從測距“凹坑”看脈沖雷達上行鏈路增益調(diào)整

羌琦

摘要：本文通過對某次校飛期間，某測量船脈沖雷達跟蹤應(yīng)答機在航捷附近產(chǎn)生測距凹坑問題的分析排查與解決，探討了脈沖雷達產(chǎn)生測距凹坑誤差的原因，并對脈沖雷達上行鏈路增益調(diào)整從工程應(yīng)用地角度進行了定性分析，對今后類似問題的解決具有一些借鑒意義。

Abstract： This paper analyses and solves the problem of range concaveness near the approach point when the pulse radar track the RSP during the flight of calibration， discusses the causation of range concaveness， and qualitatively analyses the gain adjustment of the transmit link of pulse radar from the perspective of engineering application. The conclusion can be refer for the solution of the similar problem for the future.

關(guān)鍵詞：脈沖雷達;增益;測量誤差

Key words： pulse radar;gain;meter error

中圖分類號：TN958.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0237-04

1 ?問題的提出

在某次海上綜合校飛任務(wù)中，測量船a脈沖雷達系統(tǒng)在分別跟蹤本單位應(yīng)答機與外單位應(yīng)答機時發(fā)現(xiàn)，測距在航捷附近因上行鏈路增益飽和而降低了上行信號信噪比，使得激勵信號經(jīng)發(fā)射機放大后出現(xiàn)前沿雜散干擾，導致脈沖雷達在跟蹤時，前沿雜散干擾提前誤觸發(fā)可本單位和外單位應(yīng)答機，從而出現(xiàn)了測距“凹坑”現(xiàn)象，誤差分別為6X～7Xm（本單位應(yīng)答機）和3X～4Xm（外單位應(yīng)答機）。

2 ?問題的解決

2.1 問題的分析排查

測距凹坑現(xiàn)象僅在航捷附近出現(xiàn)，此時測距范圍為1X～2Xkm，下行AGC范圍為3X～3XdB。根據(jù)脈沖雷達工作原理，其工作于應(yīng)答模式時，產(chǎn)生測距“凹坑”的環(huán)節(jié)包括：①機載應(yīng)答機;②船載脈沖雷達。機載應(yīng)答機可能產(chǎn)生誤差的原因是：應(yīng)答機轉(zhuǎn)發(fā)脈沖時延隨著功率變化而出現(xiàn)變化。船載脈沖雷達可能產(chǎn)生誤差的原因是：①信號處理過程中由于雜波干擾，導致測距波門出現(xiàn)偏移;②發(fā)射機輸出脈沖波形前沿存在干擾，導致機上應(yīng)答機提前觸發(fā)。

對比測量船b與測量船c脈沖雷達在跟蹤外單位應(yīng)答機時均未出現(xiàn)測距凹坑現(xiàn)象，在跟蹤本單位應(yīng)答機，測量船c脈沖雷達存在1Xm左右的測距凹坑現(xiàn)象，由此可以排除機載應(yīng)答機原因?qū)е聹y距凹坑。

對照測量船c脈沖雷達的參數(shù)設(shè)置，將測量船a脈沖雷達信號檢測門限提升至檢測門限6XX、跟蹤門限5XX（原為3XX、2XX），且安排測量船a脈沖雷達單獨跟蹤校飛飛機第X進入，排除其它站雷達干擾，測距凹坑現(xiàn)象依舊存在，如圖1所示。由此，排除信號處理過程中由于雜波干擾，導致測距波門出現(xiàn)偏移。

由此基本可以確定測距凹坑產(chǎn)生的原因：發(fā)射機輸出脈沖波形前沿存在干擾（比如脈沖前沿上升時間過長或前沿存在較大的尖峰），導致機上應(yīng)答機提前觸發(fā)，產(chǎn)生測距誤差。但采用LeCroy示波器（帶寬600MHz，采樣率2.5Gs/s）檢測測量船a脈沖雷達發(fā)射機末級合成波形，波形良好，指標正常，如圖2-圖3所示。

進一步試驗發(fā)現(xiàn)，在跟蹤過程中，實時檢測主接收機下行3XMHz脈沖中頻信號，發(fā)現(xiàn)應(yīng)答脈沖在跟蹤過程中隨著跟蹤距離的減小，其前沿出現(xiàn)雜散，其時機與測距凹坑出現(xiàn)時間點基本一致，說明下行應(yīng)答信號出現(xiàn)了異常，而非雷達信號處理中參數(shù)設(shè)置不匹配導致測距結(jié)果出現(xiàn)凹坑，實測雜散如圖4所示。

通過分析第X架次測量船c脈沖雷達被動跟蹤測量船a應(yīng)答1信號的測距數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)測距凹坑出現(xiàn)時間點，測距值一階差分與二階差分均出現(xiàn)較大發(fā)散，與測量船a情況一致，而測量船c脈沖雷達在跟蹤自觸發(fā)的應(yīng)答1信號，其測距值一階差分與二階差分均較為平滑。具體情況如圖5-圖10所示。可判定測量船a觸發(fā)的下行應(yīng)答信號異常導致測距凹坑。

綜合分析各類現(xiàn)象，確定發(fā)射機脈沖前沿干擾提前觸發(fā)應(yīng)答機，導致測距凹坑。更換示波器Tektronic（300MHz，2.5GS/s）重新測試脈沖雷達發(fā)射機合成波形，發(fā)現(xiàn)其前沿存在著寬約300ns的雜散干擾（且在程控衰減XXdB條件下測試）。具體如圖11所示。而測量船c脈沖雷達在相同測試條件下，其發(fā)射合成波形無雜散干擾，如圖12所示。

2.2 脈沖前沿干擾產(chǎn)生的原因與對策

根據(jù)脈沖雷達發(fā)射鏈路的工作時序關(guān)系，如圖13所示，前沿雜散主要是放電波形前沿將噪聲信號放大所致，如圖中圓圈所示。

經(jīng)測試，激勵信號并沒有明顯的前沿雜散，從而推斷前沿雜散的產(chǎn)生在于放大鏈路工作于飽和狀態(tài)。其原因在于：假設(shè)放大器增益為G，輸入信號信噪比為，則經(jīng)過放大器，輸出信號信噪比為。當放大器飽和時，S0等于放大器最大輸出值，小于SiG，而噪聲信號放大了G倍，進一步降低了信號的信噪比。因此，提高主脈沖信號的信噪比，降低噪聲干擾，有利于問題的解決。

脈沖雷達發(fā)射機采用鏈式放大的方式將激勵源信號進行放大后送至天線，如圖14所示。

發(fā)射機放大部分包括功率放大盒、前級放大器、速調(diào)管，三者以串聯(lián)鏈式組合工作。為了防止因輸入信號過大，導致輸出信號飽和，在功率放大盒輸入端（端口1）加衰減器，測試功率放大盒、前級放大器輸出信號功率，存在飽和現(xiàn)象，串接1XdB衰減器，并將輸出端送至兩套發(fā)射機末級的衰減（端口2）均調(diào)整為2XdB衰減，輸出脈沖前沿雜散有所改善。

激勵源激勵信號框圖如圖15所示。

產(chǎn)生飽和的模塊主要是在于激勵合成，因此在激勵變頻組件和激勵合成之間增加1XdBm的衰減器，測試激勵信號，激勵合成輸出處于非飽和狀態(tài)。

將發(fā)射鏈路增益調(diào)整后，測試發(fā)射機輸出脈沖波行，如圖16所示。前沿雜散得到了大幅減小。

3 ?試驗驗證

調(diào)整完畢后，在校飛第X架次，安排第 X1～X2進入跟蹤本單位應(yīng)答機，X3～X4進入跟蹤外單位應(yīng)答機，測量船a脈沖雷達雷達在第X1、X2進入，發(fā)射機末級輸出XkW功率，其余進入輸出XXXW功率。事后數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，第X1、X2進入測距凹坑變?yōu)?Xm左右（與測量船c脈沖雷達數(shù)據(jù)一致），其余進入測距凹坑消失。試驗結(jié)果證明脈沖前沿雜散導致了測距凹坑，同時說明本單位應(yīng)答機信號判別能力低于外單位應(yīng)答機，易被上行強噪聲信號提前觸發(fā)，造成測距凹坑現(xiàn)象，可通過降低發(fā)射功率的方法避免該現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 ?結(jié)論

由于上行鏈路工作于飽和狀態(tài)，導致脈沖前沿噪聲得到了放大，產(chǎn)生的雜散干擾導致了測距凹坑的產(chǎn)生。為了避免測距凹坑的再次發(fā)生，將雷達上行發(fā)射鏈路增益調(diào)整至接近飽和的線性狀態(tài)，避免前沿噪聲被大幅度放大，另外，配合程控衰減器，減低發(fā)射功率，保證脈沖前沿觸發(fā)應(yīng)答機，一定程度上可以降低測距凹坑的發(fā)生。通過試驗，可知在試驗任務(wù)中，由于跟蹤距離較遠，前沿雜散不會導致測距凹坑的發(fā)生，廠所在調(diào)試設(shè)備時，讓激勵源工作于飽和狀態(tài)，提高了激勵信號的穩(wěn)定性，但犧牲了激勵信號的信噪比。

參考文獻：

[1]XX-XXXX脈沖測量雷達頻率源分系統(tǒng)實施方案，中電第十四研究所.

[2]XX-XXXX脈沖測量雷達發(fā)射機分系統(tǒng)實施方案，中電第十四研究所.

[3]王德純，丁家會，程望東，等.精密跟蹤測量雷達技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]郭高峰.雷達技術(shù)發(fā)展綜述及多功能相控陣雷達未來趨勢[J].價值工程，2014，33（31）：219-220.