二次監(jiān)視雷達天線HPD-VPD優(yōu)化測量及應(yīng)用研究

民航青海空管分局 魏月軍

二次監(jiān)視雷達在民航空管領(lǐng)域的重要性勿需置疑，但由于該系統(tǒng)的復(fù)雜程度，決定了對其設(shè)備各級單元及系統(tǒng)整體性能的測試，帶來了一定的難度。目前中國民航尚未建立起一套完整的、系統(tǒng)性的雷達綜合測試系統(tǒng)，更不可能更多地去研究、優(yōu)化系統(tǒng)測試方法。同時，目前民航有關(guān)部門正在建立空管設(shè)備系統(tǒng)測試評估平臺，并且有關(guān)部門還在籌備建設(shè)雷達合資工廠，雷達天線性能測試系統(tǒng)作為其中的一個主要組成部分，如何更好地展開建設(shè)，是目前建設(shè)者需考慮的一個重要課題。由此，本文著重從二次雷達天線HPD/VPD測試方案進行研究。

1.二次監(jiān)視雷達(SSR)工作原理

二次雷達為三脈沖體制，它的詢問信號為脈幅調(diào)制(PAM)信號。詢問脈沖由三個脈沖組成，Pl，P3脈沖為詢問信息脈沖，由定向天線發(fā)射；P2脈沖為旁瓣抑制脈沖，由全向天線發(fā)射。按照P1和P3脈沖的時間間隔可以分為6種詢問模式[1]，近代民航的航管二次雷達，一般只用A模式和C模式輪流詢問，在雷達顯示屏上同時顯示出飛機的代號和高度。我們稱這種雷達為A-C模式二次雷達。

2.二次監(jiān)視雷達天線VPD/HPD測試方法及影響分析

二次雷達天線HPD（水平極化圖）主要用于測量目標(biāo)的方位，決定分辨同一距離不同方向上目標(biāo)的能力和方位精度；VPD（垂直極化圖）在二次監(jiān)視雷達中用于保證不同高度層的距離覆蓋，使在正確的高度角發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離最大[2]。

圖1 MSSR HPD下行鏈路測量數(shù)據(jù)圖

圖2 MSSR VPD下行鏈路測量數(shù)據(jù)圖

目前對于二次雷達天線測量的方法主要有兩種[3]：一種是遠場法，通常稱為外部測量法。把射頻接收測量設(shè)備放于雷達天線作用范圍內(nèi)的某點，通過對二次雷達天線發(fā)射的電磁波進行檢測，從而得出二次雷達天線水平波瓣圖；另一種內(nèi)部測量法，把測量設(shè)備接于雷達接收通道輸入端進行檢測。

2.1 外部測量法分析

外部測量法是日常對天線進行測試時常用的一種最直觀的方法，也是最有效的方法，但同時應(yīng)用在二次雷達天線測量中也存在著不足，通過二次雷達原理[2]可知，二次雷達系統(tǒng)工作時，只發(fā)射和(Σ)信號與控制信號(Ω)，而差(Δ)信號只用于接收。因此該方法只能測量和(Σ)通道與控制(Ω)通道的波瓣圖，不能測量差(Δ)通道的波瓣，而差信號在判別目標(biāo)方位角起著至關(guān)重要的作用。再者[3]，難以使兩發(fā)射通道波瓣圖實現(xiàn)較好的重疊。由于兩通道是不同時刻輻射的電磁波，難以分辨各通道何時發(fā)射的電磁波，難以對兩通道不同時刻發(fā)射的電磁波進行分離，繼而增加了系統(tǒng)測量的難度和復(fù)雜性。

2.2 內(nèi)部測量法

內(nèi)部測量法從測量原理可知，它只能測量二次雷達天線三個通道接收時的波瓣特性，而無法測量發(fā)射時的波瓣特性。若天線上的某一列饋存在駐波，在天線接收時對波瓣的影響不會太大，但在發(fā)射時此列列饋對二次雷達天線波瓣的影響將變得較大，所以這種測量法并不能反映出二次雷達天線發(fā)射時真實的波瓣特性。

2.3 影響分析

二次監(jiān)視雷達是一種高精密設(shè)備，A/C模式二次雷達代碼數(shù)據(jù)項由八進制數(shù)轉(zhuǎn)換。天線在使用一定時間后其精度都會有不同程度的下降，會使天線波瓣發(fā)生變形，影響到編碼變更，導(dǎo)致飛機識別代碼混亂，高度碼產(chǎn)生誤差，飛機方位不準(zhǔn)確等一系列問題。綜上所述分析，本文提出基于RASS—S測試軟件結(jié)合外場測量法和內(nèi)部測量法測量二次雷達現(xiàn)場信號，來獲得實時有效的數(shù)據(jù)，真實地反映二次雷達工狀態(tài)。

3.實驗方案及測量數(shù)據(jù)分析

3.1 MSSR HPD鏈路測量

測試內(nèi)容：MSSR HPD下行鏈路的測試

測試條件：從二次雷達系統(tǒng)注入測試信號，即從天線接收到信號后通過雷達系統(tǒng)面板上接入點連接衰減器，定向耦合器傳輸?shù)絉VR，最后輸入到計算機中運行RASS-S軟件進行處理。

通過RASS-S軟件處理，獲MSSR HPD下行鏈路天線方向圖為圖1所示。

從圖1中可以看到：

3dB的波束寬度為2.26度，10dB的波束寬度為3.94度，和波束峰值與差波束交叉電平及度數(shù)為：-3.39dB/-1.27度，-3.89dB/1.24度，和波束峰值與控制波束的交叉電平及度數(shù)為：21.63dB/-2.65度，-21.18dB/2.79度。通過所測數(shù)據(jù)可知，基本符合雷達系統(tǒng)指標(biāo)要求，只是和波束峰值與差波束交叉電平浮動范圍比較大，通過此測量，可以幫助用戶對差通道存在相位誤差進行修正。

3.2 MSSR VPD鏈路測量

通過對校準(zhǔn)接收機校準(zhǔn)，射頻端接入定向耦合器，注入測試信號，設(shè)置RASS-S成VPD測量，通過測量，經(jīng)過RASS-S軟件處理，結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看到二次雷達的覆蓋范圍，完全符合雷達系統(tǒng)的批標(biāo)要求，真實反映出雷達距離覆蓋，為已建雷達站與待建雷達站布局提供更真實的工程實踐數(shù)據(jù)。

4.結(jié)論

本論文結(jié)合民航空管雷達測試的現(xiàn)狀，國內(nèi)目前缺乏針對航管二次雷達天線波瓣測量的相關(guān)方案和設(shè)備，較難獲得二次雷達天線瓣圖，準(zhǔn)確的判斷二次雷達系統(tǒng)天線性能。通過對二次雷達天線VPD/HPD測試方法的分析，提出一個基于RASS-S的系統(tǒng)性的、經(jīng)過初步優(yōu)化了的天線VPD/HPD測試方案，并對所測結(jié)果進行了分析說明，證明了數(shù)據(jù)的可靠性和有效性，為確保空管二次雷達選址和設(shè)備正常運行提供理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)。

[1]Michael C Stevens.Secondary Surveillance Radar[M].America:Artech House Inc,1988:67-68.

[2]張尉.二次雷達原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007:26.

[3]謝來陽.航管二次雷達天線波瓣測量的研究[D].廣州:華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.