遠程分布式雷達時間同步的實現*

胡　詩

(武漢藏龍北路1號　武漢　430205)

?

遠程分布式雷達時間同步的實現*

胡詩

(武漢藏龍北路1號武漢430205)

摘要討論了現代相參雷達對時間同步的需求，提出了一種基于高穩定時鐘和GPS秒脈沖相結合的遠程分布式雷達時間同步的方法及能達到的性能，該方法既保證了系統長期時間穩定度，又避免了因GPS秒脈沖精度不夠帶來的短期穩定度較低的問題，工程實現上具有易實現、可靠穩定的特點，為遠程分布式雷達時間同步的設計提供了設計思路。

關鍵詞遠程分布式; 時間同步; 相參雷達; 秒脈沖

Class NumberTN957

1引言

現代雷達多采用固態全相參技術體制，在該技術體制下目標的雜波中發現概率可達50dB以上，甚至更高[1～3]。該體制下需要雷達各主要處理部分嚴格時間同步，這也是脈沖壓縮技術和動目標檢測(MTD)技術實現的前提[6～7]。

圖1、圖2所示分別為不同守時精度(不同周期間的最大時間差)下MTD的效果，當守時精度為30ns時，目標在多普勒通道上的響應趨于均勻分布，目標的速度特征已失去，此時MTD在改善因子方面的效果已經丟失，目標的信噪比損失15dB；當守時精度為0.25ns時，在距離多普勒譜上目標包絡明顯，相參積累增益和改善因子性能得到保障。

實現相參雷達的工作性能，保證各主要部分時間同步非常重要。

圖1　守時精度為30ns時MTD效果

圖2　守時精度為0.25ns時MTD效果

2遠程分布式雷達時間同步的難點

雷達遠程分置時無法通過有線方式進行時間同步。通過GPS/北斗的秒脈沖信號同步時，同步精度為20ns～30ns，遠不能滿足要求[7,10]。如收發兩端都采用守時精度達到10-12高穩定度的晶振，短時間穩定度滿足要求，但是系統長時間工作后會發生頻率偏移，從而降低雷達的工作性能[5,7]。

3遠程分布式雷達時間同步的方法

使用高穩定度晶振與GPS秒脈沖相結合的方法實現遠程多站之間的時間同步。GPS秒脈沖精度不夠，其誤差為隨機噪聲，呈高斯分布。對于隨機誤差，當樣本量足夠時，其均值接近真值。實現方法概括如下：

1) 使用高穩定度晶振保證短期時間(頻率)穩定度，守時精度為10-12；

2) 使用GPS秒脈沖保證長期時間(頻率)穩定度；

3) 對GPS秒脈沖進行校準，根據GPS秒脈沖誤差隨機分布的特點，以多次秒脈沖的均值代替真值，提高秒脈沖的精度，使守時精度達到0.25×10-9。

時鐘校準公式如下：

其中ti為第i個秒脈沖出現的時刻，單位為ns；i為索引值，ki表示第i個秒脈沖對應的相對時間，ki+b為第i個采樣點的絕對時間。b為截距，為第一個采樣點對應的絕對時間的估計，b值確定后，秒脈沖出現時刻的估計Ti就確定了。

校準時序如圖3所示，開機后在1s鐘內會接收到第一個秒脈沖，用此秒脈沖對時鐘進行校準，此時時鐘精度為30ns，如圖4所示；經1分鐘后再對時鐘進行一次校準，此時時鐘精度為10ns；經1小時后再對時鐘進行一次校準，此時時鐘精度為1ns；之后每一小時對時鐘進行一次校準，時鐘精度可達到0.25ns以下，如圖5所示。圖6所示為時鐘誤差與校正次數的曲線關系，校正初期曲線斜率較大；超過一個小時后校正效果改善已不再明顯。

圖3　時鐘校準時序

圖4　校準前的秒脈沖誤差分布

圖5　經2小時的累計校準后時鐘誤差

圖6　時鐘誤差與校正次數的關系

經100次試驗，取平均結果，如表1中第二列所示，取100次的最差結果如表中第三列所示。

表1　實驗結果

使用不同精度時鐘的MTD效果如圖7所示。

圖7　不同時鐘精度下MTD增益對比

4結論

分布式雷達的各分離部分使用高穩定的時鐘作為本地時鐘源；各部分使用GPS秒脈沖作為長期時間穩定度的同步信號；雷達開機時收集GPS秒脈沖信號，在開機的前1分鐘各部分分別使用本地時鐘源工作；1分鐘后使用秒脈沖同步一次，此時各部分間的時間誤差小于1.77ns；10分鐘后再用秒脈沖同步一次，此時各部分的時鐘誤差小于0.54ns；1小時后再用秒脈沖同步，此時各部分時鐘誤差小于0.22ns；再之后每隔1小時用秒脈沖同步一次，各部分的時鐘誤差小于0.12ns。時間再增加，效果不明顯。

經過仿真，此種方法可以滿足相參雷達對時間穩定度的要求，可以用于工程實施。

參 考 文 獻

[1] 【美】杰里L.伊伏斯，愛德華K.李迪.現代雷達原理[M].北京：電子工業出版社,1991:132-231.

[2] Merrill I. Skolnik.雷達手冊(第二版)[M].北京：電子工業出版社,2003:100-121.

[3] 劉益成，孫祥娥.數字信號處理[M].北京：電子工業出版社,2009:20-53.

[4] 陳伯孝.現代雷達系統分析與設計[M].西安：西安電子科技大學出版社,2012:46-97.

[5] 弋穩.雷達接收機技術[M].北京：電子工業出版社,2005:77-98.

[6] 吳順君，梅曉春.雷達信號處理和數據處理技術[M].北京：電子工業出版社,2008(4):102-116.

[7] 趙樹杰.雷達信號處理技術[M].北京：清華大學出版社,2010:64-88.

[8] 【俄】Victor S Chernyak.雙(多)基地雷達系統[M].北京：電子工業出版社,2011:92-115.

[9] 酈能敬,王被德,沈齊等.對空情報雷達總體論證-理論與實踐[M].北京：國防工業出版社,2008:220-260.

[10] 張福順，袁淵，焦永昌.稀布陣綜合脈沖孔徑雷達發射天線陣的研制[J].電波科學學報，2007，22(2):321-324.

收稿日期：2016年1月9日,修回日期：2016年2月21日

作者簡介：胡詩，男，研究方向：艦船指控。

中圖分類號TN957

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.019

Realization of Time Synchronization of Romote Distributed Radar

HU Shi

(No.1 Canglong North Road, Wuhan430205)

AbstractThis article discusses the requirements of modern coherent radar to time synchronization, and propose a method of remote distributed radar with time synchronization, which based on the combination of high stability clock and GPS second pulse, and the performance can be achieved by this method. This method not only ensure the stability of the system for a long time, but also avoids the problem of low short-term stability due to the lack of GPS second pulse precision. It has the characteristics of easy realization and reliable stability in engineering realization, which provides a way of thinking for the design of the time synchronization of the remote distributed radar.

Key Wordsremote distributed, time synchronization, coherent radar, second pulse