連續波與脈沖調制技術在場面監視雷達中的應用

王朝暉

（民航華北空管局指揮部，北京 100621）

連續波與脈沖調制技術在場面監視雷達中的應用

王朝暉

（民航華北空管局指揮部，北京 100621）

本文對機場監視管理的需求進行了深入的分析，詳細介紹了連續波雷達和脈沖波雷達的工作原理，并對各自的優缺點進行分析，為對機場內的飛行器、車輛等移動目標監視設備選型提供可靠依據。

場面監視雷達；線性調頻連續波；脈沖調制

1 引言

近年來，機場飛機起降架次迅猛增長，場內的飛行器和車輛的活動越加頻繁，利用塔臺目視監視管理機場的方式已經不能滿足機場交通安全的需要。在有限的空間及各種天氣條件下管理好飛機和不斷增多的飛行器與地面車輛，成為大型機場迫在眉睫的問題。為解決上述問題，北京、廣州、上海、成都等大型國際機場先后引進了場面監視雷達，它是一種非協作式的監視設備，主要為塔臺管制員提供場面移動目標的監視信息。可幫助管制員在不同狀況下掌握機場場面的交通狀況，有效改善機場場面的管理效果和安全性，有助于提升地面運行的效率。

2 場面監視雷達概述

場面監視雷達是一種以雷達的功能分類命名的。而以雷達信號形式來分類，常分為脈沖雷達和連續波雷達。脈沖雷達收發公用天線，在發射期間關閉接收機，發射信號結束后，接收機開始工作，通過測量發射信號與接收信號之間的時間差來獲得目標的距離。而連續波雷達則完全不同，由于發射機和接收機都是連續工作的，所以它只能采用收發獨立的雙天線的結構（如圖1所示）。

圖1 天線示意圖

3 關鍵技術

3.1 連續波雷達

連續波測距方式是使用線性調頻技術使發射信號具有時間信息，收發信號的頻率差與時間成正比關系，通過測量發射信號和接受信號之間的頻率差來獲得目標的距離信息（見圖2、圖3）。發射信號F（tx）和接收信號F（rx）的頻率差deltaF，通過信號頻率線性變換關系就可以得到發射信號與接收進行之間的時間差，通過時間差就可以計算目標對于雷達站的距離。目前INDRA場監雷達頭使用的是連續被技術，使用全固態發射機，發射功率為5W。

圖2 連續波雷達工作原理

圖3 連續波雷達距離計算公式

3.2 脈沖雷達介紹

脈沖雷達周期性地發射高頻脈沖信號并通過天線進行輻射，發射結束后雷達進入接收狀態，雷達接收機接收目標反射回來的回波信號，通過計算發射脈沖和回波脈沖之間的時間差來計算目標的距離。信號從發射到接收走過兩個目標的距離，所以目標的實際距離為R=c*t/2，TERMA場監雷達頭就是使用的這種方式，它的采用磁控管發射機發射峰值功率為25～30kW，脈沖寬度為40ns。

圖4 脈沖雷達工作原理

4 兩種技術的比較

由此可見，脈沖雷達和連續波雷達在原理上是完全不同的。連續波雷達由于發射機、接收機同時工作，所以存在收發隔離的問題，這大大限制了發射機的發射功率也限制了連續波雷達的作用距離，導致了連續波雷達的理論研究和技術發展落后于脈沖雷達。但連續波雷達特殊體制使其具有脈沖雷達所不具備的優點，主要有：

（1）距離分辨率高。在脈沖雷達中，距離與時間為線性關系。要提高距離分辨率，必須提高A/D采樣頻率，而線性調頻連續波雷達的頻率采樣實在差頻信號中完成的，因此只要采樣信號頻率滿足最大差頻的采樣定理，就可以實現極高的頻率分辨率。

（2）沒有距離盲區。在脈沖雷達中發射脈沖持續期間內接收機必須停止工作，而這段時間內的目標回波將無法處理，因此存在最小作用距離的技術限制。而連續波雷達發射機和接收機同時工作，保證所有距離范圍內的信號都能接收。

（3）發射功率低，全固態發射機。根據雷達方程，在噪聲信號一定的情況下，雷達的檢測能力由信號能量決定。連續波雷達采用超大時帶積信號，因此接收機靈敏度高。因此和脈沖雷達相比，可以實現相同的作用距離，而不需要很大的發射功率。所有連續波雷達可以使用全固態發射機，這有助于減少設備故障率，降低運行成本。

（4）抗干擾能力強。由于連續波雷達信號體制，可以簡單方便的濾除單一頻點的信號干擾和短脈沖干擾。

圖5 連續波雷達頻率分集原理

鑒于以上連續波雷達的特點，可以看出其十分適用于要求作用距離近、目標分辨率高的民航機場場內飛機和車輛的監視的用途。

5 結束語

隨著微波器件和計算機技術的飛速發展，制約連續波雷達發展的技術瓶頸已經逐步解決。在不遠的將來，連續波雷達必將大量進入場監雷達市場，屆時將和傳統的脈沖場監雷達及ADS-B、多點定位等監視技術一同提升機場場面的監視能力，改善場內交通管理效率，提高機場運行安全性，滿足航空運輸安全、高效、環保的發展要求。

[1] Indar SMR技術手冊

[2] TERMA SCANTER 2001Transceiver Instruction Manual

Pulse Modulation Technique in Surface Movement Radar

Wang Zhaohui
(North China Regional Air Traffic Management Bureau of Civil Aviation of ChinaHeadquarters, Beijing, 100621)

This paper makes a deep analysis of the airport surveillance management requirements, details of the continuous wave radar and pulse wave radar working principle, and analyzes their shortcomings, and provide a reliable basis for the airport's aircraft, vehicles and other mobile surveillance equipment selection.

Surface Movement Radar; linear frequency modulation continuous wave; pulse modulation

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.011

U675.75文獻標示碼：A

1672-7274（2017）08-0028-02