航管二次雷達測量精度的改善方法

程劍

摘 要 結合當前航管二次雷達系統的發展現狀，從二次雷達測角、測距精度的影響因素進行分析，在此基礎上，分別提出了測角精度改善與測距精度改善的措施，希望對于今后的航管二次雷達測量技術發展具有一定幫助。

【關鍵詞】航管二次雷達 測距精度 測角精度 誤差分析 改善措施

單脈沖二次監視雷達在空中交通管制中具有重要作用，能夠保證目標的距離、方位、高度以及識別碼進行辨別。經過大量的實踐應用，航管二次雷達能夠滿足當前的空中管制要求，具備信息量大、測量精度高以及探測距離遠的優勢，能夠為交通管制的發展提供必要的決策依據。誠然，現在航空技術的發展，隨著飛行密度的呈現幾何式的增長，這給航管二次雷達測量精度帶來了很大挑戰。

1 測量精度分析

針對雷達系統整體性能進行分析，雷達測量精度則是主要一個方面，這里結合工程實踐經驗，探討了二次雷達測角、測距精度的因素方面問題，以及存在的誤差問題。

1.1 影響二次雷達測角精度的主要因素分析與思考

（1）在傳動與伺服系統誤差方面，可以看出，天線每圈掃描具有非相關性，其直接影響到目標航跡抖動問題，一般來說，方位測量量化誤差則是由角編碼器的最小量化刻度所決定。

（2）在機載應答機頻率漂移中，根據國際民用航空組織規定，機載應答機發射頻率符合1090MHz±3MHz范圍內，在此過程中，可能存在頻率漂移問題，會出現天線接收方向圖的不一致性存在，具有一定的測角誤差。針對機載應答機發射的應答信號來說，帶通濾波器往往呈現出1090MHz±3MHz范圍，對于帶寬范圍來說，則存在±0.3dB的浮動。在這樣情況下，會造成符合天線波束范圍內，飛機應答頻率存在不一致性，就會出現頻率漂移造成的方位誤差問題，難以進行修正處理。

（3）在接收系統熱噪聲引起的誤差方面，根據相關的文獻資料，得到如下的系統熱噪聲下的單脈沖測角誤差：

（4）在A/D量化誤差方面，針對單脈沖二次雷達接收機的特點，以及所使用的對數中頻放大器來說，其數值與差通道信號比值則為和差對數視頻信號的差值。這樣情況下，由于對數響應的微小偏離的影響，難以避免出現方位測量誤差問題。

（5）在角敏函數表量化誤差方面，一般來說，都是結合二次雷達采用單脈沖測角，這樣就應該通過OBA（目標偏離瞄準軸角度對應表）進行查表處理。由于OBA表存在最小增量帶，這樣就會造成測角的誤差出現。

結合實際工況參數要求，考慮上述因素存在的測角誤差，此類型的二次雷達的測角精度能達到0. 060b。

1.2 影響二次雷達測距精度的因素分析與思考

（1）在大氣折射方面，考慮到大體密度在地標分布的不均勻性的特點，這樣就會導致傳播中的電波射線出現折射問題，在距離測量中造成誤差問題。

（2）在機載應答機延時抖動方面，根據ICAO標準要求，當時間基準選擇為詢問脈沖P3前沿時，第一應答脈沖前沿則是處于3μs±0.5μs范圍內，會出現的延遲抖動為±0.1μs，在這樣情況下，則會造成測距誤差的出現。

（3）在接收系統熱噪聲引起的誤差方面，結合文獻的研究報告，可以看出這方面的測距誤差計算公式如下：

（4）在應答處理器時鐘采樣頻率方面，結合工況要求，應答處理器進行回波采樣，相應的時鐘頻率則會直接使得測距精度受到影響。

（5）在視頻采樣誤差方面，針對所產生的PSV信號來說，應該保證實現三次以上的采樣，在基礎上，進行目標中的前沿、后沿的確定，保證實現PSV。

利用上述分析結果，針對某二次雷達參數的要求，進行測距誤差的計算和分析，從結果分析，其測距精度（均方根值）可達15. 9 m。

通過上述分析和思考，在二次雷達的測距、測覺精度方面，以及誤差分析中，存在以上的種種因素，應該結合實際工況和硬件條件要求，特別是應該考慮標準報文格式、機載應答設備等進行思考。這里結合工程實踐經驗，論述了如何有效進行二次雷達數據處理，涉及到相關的提升雷達測量精度方法如下。

2 測角精度改善方法

2.1 OBA表自校準技術

在航管二次雷達系統中，往往都是采用和差單脈沖測角。二次雷達具有信噪比高的接收信號，同時，幅相信息都在每個應答脈沖中，這樣能夠保證精度要求。對于單脈沖測角來說，則是主要利用OBA表的準確性來控制精度方面的要求。從實際情況來看，考慮到雷達陣地中的天饋系統性能差異、電磁環境影響等，在內部環境中進行標定處理的OBA往往無法滿足實際需求。一般情況下，都是利用自動校準技術來獲得精度高的OBA表數據，實現單脈沖測角精度要求。

在具體的實現中，固定應答機在地面進行架設，結合不同的偏軸角下的和差通道幅度比值，進行相關的信號的實時統計。針對統計值，利用統計平均的方法，擬合高階曲線方法，得到符合實際需求的OBA曲線，在分別進行離散化處理，滿足實現SDR值與目標偏軸角的對應。

2.2 最小二乘法測角

航管二次雷達中，常采用單脈沖比幅測角方法。如果在雷達接收通道幅漂移情況下，或者目標距離遠信噪比低的問題，這樣就會嚴重影響到單脈沖測角性能。從精度角度考慮，為了解決上述問題，應該對于測角方法進行適時變換處理。進出波束測角法、最大幅度測角法則是常用的替代方式。所謂的進出波束測角法，就是將目標方位定位于目標進出波束角度的均值；所謂的最大幅度測角法，目標方位則是目標回波幅度最大時的波束指向。

上述方法較為只用于工程領域中，能夠方便實現操作。經過數據統計分析，部分的目標回波幅度最大值附近表現為較為平坦情況，且存在隨機起伏特點，部分還存在不完全對稱情況，這些都會造成測角精度下降。

3 測距精度改善方法

針對大氣中傳播的折射影響進行分析，容易出現測距誤差問題。在利用雷達數據處理軟件中，應該重點考慮折射誤差修正問題。由于在實際工作中，存在不確定的大氣折射強度問題，這樣難以寸照合適的折射修正模型。這樣情況下，則應該結合指數模型的基礎上，參考多次飛行的經驗數據，進行擬合得到誤差修正曲線。利用數學統計方法，進行折射誤差修正處理，在測距精度方面，能將誤差控制在10m內。

4 結束語

利用上述分析的方法和措施，結合新型的航管二次雷達實踐應用，經過飛行數據測試與檢驗，嫩鞏固將雷達測距精度控制在20m范圍，測角精度在0. 06b范圍。當前，我國的離散尋址信標系統正在不斷完善過程中，二次雷達具備S模式功能，能夠利用雙向數據鏈路來實現飛機的氣壓高度、維度、精度方面的數據，利用坐標轉換，便可以得到精確定位的要求。利用上述方式，能夠保證二次雷達的測量精度的提升，獲得更加豐富的信息。

參考文獻

[1]張虹.單脈沖二次監視雷達精度的提高[J].現代雷達，2008（12）.

作者單位

中國電子科技集團公司第十研究所 四川省成都市 610000