單脈沖測角技術(shù)

軒健

摘 要：現(xiàn)代社會，隨著導(dǎo)彈、衛(wèi)星和宇航技術(shù)的大幅提高和進(jìn)步，雷達(dá)技術(shù)逐漸應(yīng)用到了越來越多的領(lǐng)域中。對于目標(biāo)信號，雷達(dá)不僅需要測量目標(biāo)距離，還包括目標(biāo)的參數(shù)測量，而在某些應(yīng)用中為了快速地提供目標(biāo)的精確坐標(biāo)值，還需要采用自動測角的方法。單脈沖測角技術(shù)定向精度高、實現(xiàn)簡單、穩(wěn)健性好，本文的工作就是圍繞著單脈沖技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用展開的。文章首先簡要闡述了研究的背景和意義，重點表明了單脈沖技術(shù)的優(yōu)勢，然后介紹了單脈沖技術(shù)測角的原理，最后討論了該技術(shù)存在的缺陷。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)測角；單脈沖技術(shù)；同時波瓣測角

一、論文研究的背景和意義

這些年來，火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇航技術(shù)的日益成熟和不斷發(fā)展，隨之而來的是對跟蹤雷達(dá)的配套技術(shù)的迫切要求，這些方面和指標(biāo)主要體現(xiàn)在其跟蹤的速度、跟蹤的精度、跟蹤的距離和抵抗外界干擾的能力等方面。在很大一部分應(yīng)用情況下，跟蹤和檢測一個目標(biāo)，雷達(dá)不僅需要估計目標(biāo)的距離值和速度值，而且要額外計算目標(biāo)的角坐標(biāo)。目前普遍有三種雷達(dá)測角方法：順序波瓣法、圓錐掃描跟蹤、單脈沖[1]技術(shù)。順序波瓣法利用兩波束交替出現(xiàn)，或只要其中一個波束，使它繞等信號軸旋轉(zhuǎn)，波束便按時間順序在1，2位置交替出現(xiàn)。單脈沖法則使用兩套一樣的接收系統(tǒng)同時工作。它們都是屬于等信號法[2]。圓錐掃描法屬于最大信號法，天線波束圍繞等強(qiáng)線錐形旋轉(zhuǎn)。當(dāng)目標(biāo)偏離其等強(qiáng)線時，接收機(jī)收到一個調(diào)幅信號的，由此計算出目標(biāo)的偏離值。然后將接收機(jī)輸出的偏離大小的誤差值，送到伺服控制電路，使天線對準(zhǔn)目標(biāo)。

單脈沖雷達(dá)有很多其他雷達(dá)無法比擬和企及的優(yōu)勢。首當(dāng)其沖的當(dāng)屬其測量精度，其之所以能達(dá)到如此高的測量精度與其工作原理是分不開的。我們知道單脈沖雷達(dá)不會隨著目標(biāo)回波幅度的起伏變化而變化，而其他類型的雷達(dá)比如：圓錐掃描雷達(dá)卻會隨著隨著目標(biāo)回波幅度的起伏變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生了一種附加的調(diào)制誤差。同時，其角跟蹤精度也是相當(dāng)?shù)目捎^，一般是圓錐掃描雷達(dá)相應(yīng)參數(shù)的2倍，具體指標(biāo)可以達(dá)到波束寬度1/100 左右。其次，單脈沖雷達(dá)抵抗外界干擾的能力也是相當(dāng)突出。例如圓錐掃描雷達(dá)會受到回答式調(diào)幅信號的嚴(yán)重干擾，甚至可以說是致命的，之所以這么說是因為干擾機(jī)收到相應(yīng)的雷達(dá)信號后，通過虛假調(diào)制這一流程后會再次將其轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而導(dǎo)致雷達(dá)角跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生不可以彌補(bǔ)的錯誤信息接收。而這些影響和擔(dān)心于單脈沖雷達(dá)而言就不存在了，因為其工作原理決定了其可以不受任何回答式調(diào)幅干擾。同時，對于人為的干擾和自然的干擾，它都可以在最大程度上給予消除，以保證其高居不下的抵抗外界干擾的能力。

20世紀(jì)40年代后期開始萌發(fā)了單脈沖雷達(dá)這一新型技術(shù)，至此以來，其在航空和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中逐漸起著越來越重要和不可替代的重要作用，因其高精度的指標(biāo)更是滿足了許多精確制導(dǎo)武器的迫切和苛刻的需求。大多數(shù)情況而言，距離方面上的超高分辨率很多都是依賴于脈沖串的相參合成、處理來實現(xiàn)的，如脈沖線性調(diào)頻雷達(dá)、頻率步進(jìn)雷達(dá)等，而精確的測角則往往使用文中的此項技術(shù)。

二、單脈沖技術(shù)測角原理

我們知道雷達(dá)系統(tǒng)通常會依賴脈沖壓縮這一技術(shù)來達(dá)到增強(qiáng)其測距精度，而同時測角精度的增強(qiáng)又依賴于單脈沖這一技術(shù)。單脈沖技術(shù)把同一面上的兩個波束分別接收到的各自回波做詳細(xì)的具體對比，即可得到測量目標(biāo)的角誤差信號，由于兩個波束在接收時間上幾乎是一致的，所以由此得到的信號在時間上是非常短的，因此由一個回波脈沖就可以確定角誤差，這就是“單脈沖”這個名稱的由來。由于它避免了目標(biāo)起伏對結(jié)果的影響，因此精度很高。

文中單脈沖技術(shù)的核心或者本質(zhì)就是比較回波信號在兩個獨立波束上投影的大小（V0，V1），兩電壓中相同的部分互相抵消，而保留角度相關(guān)的部分，表示為：

這里ξv叫做誤差電壓，包含全部的角誤差信息，通過映射函數(shù)則可以將其轉(zhuǎn)化為角度的形式，這個映射函數(shù)就稱為單脈沖比曲線，它是通過兩個接收波瓣函數(shù)的比例形式來定義的，波瓣函數(shù)代表目標(biāo)在角范圍的天線實際響應(yīng)。

站在結(jié)構(gòu)的層面上，其核心算法的工程實現(xiàn)順序由以下三大部分一次組成：角度傳感器、變換器及角度鑒別器[3]。第一部分是為了產(chǎn)生信號， 此信號中囊括了被測目標(biāo)的角度信息，其在類型上主要有比幅、比相、綜合之分；第二部分的主要作用是變換信號參數(shù)之間的相應(yīng)關(guān)系；第三部分是為了確定與目標(biāo)角度的一一對應(yīng)關(guān)系，其比較的具體方法有幅度法、相位法、和差法三種。這樣一來總共有9種類型，但實際上大家所熟知的常用方法僅4種：幅度比較（直接比幅）、幅度和差（和差比幅）、相位比較（直接比相）、相位和差，其中和差比幅在實際中應(yīng)用最為廣泛。

由于定向精度的高低受接收支路相位一致性及其穩(wěn)定性的影響很大，而有由于和及差角度鑒別器對此項要求相對不是那么嚴(yán)格，所以此項技術(shù)和儀器在單脈沖雷達(dá)中得到了較為普遍的應(yīng)用。在這種單脈沖雷達(dá)中，由波導(dǎo)橋傳輸出來的較高頻率信號和信號及差信號又分別加到和及差接收的支路，在此過程中其將被變換為中頻信號，同時其電平值夜會被放大到下一步所需要的水平。

三、單脈沖測角的缺陷

同時，單脈沖雷達(dá)也不是完全沒有缺點，比如在結(jié)構(gòu)上和技術(shù)上，相較其他方法略復(fù)雜一些。比如，它與圓錐掃描雷達(dá)主要在獲取誤差信號的方式有所不同，因此，二者的天線和饋線系統(tǒng)有較大的差別，由此而來，相應(yīng)的的電路要求也有很大區(qū)別。圓錐掃描雷達(dá)只需要單路接收機(jī)，只需要簡單的結(jié)構(gòu)和加工，而普通的單脈沖雷達(dá)則需要三路幅相一致的接收機(jī)，一旦各路相位和振幅出現(xiàn)不平衡，會導(dǎo)致測角靈敏度降低并加大測角誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁鷺飛.耿富錄-雷達(dá)原理.西安：電子科技大學(xué)出版社，2002，21（05）：26-30.

[2]胡體玲.李興國-單脈沖探測技術(shù)的發(fā)展綜述.現(xiàn)代雷達(dá)，2006，28（12）：24-29.

[3]謝俊好.熊衛(wèi)明-傳統(tǒng)單脈沖方法的數(shù)學(xué)原理及工程實現(xiàn).系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004，26（04）：467-473.