二次雷達射頻通道實時校準方法

楊廷洪 四川九洲電器集團有限責任公司

引言：雷達系統(tǒng)廣泛應用于軍事和民用，雷達系統(tǒng)最關鍵的指標是測角精度和測距精度?，F(xiàn)代雷達技術引入單脈沖測角技術，采用幅度單脈沖測角技術或者相位單脈沖測角技術，大幅度提高了雷達的測角精度。目前，幅度單脈沖技術和相位單脈沖技術廣泛應用于各種雷達和無線電通信設備中。

在單脈沖技術工程化應用中，射頻通道的幅度和相位的變化對測角精度有直接影響。尤其是寬帶雷達，射頻通道的幅相一致性要求很高，要做到一致，技術上很難實現(xiàn)，因此需要對射頻通道的幅度一致性和相位一致性進行自動校準。本文主要是探討如何對射頻通道的幅度一致性和相位一致性進行實時校準，確保各射頻通道幅度和相位時刻處于一致的。

一、原理及方法

（一）現(xiàn)有方法

當前常用的幅相一致性校準方式是射頻通道靜態(tài)校準方式，需分段校準，分別對天饋系統(tǒng)的射頻通道和接收機的接收通道進行分別校準。

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

采用射頻通道靜態(tài)校準方式需要具有以下缺點：①需要大量的專業(yè)人員攜帶的網分儀等專用測試儀表進行的校準，該工作量較大，增加了維護成本；網分儀等專用測試設備較為昂貴，大量采購會增加企業(yè)運營成本；②設備拆卸、維修、更換或者線纜的更換均需再次對射頻通道進行幅度和相位一致性校準；③在長期使用過程中，由于溫度的漂移或設備的老化，影響射頻通道的幅度一致性和相位的一致性，影響單脈沖測角精度；④射頻通道幅度一致性和相位一致性會隨雷達的使用環(huán)境變化而變化，如陣地的改變會影響其幅度一致性和相位一致性。

圖1 二次雷達射頻通道實時校準方法

（二）實時校準原理

本方法采用天線內置校準源的方法，也可在主機內置校準源，通過專用通道耦合至二次雷達的射頻通道；校準源可發(fā)出中等電平的校準信號；在設備工作過程中，在需要進行通道校準時，通過軟件控制發(fā)出校準信號，接收機和單脈沖處理模塊接收射頻通道的幅度和相位，通過軟件算法，計算各通道的幅度和相位，通過補償的方式進行修正；確保各通道幅度一致性和相位一致性能滿足測角要求，確保測角精度，確保設備、饋線以及使用環(huán)境的變化不會對測角精度產生影響。

（三）具體實現(xiàn)方法

如圖1所示，二次雷達應答信號被詢問天線接收后，通過旋轉關節(jié)，進入饋線傳輸，然后進入接收機進行采樣，最后進入單脈沖信號處理設備。因此，需校準的通道包括：天饋系統(tǒng)的饋線通道及接收機的射頻通道。

二次雷達射頻通道實時校準方法，由硬件和軟件算法共同完成，能實時對天饋系統(tǒng)的饋線通道和接收機接收通道的幅度一致性和相位一致性進行校準。

具體實現(xiàn)方法如下：

a)天線內部置一校準源，可發(fā)出中等電平的校準信號；也可將校準源放置于主機內，通過專用通道將中等電平信號發(fā)送至天線內，通過耦合器耦合至Σ、Δ、Ω三通道。

b)二次雷達主機周期性的在空閑或者頻需要時，向校準源發(fā)送校準使能信號。

c)校準源分別向Σ、Δ、Ω通道發(fā)送校準信號，經天饋耦合或者開關切換后進入接收機。

d)接收機按照單脈沖數字接收機的處理方法，經混頻、濾波、AD采樣等處理后，得到Σ、Δ、Ω三個通道的幅度和相位值送單脈沖處理軟件進行處理。

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

幅度差計算方法如下：

相位差的計算方法如下：

a）計算出e）中的幅度差和相位差的平均值；

平均值計算方法如下：

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

c)將再次計算出的平均值存儲下來，作為射頻通道的幅度和相位校準值，記為和；

d)在正常的二次雷達工作過程中，進行單脈沖測角前，將上述校準值分別加在對應通道的幅度和相位差上，再按單脈沖測角方式進行測角；

幅度計算方法如下：

相位計算方法如下：

e)如二次雷達主機檢測出校準值不正確，可通過軟件再次啟動校準過程，多次校準不成功，可將射通道故障信息上報；

f)可將校準結果通過網絡或者其它高速總線實時傳送給終端顯示，操作員可據此了解設備是否正常；最終校準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LSB內。

二、結論

本方法采用天線內置校準源耦合至二次雷達的射頻通道的方法，取代原分段靜態(tài)校準法，通過軟件算法，實時對射頻及天饋通道的幅度一致性和相位一致性進行校準。本方法可大幅度減少設備的使用維護成本，提高設備性能，保障設備全壽命周期的性能穩(wěn)定。本方法不僅適應于二次雷達，也可使用一次雷達、無線通信系統(tǒng)，對寬帶系統(tǒng)尤其有效。該方法已通過項目驗證，可有效指導設備的生產、調試、外場使用。