单脉冲一致性监视技术在雷神MK2系列二次监视雷达OBA表校正中的应用分析

【摘 要】单脉冲二次监视雷达OBA表（Off-Boresight Angle）在二次雷达设备的运作过程中起着非常重要的作用，二次雷达单脉冲测角技术的最终实现，目标的正确方位角就是依靠该表获得OBA值后计算获得。本文针对雷神MK2系列二次监视雷达系统的单脉冲一致性监视技术及OBA表的自动校正机制进行了深入的分析与探讨，对深入了解单脉冲测角技术和OBA表工作原理提供了借鉴与帮助。

【关键词】二次雷达；单脉冲一致性监视；和差比；OBA表校正

引言：

现代的二次监视雷达通过引进单脉冲技术，采用幅度法，来提高二次雷达的测角精度。主要是引入一个用于接收的差通道，通过比较和、差通道信号，得到和差比（SDR），与此值对应的角度可形成OBA（Off boresight）信息。利用该方法，理论上一个应答脉冲就可以得出目标方位，所以称为单脉冲测角技术。目标的正确方位角是由天线的瞄准轴的角度（由方位编码器给出）加上当前目标OBA修正值得出，因此，OBA表值的正确性直接关系到单脉冲二次监视雷达测角精度。也正是由此，雷神二次雷达系统引入了单脉冲一致性监视及OBA表自动校正的功能，它进一步提高测角精度和系统的可靠性，并为用户维护OBA表提供了极为有效的手段。

一、单脉冲一致性监视（Monopulse Consistency Monitoring）中SDR与OBA表概念

雷神二次雷达系统中，单脉冲一致性监视程序内嵌于系统的核心处理部件PE（Plot Extractor）板中，它自动地在录取器系统的后台运作，主要是通过实时检测随机目标应答报告中的和差比（SDR）及方位角信息，周期地计算单脉冲测角的偏差值（Monopulse Error），来实现对系统整体性能的监视，当系统性能下降或其他原因引起总偏差大于用户所设定的门限值时，严重时用户甚至会在雷达目标显示屏上观察到目标大幅度摆动，此时系统将会给出单脉冲一致性告警，提醒用户，当前的OBA表误差值变大，可靠性降低。

在解释单脉冲一致性监视程序如何实现测角偏差的计算之前，在此先引入几个关键的概念。目标的正确方位由查OBA表得到偏轴角值加上当前天线的瞄准轴角度得到。OBA表实际上就是一个Table Index（表索引值）与OBA值的映射关系表，每一个Table Index对应一个OBA值。为表述方便，将DDV-SDR求得的值称为SDR值，将SDR+ SDR offset求得的值称为unsigned SDR，将unsigned SDR+255求得的值称为Table Index。以下说明Table Index的计算过程及其所代表的含义；

（二）DDV-SDV=SDR；

上式得出的SDR值可正可负，是一般意义上的和差比，只是它正负的含义并不能用来标识目标相对于天线瞄准轴的位置（即左边还是右边），参看图1可以得出这个结论。等式中：DDV（Difference Digitised Video）表示差通道数字视频；SDV（Sum Digitised Video）表示和通道数字视频；

（三）DDV - SDV + SDR offset = unsigned SDR；

SDR值以8位二进制来表示，最高位为符号位，取值范围为（-127～ +127），SDR offset则是与天线和波束中心最大增益有关的一个预设值，这里预设值为128（80H），SDR值加上SDR offset的目的是使SDR的正负只取决于目标处于天线的左边还是右边（即由相位检波器输出的符号脉冲决定正负），而不是由（DDV C SDV）来决定（参照图1），SDR值加上SDR offset后得到unsigned SDR值，取值范围变为（0～255），该值表示应答时目标相对天线瞄准轴的偏移量。

（四）Table Index= unsigned SDR+256；

应答解码器在算出unsigned SDR值后，将根据相位检波器输出的符号位给unsigned SDR标记一个表示正或负的符号标志，用于指示该应答来自天线瞄准轴的左边还是右边，因此±unsigned SDR值的范围在（-255～ +255）。为了在表示Table Index这一概念时更直观及电脑编程上的方便，系统再次将±unsigned SDR+256，去掉负值，最终得到Table Index。

经过变换后，Table Index范围变为（0～512）。它以256为中心，表示应答时目标是正对天线瞄准轴（即主波束中心位置），对应的OBA值为0；为（0～255）时，表示目标处于天线瞄准轴左边，对应的OBA值为负值；为（257～512）时，则表示目标处于天线瞄准轴右边，对应的OBA值为正值。

二、单脉冲偏差（Monopulse Error）的计算

如图2所示，对一个目标来说，在雷达的一个波束扫描期间内，它大概会收到10多个询问（取决于雷达发射脉冲重复周期和雷达天线的转速），于是它会返回相应的10多个应答，这里称之为一组应答。

上图中，每一次应答的目标方位a1…..an分别和该组的方位平均值（A）相减，相当于在n个Table Index上分别得到了相应的单脉冲偏差（Monopulse Error）（e1到en）。单脉冲一致性监视程序正是以这种方式，监视尽量多的应答组，一段时间后，使得几乎每一Table Index上都累积了若干的偏差量。周期地统计所有Table Index上的平均偏差量，系统将周期性地给出一个反映单脉冲一致性的性能指数。当总的偏差量超过用户设定的参数门限时，系统将产生一个告警，报告天线错误。

由于目标在触发应答的瞬间落在波束内的位置具有极大的随机性，因此每组应答所覆盖到的SDR也是随机的，经过足够的时间后，通过处理多组应答，几乎每一个常用的Table Index（比如从116到372）上都会累积若干的偏差量xi。如下所示：

E116=x116

E117=x117

...

E372=x372

系统周期性地将各个Table Index上累积的偏差量平均后进行代数和，最终得到一个能反映OBA表准确性的偏差总量E= （ x116n116+ x117n117…+ x372n372） （其中n表示相应Table Index上偏差累计的次数） ，如此，系统实现了对OBA表准确性也即单脉冲一致性的实时监视。

三、单脉冲一致性监视（MCM）功能的实现机制

COSSOR厂家在CMS（控制监视系统）里提供一个透明模式功能，该功能以一个命令行窗口的方式供系统维护人员与系统配置参数交互。系统的配置参数包括动态参数及处理开关，一共有上千项（以DP5 25为例，它表示第5组动态参数的第25项）。用户在CMS上进入透明模式后，以PE为核心的系统即开启一个线程接收并响应用户输入的命令。通过透明模式功能，用户可重新刷写系统配置参数或修改、查看某项参数，比如加反射体数据、修改OBA表、通信口参数等。

四、OBA表的校正

前文阐述了雷神二次雷达单脉冲一致性监视的实现过程，系统在具备了单脉冲一致性监视的功能后，实现OBA表的自动校正功能将变得轻而易举，因为OBA表的校准正是在单脉冲一致性监视功能的基础上实现的，实质上就是根据每个Table Index上累计的偏差量（Ei）来修正对应的OBA表值。雷达在正常运转过程中，单脉冲一致性监视程序仅对OBA表值的准确性进行实时检测，当OBA表不准确的程度在容许的范围内时，系统不会给出任何提示，只有当不准确程度超出容许的范围时，才会给出一个天线告警，但此时系统并不会根据偏差量（Ei）主动地去修正OBA表的值。因为，对于一个完成调试投入服务的雷达系统来说，单脉冲一致性告警大多不是因为OBA表的校准误差引起，而是由设备、环境、内外部干扰等引起，因此，维护人员应该仔细排查各种因素后才决定是否应该执行OBA表的校正。这也正是单脉冲一致性监视程序不主动根据偏差量去修正OBA表值的原因。

五、结束语

单脉冲测角技术和OBA表修正的机理在现代民用二次雷达中得到广泛的应用。雷神MK2系列二次雷达是应用这类技术的典型设备之一。深入了解这些原理，有助于我们实施对这类雷达设备的维修与维护。

参考文献：

[1]丁鹭飞、耿富录. 雷达原理. 西安电子科技大学出版社.1995

[2]张尉.二次雷达原理. 北京： 国防工业出版社.2008

[3]刘伟、李家杰、刘然、丘中于、饶大庆等编译. 雷神Codor MK2二次雷达系统手册.北京： 民航总局空中交通管理局雷达导航处.2004