octet No.1

161514131211109

VGL0A4A2A1B4

87654321

B2B1C4C2C1D4D2D1

应答机响应A模式询问的应答码是识别码,飞机的识别应答码到其低12位,按八进制进行编码,12个信息码从高位到低位的排列顺序是:

A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1

应答机响应C模式询问的应答码是高度码,高度码的组成方式与识别码完全不同,它的组成顺序是:

D1D2D3 A1A2A3 B1B2B3 C1C2C4

单脉冲二次雷达是一种高复杂度、高精密的设备。天线在使用一定时间后其精度都会有不同程度的下降,会使天线波瓣发生变形,影响到上述所述编码出现误差,导致飞机识别代码混乱,高度码产生误差,飞机方位不准确等一系列问题,由此产生的后果不堪设想。基于此,提出一种建设性的测试方法。

3 建设性测试方案

从天线极化图方面入手,对二次雷达天线HPD(水平极化图)及VPD(垂直极化图)进行测定,从而确定其极化参数。二次监视雷达的HPD主要用于测量目标的方位,决定分辨同一距离不同方向上目标的能力和方位精度;VPD在二次监视雷达中用于保证不同高度层的距离覆盖,使在正确的高度角发现目标距离最大[6]。由此可以看出,HPD及VPD在二次雷达中的重要性是不言而喻的,极化图测试方法有极化图法、利萨如图法、振幅-相位法及多振幅法。在对二次雷达VPD及HPD测量过程中,本文对二次雷达常规外部测量法进行改进,使用的接收天线为双极化基准天线且极化纯度较高,接收天线可认是理想线极化天线,因为二次雷达是开放式阵列LVA天线,因此选择振幅-相位法。测量线极化两分量E1与E2的值及相位差δL,从HPD/VPD极化图方面来分析天线波瓣状况,极化测量系统测量如图4所示。

如果双极化天线接收的幅相不一致,系统测量时将引入由不一致性产生的相对幅度比值k和相位φ,由┦(1),式(2)接收数据计算出线极化幅值比和相位。

ρ′L=VHVV=ρLk

(1)

δ′L=δL+φ

(2)

当极化测量系统用于接收的极化天线交叉极化分量较大,可求接收系统的等效畸变矩阵,取其逆矩阵来处理接收数据,达到校准的效果。

图4 极化测量系统

4 结 语

结合民航空管雷达测试的现状,国内目前缺乏针对航管二次雷达天线波瓣测量的相关方案和设备,较难获得二次雷达天线瓣图,准确地判断二次雷达系统及天线性能。通过对二次雷达天线波瓣测试方法的分析,提出一个系统性、经过初步优化了的天线测试方案,一方面可以对有效地建立空管测试评估平台和搭建雷达生产测试检验平台打下良好基础,另一方面还可以为确保空管二次雷达选址和设备正常运行提供手段,同时也为准备建立的雷达检测中心提供理论与实践指导。

参考文献

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