二次雷達(dá)射頻通道實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法

楊廷洪 四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司

引言：雷達(dá)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事和民用，雷達(dá)系統(tǒng)最關(guān)鍵的指標(biāo)是測(cè)角精度和測(cè)距精度。現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)引入單脈沖測(cè)角技術(shù)，采用幅度單脈沖測(cè)角技術(shù)或者相位單脈沖測(cè)角技術(shù)，大幅度提高了雷達(dá)的測(cè)角精度。目前，幅度單脈沖技術(shù)和相位單脈沖技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種雷達(dá)和無(wú)線電通信設(shè)備中。

在單脈沖技術(shù)工程化應(yīng)用中，射頻通道的幅度和相位的變化對(duì)測(cè)角精度有直接影響。尤其是寬帶雷達(dá)，射頻通道的幅相一致性要求很高，要做到一致，技術(shù)上很難實(shí)現(xiàn)，因此需要對(duì)射頻通道的幅度一致性和相位一致性進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。本文主要是探討如何對(duì)射頻通道的幅度一致性和相位一致性進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，確保各射頻通道幅度和相位時(shí)刻處于一致的。

一、原理及方法

（一）現(xiàn)有方法

當(dāng)前常用的幅相一致性校準(zhǔn)方式是射頻通道靜態(tài)校準(zhǔn)方式，需分段校準(zhǔn)，分別對(duì)天饋系統(tǒng)的射頻通道和接收機(jī)的接收通道進(jìn)行分別校準(zhǔn)。

如圖1所示，射頻通道靜態(tài)校準(zhǔn)方式一般包括天饋系統(tǒng)射頻通道的校準(zhǔn)和接收機(jī)接收通道的校準(zhǔn)，一般需要網(wǎng)分儀等貴重專用測(cè)試儀表。

采用射頻通道靜態(tài)校準(zhǔn)方式需要具有以下缺點(diǎn)：①需要大量的專業(yè)人員攜帶的網(wǎng)分儀等專用測(cè)試儀表進(jìn)行的校準(zhǔn)，該工作量較大，增加了維護(hù)成本；網(wǎng)分儀等專用測(cè)試設(shè)備較為昂貴，大量采購(gòu)會(huì)增加企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本；②設(shè)備拆卸、維修、更換或者線纜的更換均需再次對(duì)射頻通道進(jìn)行幅度和相位一致性校準(zhǔn)；③在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于溫度的漂移或設(shè)備的老化，影響射頻通道的幅度一致性和相位的一致性，影響單脈沖測(cè)角精度；④射頻通道幅度一致性和相位一致性會(huì)隨雷達(dá)的使用環(huán)境變化而變化，如陣地的改變會(huì)影響其幅度一致性和相位一致性。

圖1 二次雷達(dá)射頻通道實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法

（二）實(shí)時(shí)校準(zhǔn)原理

本方法采用天線內(nèi)置校準(zhǔn)源的方法，也可在主機(jī)內(nèi)置校準(zhǔn)源，通過(guò)專用通道耦合至二次雷達(dá)的射頻通道；校準(zhǔn)源可發(fā)出中等電平的校準(zhǔn)信號(hào)；在設(shè)備工作過(guò)程中，在需要進(jìn)行通道校準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)軟件控制發(fā)出校準(zhǔn)信號(hào)，接收機(jī)和單脈沖處理模塊接收射頻通道的幅度和相位，通過(guò)軟件算法，計(jì)算各通道的幅度和相位，通過(guò)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行修正；確保各通道幅度一致性和相位一致性能滿足測(cè)角要求，確保測(cè)角精度，確保設(shè)備、饋線以及使用環(huán)境的變化不會(huì)對(duì)測(cè)角精度產(chǎn)生影響。

（三）具體實(shí)現(xiàn)方法

如圖1所示，二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)被詢問天線接收后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，進(jìn)入饋線傳輸，然后進(jìn)入接收機(jī)進(jìn)行采樣，最后進(jìn)入單脈沖信號(hào)處理設(shè)備。因此，需校準(zhǔn)的通道包括：天饋系統(tǒng)的饋線通道及接收機(jī)的射頻通道。

二次雷達(dá)射頻通道實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法，由硬件和軟件算法共同完成，能實(shí)時(shí)對(duì)天饋系統(tǒng)的饋線通道和接收機(jī)接收通道的幅度一致性和相位一致性進(jìn)行校準(zhǔn)。

具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

a)天線內(nèi)部置一校準(zhǔn)源，可發(fā)出中等電平的校準(zhǔn)信號(hào)；也可將校準(zhǔn)源放置于主機(jī)內(nèi)，通過(guò)專用通道將中等電平信號(hào)發(fā)送至天線內(nèi)，通過(guò)耦合器耦合至Σ、Δ、Ω三通道。

b)二次雷達(dá)主機(jī)周期性的在空閑或者頻需要時(shí)，向校準(zhǔn)源發(fā)送校準(zhǔn)使能信號(hào)。

c)校準(zhǔn)源分別向Σ、Δ、Ω通道發(fā)送校準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)天饋耦合或者開關(guān)切換后進(jìn)入接收機(jī)。

d)接收機(jī)按照單脈沖數(shù)字接收機(jī)的處理方法，經(jīng)混頻、濾波、AD采樣等處理后，得到Σ、Δ、Ω三個(gè)通道的幅度和相位值送單脈沖處理軟件進(jìn)行處理。

e)單脈沖處理軟件根據(jù)每次接收到的幅度和相位信息，以某一通道為基準(zhǔn)，計(jì)算該通道與其它通道的幅度差,計(jì)算該通道與其它通道的相位差。

幅度差計(jì)算方法如下：

相位差的計(jì)算方法如下：

a）計(jì)算出e）中的幅度差和相位差的平均值；

平均值計(jì)算方法如下：

b)計(jì)算幅度差、相位差與平均值之間的一次差，剔除超過(guò)3倍均方根的異常點(diǎn)，再次計(jì)算平均值；

c)將再次計(jì)算出的平均值存儲(chǔ)下來(lái)，作為射頻通道的幅度和相位校準(zhǔn)值，記為和；

d)在正常的二次雷達(dá)工作過(guò)程中，進(jìn)行單脈沖測(cè)角前，將上述校準(zhǔn)值分別加在對(duì)應(yīng)通道的幅度和相位差上，再按單脈沖測(cè)角方式進(jìn)行測(cè)角；

幅度計(jì)算方法如下：

相位計(jì)算方法如下：

e)如二次雷達(dá)主機(jī)檢測(cè)出校準(zhǔn)值不正確，可通過(guò)軟件再次啟動(dòng)校準(zhǔn)過(guò)程，多次校準(zhǔn)不成功，可將射通道故障信息上報(bào)；

f)可將校準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者其它高速總線實(shí)時(shí)傳送給終端顯示，操作員可據(jù)此了解設(shè)備是否正常；最終校準(zhǔn)后的各通道之間的幅度一致性和相位一致性可控制在1個(gè)LSB內(nèi)。

二、結(jié)論

本方法采用天線內(nèi)置校準(zhǔn)源耦合至二次雷達(dá)的射頻通道的方法，取代原分段靜態(tài)校準(zhǔn)法，通過(guò)軟件算法，實(shí)時(shí)對(duì)射頻及天饋通道的幅度一致性和相位一致性進(jìn)行校準(zhǔn)。本方法可大幅度減少設(shè)備的使用維護(hù)成本，提高設(shè)備性能，保障設(shè)備全壽命周期的性能穩(wěn)定。本方法不僅適應(yīng)于二次雷達(dá)，也可使用一次雷達(dá)、無(wú)線通信系統(tǒng)，對(duì)寬帶系統(tǒng)尤其有效。該方法已通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)證，可有效指導(dǎo)設(shè)備的生產(chǎn)、調(diào)試、外場(chǎng)使用。