利用ADS-B精度比對(duì)法擬合相控陣?yán)走_(dá)大角度誤差曲線

姚小勇

（南京國睿防務(wù)系統(tǒng)有限分司 江蘇省南京市 210039）

1 現(xiàn)狀

現(xiàn)階段的相控陣?yán)走_(dá)多為高精端相控陣?yán)走_(dá)[1]，測(cè)角精度是其一項(xiàng)關(guān)重指標(biāo)，大角度測(cè)角誤差曲線的擬合是否精確，直接關(guān)系到該雷達(dá)測(cè)角精度的實(shí)現(xiàn)。

在外場(chǎng)標(biāo)校由于測(cè)量波位較多，且需要不停轉(zhuǎn)動(dòng)陣面安裝轉(zhuǎn)臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)不同掃描波位的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖數(shù)據(jù)采集，受限于測(cè)量陣面安裝參數(shù)的儀表精度（3′），單個(gè)陣面多個(gè)測(cè)量波位之間的機(jī)械軸標(biāo)校誤差呈現(xiàn)隨機(jī)性，雷達(dá)在不同波位的測(cè)角精度誤差也呈現(xiàn)隨機(jī)性，無法消除。

同時(shí)遠(yuǎn)場(chǎng)標(biāo)較時(shí)由于外場(chǎng)電磁環(huán)境比較復(fù)雜，開展大角度測(cè)角誤差數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，雷達(dá)方向圖受電磁干擾比較嚴(yán)重，采集的測(cè)角數(shù)據(jù)失真嚴(yán)重，導(dǎo)致大角度誤差系數(shù)擬合曲線嚴(yán)重失真，測(cè)量結(jié)果反復(fù)多。

基于此，在研究分析ADS-B（廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）技術(shù)及其在雷達(dá)測(cè)角精度比對(duì)中的精度量級(jí)后[2]，總結(jié)提出基于ADS-B 技術(shù)的該型雷達(dá)大角度測(cè)角誤差曲線擬合方法。

2 技術(shù)支撐

2.1 ADS-B測(cè)角精度分析

根據(jù)相關(guān)國軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，某一計(jì)量設(shè)備誤差小于待測(cè)裝備精度要求1/3 的，即可作為真值使用[3]，從圖1 可以看出，ADS-B 可以作為相控陣該系列的大角度測(cè)角誤差曲線擬合用的真值。

圖1：ADS-B 測(cè)角精度

2.2 相控陣?yán)走_(dá)正弦空間測(cè)角技術(shù)

目前，采用比幅法單脈沖測(cè)角技術(shù)的相控陣?yán)走_(dá)角敏函數(shù)均由“正弦空間（U-V 坐標(biāo)）”內(nèi)法向和差方向圖幅度相比進(jìn)行仿真擬合而來[3]。其優(yōu)點(diǎn)是，各個(gè)掃描角度上的波束所給出的角敏函數(shù)的變化均表現(xiàn)為在U 軸和V 軸上的平移，其平移量為u0和v0。具體見公式：

仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2：不同頻點(diǎn)的角敏函數(shù)

從圖2 可以看出，頻率不同，角敏函數(shù)不同，頻率越高，角敏函數(shù)的斜率越大。所以，雷達(dá)大角度掃描誤差系數(shù)擬合的目的即是按照頻段劃分，擬合出全頻段大角度誤差系數(shù)，實(shí)現(xiàn)頻段內(nèi)不同角度掃描時(shí)，各掃描角測(cè)角值的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，修正測(cè)角誤差。

2.3 去除陣面安裝誤差

在利用ADS-B 數(shù)據(jù)擬合雷達(dá)測(cè)角誤差修正前，要先對(duì)雷達(dá)因陣面單元位置誤差和陣面變形及雷達(dá)姿勢(shì)等原因產(chǎn)生的精度誤差予以修正[4-7]，根據(jù)對(duì)陣面安裝誤差對(duì)相控陣?yán)走_(dá)測(cè)角精度的影響[8]對(duì)陣面安裝誤差進(jìn)行修正，陣面安裝誤差解算公式為：

其中，T、E1、E2、Δσ、Δδ、Δγ分別為陣面安裝傾角、目標(biāo)仰角、橫滾誤差、陣面安裝傾角誤差、陣面法向誤差，ΔAz1、ΔAz2、ΔEl1為目標(biāo)以不同高度過法向時(shí)的方位測(cè)角誤差[8]。

3 試驗(yàn)方法和步驟

3.1 航路規(guī)劃

架設(shè)雷達(dá)，通過試驗(yàn)陣地的ADS-B 設(shè)備，觀察不同方位、仰角、距離進(jìn)出的民航航路，確保民航航路能夠覆蓋陣面掃描范圍，為避免低角多路徑效應(yīng)對(duì)仰角測(cè)角的影響，觀察錄取仰角2°以上的民航航路，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出陣面法向?qū)?yīng)的方位。航路規(guī)劃如圖3所示。

圖3：航路規(guī)劃

3.2 數(shù)據(jù)處理方法

（1）將雷達(dá)方位掃描角數(shù)據(jù)相對(duì)于陣面法向Nt 作差（Az-Nt），得到雷達(dá)相對(duì)于陣面法向的掃描角范圍。

（2）在Excel 軟件中，以相對(duì)方位掃描角數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，雷達(dá)數(shù)據(jù)與ADS-B精度比對(duì)的誤差數(shù)據(jù)（ADS-B數(shù)據(jù)-雷達(dá)數(shù)據(jù)）作為縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖，如圖4 并進(jìn)行三項(xiàng)式擬合。

圖4：安裝誤差處理及大角度測(cè)量誤差擬合示意圖

（3）將其它比對(duì)數(shù)據(jù)按照步驟b)進(jìn)行擬合，獲得雷達(dá)完整的[‐45°45°]掃描角范圍內(nèi)誤差值。

（4）利用公式（1）消除傾角、不水平度和陣面方位法向誤差，并修正機(jī)械軸標(biāo)定數(shù)據(jù)。

（5）統(tǒng)計(jì)不同頻點(diǎn)的方位法向位置的方位和仰角測(cè)角誤差值。

（6）以f0 對(duì)應(yīng)的測(cè)角值作為系統(tǒng)差進(jìn)行歸零處理，在Excel 中以頻點(diǎn)作為橫坐標(biāo)，測(cè)角誤差作為縱坐標(biāo)，畫散點(diǎn)圖，并進(jìn)行三項(xiàng)式擬合，擬合系數(shù)即是方位/仰角的角敏函數(shù)修正系數(shù)，覆蓋系統(tǒng)參數(shù)文件夾相關(guān)參數(shù)文件。

（7）選擇工作頻點(diǎn)f0（中頻）時(shí)的覆蓋陣面方位掃描范圍的測(cè)角點(diǎn)跡數(shù)據(jù)再次進(jìn)行重演，在[‐45°，45°]范圍內(nèi)對(duì)測(cè)角誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，拼接完成的測(cè)角誤差數(shù)據(jù)即是雷達(dá)在掃描范圍內(nèi)的大角度掃描誤差數(shù)據(jù)。

（8）對(duì)大角度掃描誤差數(shù)據(jù)在Excel 中畫散點(diǎn)圖，并進(jìn)行三項(xiàng)式擬合，常數(shù)項(xiàng)作為系統(tǒng)差進(jìn)行扣除，擬合后的系數(shù)即為大角度測(cè)角誤差修正系數(shù)。

（9）數(shù)據(jù)處理完成后，覆蓋系統(tǒng)參數(shù)的文件夾相關(guān)參數(shù)文件。

3.3 操作步驟

（1）通過試驗(yàn)陣地的ADS-B 設(shè)備，觀察不同方位、仰角、距離進(jìn)出的民航航路，確保民航航路能夠覆蓋陣面掃描范圍，為避免低角多路徑效應(yīng)對(duì)仰角測(cè)角的影響，觀察錄取仰角2°以上的民航航路，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出陣面法向?qū)?yīng)的方位。

（2）將待測(cè)陣面法向轉(zhuǎn)至相應(yīng)的方位，并由質(zhì)標(biāo)人員標(biāo)定出陣面的機(jī)械軸并將機(jī)械軸參數(shù)裝入雷達(dá)。

（3）開發(fā)射以錄取民航數(shù)據(jù)，選取不同高度經(jīng)過陣面法向的數(shù)據(jù)，進(jìn)行三項(xiàng)式擬合，利用參考文獻(xiàn)[9]中機(jī)械軸安裝誤差驗(yàn)證公式核算機(jī)械軸安裝參數(shù)是否有誤差，并進(jìn)行二次裝訂和復(fù)核。

（4）機(jī)械軸標(biāo)定誤差消除后，重復(fù)步驟3，根據(jù)大角度掃描誤差測(cè)量需要的頻點(diǎn)數(shù)量，以不同工作頻率精跟經(jīng)過陣面法向的民航目標(biāo)，進(jìn)行三項(xiàng)式擬合，分別得出不同頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的陣面法向位置的測(cè)角誤差，并在頻率域上擬合測(cè)角誤差，得到角敏系數(shù)與頻率關(guān)系曲線，將系數(shù)裝訂在雷達(dá)參數(shù)文件相應(yīng)的位置。

（5）系數(shù)裝訂完畢后，雷達(dá)工作在某一頻點(diǎn)，錄取不同方位角進(jìn)出陣面掃描覆蓋范圍的民航目標(biāo)數(shù)據(jù)，利用ADS-B 進(jìn)行精度比對(duì)，綜合拼接出不同方位角上的測(cè)角誤差，在“方位（相對(duì)陣面法向）--測(cè)角誤差”域上進(jìn)行大角度測(cè)角誤差系數(shù)擬合，該擬合系數(shù)即使大角度掃描誤差系數(shù)，將系數(shù)裝入雷達(dá)相應(yīng)的參數(shù)文件位置）。

（6）系數(shù)裝訂后，利用其它工作頻點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，無誤后，以該系數(shù)作為模板，在其它陣面測(cè)試時(shí)，進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)論

經(jīng)過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，利用ADS-B精度比對(duì)法可以用于相應(yīng)等級(jí)精度要求的相控陣?yán)走_(dá)大角度誤差比對(duì)修調(diào)。該方法已在多種型號(hào)多部雷達(dá)標(biāo)校中得到充分驗(yàn)證，且該方法還適用于雷達(dá)陣地缺乏標(biāo)校塔的雷達(dá)陣地大修后的標(biāo)校。該方法在工程實(shí)踐中有一定的實(shí)用價(jià)值。